使用DCS系統后落棒試驗信號同步分析

周磊　許進　陳子鳴　周忠政

【摘 要】落棒試驗是通過釋放兩束選定的控制棒，觸發RPN系統的3個及以上通道的功率量程負通量變化快信號，并觸發機組自動停堆。如果試驗過程順利，則可以證明機組保護系統響應的準確性與可靠性。試驗結果處理中，如何將不同系統來源的不同類型信號按照相同的時間擬合到一起，找到將兩個系統來源的信號關聯到一起的公共變量成為試驗處理的關鍵。

【關鍵詞】落棒試驗功率量程負通量變化快信號

【Abstract】Rod drop test trigger the reactor automatically to trip by releasing two beams of selected control rod and triggering no less than three power range negative high neutron flux rate signals in RPN system. If the test went smoothly， it can prove that reactor protection system response accuracy and reliability. Processing test results， how to fit different types of signal of different systems together and how to find the public variables that associate signal source of two systems together become a key of test process.

【Key words】Rod drop test power range negative high neutron flux rate signal

1 試驗背景

1.1 控制棒

作為控制反應堆堆芯反應性的重要手段，因為機械及電氣故障等原因可能會突然落入堆底。而控制棒突然落入堆底，會給反應堆帶來兩類效應。（1）是堆芯功率的分布發生很大的畸變，堆芯的徑向及軸向功率峰因子急劇增加，很有可能會超過安全限值。（2）是若發生落棒事故，而反應堆停堆棒組沒有及時下落，提供足夠的負反應性，由于功率虧損會引入足夠多的正反應性，反應堆會在某一個較低的功率水平重新達到臨界，并逐步穩定在一個新的功率水平。由于在此功率水平，功率分布的徑向不均勻性較大，若果在這種較高功率水平下運行，很有可能會發生燃料元件燒毀事故。

落棒試驗可以檢驗反應堆保護系統響應的準確性和可靠性，驗證落棒事故分析假設條件的保守性，對于反應堆的安全非常重要。

1.2 試驗信號

落棒試驗所需試驗信號包括KIC（電廠計算機信息和控制系統）系統上4路功率量程通道的功率量程中子通量負變化率高、停堆斷路器信號、P4這幾路數字信號以及高速記錄儀上選定的兩組落棒棒組以及選定的一束停堆棒組下落速度的模擬信號。

4路功率量程通道的功率量程中子通量負變化率高、停堆斷路器信號、P4這幾路數字信號是由RPR保護系統產生然后送往KIC系統。

選定的兩組落棒棒組以及選定的一束停堆棒組下落速度的模擬信號是由連接到選定棒束的感應線圈因棒束移動產生的感應電流信號傳送到高速記錄儀上并被記錄。

落棒試驗需要驗證兩束選定控制棒的下落會引起至少3路功率量程負變化率高信號。而保護邏輯設定是只需要2路負變化率高信號出現就會在極端的時間內觸發停堆，使所有控制棒下落。試驗的難點在于找出功率量程負變化率高信號的出現時間與停堆信號出現的時間。

1.3 試驗遇到的困難

落棒試驗中，需要處理的信號一部分連接到現場安置的高速記錄儀上，一部分通過KIC（電廠計算機信息和控制系統）采集。如何將高速記錄以上的信號時間與KIC系統上的信號時間進行同步是試驗的一個重點。

2 信號分析

2.1 保護系統簡介

RPR體統是一個邏輯保護系統，根據核電廠一些物理參數的變化，通過對停堆斷路器和安全驅動器的邏輯控制，確保反應堆的安全。

RPR上端連接所有的保護儀表組。它們檢測選定的物理參數，當這些參數的變化達到或超過安全分析確定的保護動作整定值時，給出保護動作的初始啟動信號。其中，RPR連接了四個保護核儀表組（比如RPN系統的四路功率量程信號），RPR包含了4路保護組，即A、B兩個系列，目的是冗余。

停堆通道的響應時間是指從緊急停堆工況的發生到全部控制棒組件插入堆芯，引入最大負反應性使反應堆停閉所經歷的時間。通道響應時間分為以下幾部分：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6

T1=傳感器響應時間，T2=信號處理部分的響應時間，即從傳感器的輸出端到停堆斷路器的輸入端（失壓線圈失電）的響應時間，T3=停堆斷路器打開的時間，即從失壓線圈失電到保持勾爪線圈失電之間的時間，T4=保持勾爪的釋放時間，即從保持勾爪線圈失電到控制棒組件開始插入堆芯之間的時間，T5=控制棒組件從開始下落到它們進入阻尼器的下落時間，T6=全長控制棒組件從進入阻尼器到它們完全插入之間的時間。

2.2 KIC系統記錄數據規則

KIC系統（電廠計算機信息和控制系統）構成了電廠的操作和管理信息層（2層），其終端是實現電廠監管的主要人機接口。KIC系統中的組成部分兩個前段處理服務器與一層、二層網絡相連，保證自動化級（一層）和顯示操作級（二層）的網絡通訊，實現對自動化系統全部過程數據的接收，并通過二層網絡將這些數據傳送到兩個主服務器進行處理。

