秦一廠反應堆保護系統溫度漂移分析及解決

丁華秋，莫澤洲，唐哲偉

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

反應堆保護系統的功能是當核電廠出現異常工況時，反應堆保護系統自動觸發，產生緊急停堆動作，減輕事故后果；同時，專設安全設施驅動系統自動觸發專設安全設施動作，避免或限制堆芯和反應堆冷卻劑邊界的破壞，確保不致發展成為更嚴重的工況，防止裂變產生的放射性物質向外釋放，緩解其后果[1]。

反應堆保護系統直接關系到核電廠的安全性和可用性，是確保核電廠安全運行的安全系統。它與重要儀表電源系統、安全變量監測系統和控制棒控制系統一起，共同保護核電廠反應堆的安全運行。

反應堆保護系統共有21個停堆信號，如圖1所示。而溫度信號參與的停堆參數有兩個，分別為超溫ΔT和超功率ΔT。反應堆保護系統溫度信號取自現場PT100變送器的電阻信號，經過反應堆保護系統轉換為數字量，并參與平均溫度和溫差的計算，繼而參與超溫ΔT和超功率ΔT的計算，以及專設的相關邏輯觸發的輸入信號，例如低平均溫度的主給水隔離，軟件邏輯在此不再贅述[2]。

圖1 反應堆保護系統停堆參數Fig.1 Shutdown parameters of the reactor protection system

1 問題背景介紹

秦一廠350MW核電機組核反應堆保護系統采用AREVA（阿海琺）公司TXS平臺的數字化保護系統，其中溫度信號取自現場PT100變送器的電阻信號，通過TXS系統的硬件STT1將電阻信號轉化為4mA～20mA的電流信號，再通過信號處理模件SAA1將電流信號轉化為電壓信號，最后通過分配模件SNV1將電壓信號轉化為電流信號送往保護系統輸入模件以及其它系統[3]。

根據反應堆保護系統溫度轉換表（見表1），反應堆保護系統針對1Ω的電阻變化將導致3℃左右的溫度變化。在過去的6年內，反應堆保護系統發生過數次溫度信號故障，特別是2016年～2017年故障率逐漸升高（見表2），對核電站機組的安全可靠運行產生潛在影響。例如，對運行操作人員判斷機組運行狀況產生影響，對停堆保護系統冗余性降低甚至停堆產生影響等。

表1 反應堆保護系統溫度轉換對照表Table 1 Comparison table of temperature conversion of reactor protection system

表2 2016年～2017年溫度信號漂移故障描述Table 2 Description of temperature signal drift fault from 2016 to 2017

2 原因分析

電阻信號到系統可用的電流信號過程中，容易受到諸多物理因素的影響。例如，端子的松動、現場變送器故障、信號轉換硬件故障等，都可能對電阻信號產生變化。從圖2的流程圖分析，并制定故障原因分析框圖如圖3所示。

圖2 反應堆保護系統溫度信號流程圖Fig.2 Flow chart of temperature signal of reactor protection system

圖3 原因分析圖Fig.3 Cause analysis diagram

通過原因分析，排查故障：

1）現場變送器故障：由于現場變送器測量風險大，環境惡劣，根據正常通道溫度換算正常電阻值，測量故障通道再輸入機柜的電阻值。若電阻值正常，則變送器無故障，可以排除末端因素；若電阻值異常，則變送器包括現場變送器的轉接信號部分故障。通過測量現場到機柜側的電阻值正常，說明現場變送器無故障，可以排除變送器故障的末端因素。

2）機柜側軟硬件故障：在大修時，對溫度轉換模件STT1模件前端直接加電阻信號，電阻溫度信號對應表1。例如，當用變阻箱加入電阻為200.389Ω時，在軟件的輸入信號為8.009mA，滿足精度要求（反應堆保護系統輸入模擬量信號精度要求為0.5%），說明整個系統的硬件處理模件以及軟件沒有故障，那么目前可能的問題就是端子塊在電阻信號轉接時產生了小的電阻變化，從而導致溫度的漂移。

3）機柜側轉接端子塊故障：通過排查，并用螺絲刀對端子進行緊固操作，觀察溫度變化，發現端子的接觸不好，溫度漂移的程度也會相應變大。

通過拆解端子進行分析（如圖4所示），發現線鼻子的變形對電阻的大小有微弱的影響，但正是這微弱的變化，對大量程的溫度范圍是會帶來溫度的飄移現象的。而造成這種變形的原因是端子塊壓接方式是機械式的壓緊，對于電阻信號，由于長時間的變形以及表面的氧化，包括大修預防性維修的插拔、機柜輕微的震動都會導致電阻值輕微的變化，從而導致溫度的漂移。

圖4 電阻信號轉接端子塊拆解圖Fig.4 Disassembly diagram of resistance signal transfer terminal block

3 故障對策

為了使端子塊不因為震動、預維、老化等導致接線松動，使電阻值輸入溫度變化在可接受范圍，需要更換不會導致轉接線鼻子變形的端子塊，即彈簧式的壓接方式，如圖5所示。這種壓接方式可以避免轉接端子的線鼻子不容易變形，并且使轉接信號牢固。

圖5 電阻信號端子壓接方式對比圖Fig.5 Comparison of crimping methods of resistance signal terminals

4 方案實施

由于實施風險大，在功率運行期間，方案需要逐個通道執行，因為機組的停堆信號采取的是四取二的邏輯表決，而為了避免單個通道溫度信號在更換端子塊時對送往其它系統有影響，需要采取單通道旁通或者模擬的方式進行。由于核安全的特殊性以及保守決策，只更換一個端子塊并進行觀察。在大修低低水位期間，儀控人員普查是否有電阻信號的輸入轉接不合理的現象并提出替換措施，更換涉及溫度輸入信號的轉接端子塊共15個。

圖6 兩種端子塊對比圖Fig.6 Comparison of two terminal blocks

儀控人員對核反應堆保護系統溫度信號，從2018年7月～2021年7月進行觀察記錄，沒有出現溫度漂移的問題，降低了設備的維護成本，為機組的安全運行提供了有力的保障，極具推廣意義。

5 結束語

反應堆保護系統是核電廠的重要組成部分，它的性能和工作狀態直接影響到機組的安全穩定運行。本文通過對秦一廠反應堆保護系統溫度漂移的故障分析，介紹了秦一廠反應堆保護系統溫度漂移的原因、對策以及實施過程，梳理了數字化系統故障分析定位的思路、典型故障模式的定位方法、實施安措與風險分析，提高了該故障的應對能力，鞏固了系統運行的安全性和穩定性，對于數字化儀控系統的類似問題具有較好的現場借鑒經驗。