重水堆SDS#1 E通道中子功率讀數高自動脫扣分析

林 熙，祁陸凱，徐清華，王 猛，王 萌

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

一號停堆系統（以下簡稱SDS#1）是CANDU-6型重水堆的4大專設安全系統之一，通過向反應堆中插入停堆棒來終止反應堆的自持鏈式裂變反應，減少核燃料中產生的能量，保護反應堆的安全。一號停堆系統專用于反應堆的應急停堆，正常停堆則通過反應堆調節系統控制其它反應性機構實現。

SDS#1在參數測量和執行邏輯上分為獨立的D、E、F 3個通道，采用3取2邏輯停堆，通道內任意一個參數脫扣都將導致該通道的脫扣，任意兩個通道脫扣都將導致SDS#1觸發。通道的參數經由傳感器測量后送至放大器/變送器，將測量信號放大以便傳送；放大的信號再經過顯示和動作整定器處理后，送到該通道脫扣邏輯。如果某一工藝參數達到脫扣設定值，則該通道將脫扣。通道脫扣信號分別輸送到奇數組停堆棒和偶數組停堆棒的3取2邏輯回路。當另外兩個通道任一個脫扣（無論脫扣原因是否和導致前面通道脫扣的工藝參數相同），一號停堆系統將觸發，奇數組和偶數組停堆棒離合器失電，28根停堆棒在重力作用下落入排管容器中，反應堆停堆。SDS#1簡要流程如圖1所示。

圖1 SDS#1 流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of SDS#1 process

1 堆芯區域功率測量（ROPT）回路構成和功能簡述

重水堆堆芯區域功率測量回路主要由以下設備和部件構成：探測器的微電流信號進入脫扣比較轉接后送到第一級的ROP放大器，其信號經過動態補償器進行補償后進入脫扣比較器與其內部設置的脫扣設定值進行比較，如果出現超出設定值的情況，輸出脫扣信號。以上設備，任意設備出現異常都將導致整個回路的異常。E通道有11個這樣的ROPT回路。其邏輯結構和實物照片如圖2、圖3所示。

ROPT電路簡圖如圖4所示，探測器送出電流信號經過1到達脫扣比器后，由2送入ROP放大器進行電流轉化為電壓信號進行放大，由3送到動態補償器后，由4送回至脫扣比器與脫扣設定值比較，信號送到指示回路，由指示表及數采系統顯示。

2 一號停堆系統E通道因11個區域中子功率讀數高導致自動脫扣缺陷描述

圖2 邏輯結構Fig.2 Logical structure

圖3 實物照片Fig.3 Physical photos

圖4 電路簡圖Fig.4 Circuit diagram

某機組在執行模擬安全殼隔離系統高壓力信號自動觸發隔離試驗時，一號停堆系統E通道出現11個ROPT回路讀數高脫扣報警、E通道中子功率高脫扣報警、E通道脫扣報警及相關窗報，1號停堆系統E通道自動脫扣。約150ms后，一號停堆系統E通道出現11個ROPT回路讀數高脫扣報警，及E通道中子功率高脫扣報警消報。主控室檢查ROPT讀數及裕量已恢復正常，SSM數據已恢復正常。

圖5 PI采集數據及脈沖信號Fig.5 PI Acquisition data and pulse signal

E通道脫扣時，數據采集系統（PI）采集到的數據如圖5所示。11個ROPT回路同時出現寬度為20ms，幅度為2%FP的脈沖信號，約150ms后再次出現20ms的脈沖。由于脈沖速度太快，未采集到最高值，根據報警信息判斷，脈沖的最高值已超過了設定值。

3 E通道自動脫扣缺陷原因分析

根據脫扣時的報警和檢查情況及對ROPT回路設備的分析，此事件可能的原因主要有：空間電磁干擾、ROPT回路接地或屏蔽線異常、ROPT回路的公共電源異常，ROPT回路設備及其邏輯本身異常4個方面。

3.1 空間電磁干擾

由于鉑探測器到控制室的信號電纜有150多米，而且電纜中的信號只有1μA左右，信號小，容易受到干擾。查詢了D、E、F通道的探測器電纜的走向，E通道走向：R501-R005-S145-S230-S328，D通道走向：R501-R005-S145-S230-S328，F通 道 走 向：R501-R005-S145-S147-S230-S328。從走向上看，電纜的走向基本一致。如果從空間過來的電磁干擾的話，應該對3個通道都會造成影響，D和F通道的ROPT信號也會出現波動。但是查看同一時間的D、F的數據采集系統，D通道和F通道ROPT回路信號平穩，而且探測器的電纜布置從安裝到現在都沒有改變過，R501，R111的主泵和慢化劑泵啟停都沒有對其造成干擾，因此可以排除從空間過來的電磁干擾。

3.2 ROPT回路接地或屏蔽線異常

ROPT回路的接地都是在探測器側接地的，探測器的金屬外殼及探測器的接頭外殼作為負極，直接與探測器組件和排管容器接觸，通過其與電站接地相連。探測器電纜是雙絞屏蔽電纜，屏蔽線與探測器的負極相連，也在探測器側接地，如圖6所示。

圖6 探測器及信號電纜的接地情況圖Fig.6 Grounding diagram of detector and signal cable

由于D、E、F 3個通道所有的探測器的接地都是在探測器組件內接地的，而且同一個探測器組件內存在2個或3個通道的探測器，如VFD5，VFD7，VFD15等組件存在3個通道的探測器，VFD6，VFD8，VFD12，VFD13，VFD14等組件存在2個通道的探測器。如果從探測器組件內的接地竄入干擾，則對3個通道都會造成影響，而此次只出現了E通道的信號干擾，DF通道信號平穩，因而干擾不是在探測器側竄入的。