由于KIC系統記錄的數據以一定頻率向自動化級（一層）掃描取數據，一層記錄的數據是以一定的頻率向最原始的探測器處取數據。KIC系統取樣頻率形成的取樣時間間隔為△T（KIC），自動化級數據取樣頻率形成的取樣時間間隔為△T（自動化級）?！鱐（KIC）與△T（自動化級）是能夠在KIC系統中進行設置，其最小值為100ms。endprint

圖1 自動化層與KIC系統記錄數據的簡單模擬

如上圖所示，是對自動化級記錄的數據和KIC系統記錄的數據的一個簡單圖例描述。對連續的模擬量，自動化層記錄的數據按照其時間間隔△T（自動化級）進行記錄，KIC系統記錄的數據按照其時間間隔△T（KIC）向自動化層儲存的數據進行采集并儲存。模擬信號的實際發生時刻與KIC系統記錄的信號發生時刻的最大系統誤差為△T（系統誤差），且△T（系統誤差）≤min（△T（自動化級），△T（KIC））。故KIC上的顯示時刻=事件實際發生時刻+由于掃描周期引入的系統誤差△T（系統誤差）+不確定性的延遲時間△T（不確定）。

3 試驗結果分析與處理

3.1 落棒試驗中4個功率量程輸出值

從表1及圖2可得，1#與3#功率量程探頭的測量值在相同的時間段內有相同的變化量，并且有相同的變化趨勢。且分別記錄下兩個數據大小非常接近的數據46.7%FP與10%FP。

從圖2可看出，由于RPN001#，RPN003#探頭與下落棒束M12，D12的是空間對稱，且在高速記錄儀記錄的控制棒M12與D12的下落時間是同步的，所以RPN001#，RPN003#功率量程探頭的計數的變化理論上是同步的。根據KIC系統記錄的功率量程數據時刻的誤差在1000ms以內，1#與3#功率量程數據的變化與理論推導是相吻合的。

通過數據可以發現2#與4#功率量程數值在KIC上記錄的時刻與數值大小同步性很好。此處記錄的數據與理論推導相吻合。

2#4#與1#3#功率量程探頭數據變化的先后關系上，顯示且1#3#變化在先。但是根據多個機組實際的測量值以及本次實驗觸發的功率量程負變化率高信號的前后關系，2#4#功率量程探頭變化時刻應更早?？紤]到最大1000ms的△T（系統誤差），KIC記錄的數據仍然很好的與理論吻合。

3.2 落棒試驗中定值比較器輸出的數字開關信號

如圖4，134-137KS信號均為4路功率量程探頭模擬信號輸入XU定值信號比較器之后輸出的數字開關量（0與1）信號。保護的邏輯是當有2個或以上數量的功率量程負變化率高信號出現就會觸發停堆。

3.3 停堆短路器打開信號

表中數據表明1路和3路的停堆短路器打開信號在KIC上的顯示時間同為49480ms.表明在這幾種信號實際發生的時間+系統的不確定延遲結果都在同一個掃描時間段內被儲存，所以記錄時間顯示為一樣。2路和4路的停堆短路器打開信號在KIC上的顯示時間同為49569ms。

根據RPR保護系統邏輯，RPN系統中4個功率量程探測器負變化率高信號觸發停堆信號。

對于此，在《RPR保護通道響應時間測量》試驗報告中，對于功率量程負的中子注量率變化高信號的T2時間測量結果為：67～94ms（試驗原理是在定值比較器XU前輸入變化的模擬信號，并且測量停堆斷路器產生釋放信號的時間）；而KIC系統上采集的RPR134/135/136/137KS這類信號是從核儀表組的定值比較器XU后端傳輸到KIC系統上的0/1數字量，其與停堆短路器打開信號的時間差應該略小于T2時間（67～94ms）。

.5 高速記錄儀記錄信號

3.6 信號時間同步分析

3.6.1 用KIC系統中停堆斷路器打開時刻與高速記錄儀中停堆棒組下落時刻進行同步處理

停堆斷路器實際打開時刻判斷為9269ms+0ms～9269+94ms

停堆棒落棒時刻判斷為9269ms+130ms～9269+94+130ms

則最后結果：t2=t4=606～700ms，t1=t3=1118～1212ms，t落棒=830ms

3.6.2 用 KIC系統中P4信號與高速記錄儀中記錄的P4信號進行同步處理

P4信號發生時刻為；9704ms～9704+80ms

最后結果為：t2=t4=515～595ms，t1=t3=1027～1107ms，t落棒=830ms

表6 高速記錄儀記錄數據信息

4 結論

對于落棒試驗數據結果的時間同步處理，可以將高速記錄儀與KIC系統上的停堆斷路器打開信號或者P4信號進行同步。用兩種方式進行信號間的同步處理，其結果均滿足試驗驗收準則。

[責任編輯：朱麗娜]endprint