由于信號地和屏蔽地接在一起，并且都是在探測器側接地的，并且E通道的11個ROPT回路的屏蔽線是獨立的，如果屏蔽線接地存在異常，則只會導致單個ROPT回路容易受到干擾，而不會造成11個ROPT回路同時脫扣，因而可以排除屏蔽線接地異常。

由于ROPT放大器，脫扣比較器及動態補償器的外殼的接地都是連接到機柜的銅排上的，是保護人員的接地，防止外殼帶電對人產生傷害。因此，外殼接地異常不會對ROPT回路信號造成影響。

3.3 ROPT回路的公共電源異常

ROPT回路的公共電源簡圖如圖7所示，電源方面可能的原因有：上級電源異常，如電壓波動等，但是查看了該通道電源相關的信號，如E通道電離室信號，E通道的工藝回路的信號，B通道的釩探測器信號，及二號停堆系統的H通道的ROPT回路信號，都沒有發生波動。另外，如果上級電源有問題也會導致E通道的ROPT回路的脫扣設定值存在波動，但是實際設定值并沒有波動，因此可以排除上級電源的異常。

電源端子松動，電源端子松動可能會導致ROPT回路的機架失電，導致信號波動。現場對接線端子進行檢查，發現接線端子無松動情況，排除端子松動導致電源異常情況。

由于E通道的11個ROPT回路的設備都是由熔絲5542-PL573-FU101供電的，從熔絲到供電母排之間是E通道11個ROPT回路的公共部分。此公共部分如果存在異常，可能導致11個ROPT回路供電的電源電壓出現擾動，進而導致11個ROPT回路的信號出現波動，導致E通道脫扣。因此，從熔絲到供電母排之間可能存在異常是導致E通道脫扣的根本原因。

圖7 ROPT回路的公共電源Fig.7 Common power supply of ROPT circuit

3.4 ROPT回路設備及其邏輯本身的異常

ROPT回路設備及其邏輯本身的故障原因有：脫扣比較器、放大器、動態補償器本身故障，試驗回路故障，設定值選擇回路故障等。

對于脫扣比較器、放大器、動態補償器本身故障，由于E通道的11個回路的設備都是獨立的，單個設備故障時，只會導致單個回路信號異常而不會導致11個回路同時出現故障，因而脫扣比較器、放大器、動態補償器的故障可以排除。

對試驗回路的分析，E通道的11個ROPT回路都有獨立的試驗電路，試驗電路在脫扣內部，試驗的啟動按鈕和選擇開關是公用的。試驗時，需要按下試驗的通道選擇按鈕，再選擇試驗的回路，再按下試驗啟動按鈕。這3個設備都是串聯的，不可能同時出現故障。因此，試驗回路的故障可以排除。

對于設定值選擇回路，設定值選擇通過選擇開關68231-HS2E的3副觸點進行選擇，如果開關故障，只會導致11個回路的設定值改變，不會導致11個回路的實際功率信號波動，而從PI上看，設定值數據無波動，如圖8所示。

4 實施行動

4.1 供電熔絲到接線端子、電纜排查

圖8 E通道脫扣時，E通道的設定值信號穩定、無波動Fig.8 When channel E trips, the set value signal of channel E is stable without fluctuation

針對ROPT回路的公共電源方面的異常，在機組大修期間對一號停堆系統E通道的ROPT回路的供電熔絲5542-PL573-FU101到母排部分的接線端子、電纜等進行排查。對供電熔絲（5542-PL573-FU101）進行更換，檢查供電熔絲的熔絲底座及底座接線，發現無異常。拆下5542-PL573-FU101的L1和N1的兩側的接線，檢查無異常。檢查E通道ROPT回路的供電端子、設備供電機架及其電源線，無異常。測量E通道ROPT回路的供電電纜的對地阻抗均≥1MΩ，測量線連通電阻均≤10Ω，滿足要求。

4.2 ROPT回路的接地設計評估

信號線堆芯探測器側單點接地，引起探測器至機柜的地線長度太長，地線電阻和電感效應增大，有可能在信號處理回路引入干擾，所以建議把信號線的屏蔽層也在機柜側接入柜內的屏蔽地。但是設計時根據實際接地的實際布置情況開展信號接地設計，如果由單點接地改為雙點接地，一是可能和原設備供貨商的初衷相矛盾，二是雙（多）點接地如果全廠達不到完全等點位的話，可能會因為接地點接地阻抗的不同對信號形成共模電壓干擾，從而加劇信號擾動。由于多點接地的不確定性，可能會引起更大的干擾，對機組運行存在很多不確定性，并且在運行的機組上也無法進行測試和試驗，并且目前的接地方式已運行了多年，因而保持現有的接地方式。

5 結束語

當SDS#1出現單通道脫扣時，增加了SDS#1動作的風險，一旦出現兩個通道脫扣，則會導致停堆棒插入堆芯，反應堆停堆，直接影響電廠的經濟效益。本文介紹了缺陷的背景，從空間電磁干擾、ROPT回路接地或屏蔽線異常、ROPT回路的公共電源異常4個方面進行詳細分析與排除，得出從熔絲到E通道的11個ROPT回路供電母排之間的部分可能存在異常，并對異常問題實施了行動及評估。本文對分析重水堆ROPT回路的缺陷具有一定的借鑒，對機組檢修工作具有一定的指導意義。