關于重水堆停冷系統液位變送器日常隔離問題的討論

于 超，王 萌，王仕博，譚繼勇，代濟嶺，陸惠強

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

反應堆長期停運進行必要的檢修時，由于堆芯內的裂變反應和衰變熱仍然存在，所以需要一個熱阱將堆芯余熱導出并長期維持主熱傳輸系統處于低溫狀態（54 ℃）。另外，在檢修蒸發器一次側或主泵軸封，需要控制主熱傳輸系統的水位至檢修水位，維持燃料冷卻，異常工況下將主熱傳輸系統從熱態零功率冷卻下來。

1 現狀

中核運行CANDU-6 重水堆機組，在機組停堆大小修進入低水位期間，用于監視集管與主泵入口液位的12 臺液位變送器在機組功率運行期間為隔離狀態，且要求液位指示信號為超量程狀態，如果出現液位指示恢復正常或液位為超低量程則被認為缺陷。

在大修退出低水位時液位變送器進行隔離，此時系統處于常溫常壓狀態，隔離后變送器側壓力約200 kPa，隔離閥兩側壓力比較平衡。機組正常運行后，主泵入口與集管壓力9～11 MPa，而此時變送器側壓力仍約200 kPa，液位變送器隔離閥兩側差壓大增，長期運行后造成部分液位變送器因隔離閥滲漏而出現液位指示而形成缺陷。另外，隔離閥長期處于高差壓狀態可能造成閥芯產生形變而縮短其使用壽命，一旦隔離閥損壞則更換工作將比較艱難。

2 液位變送器的現場設計

以其中一個液位變送器LT-A 為例：其液位變送器LT-A向DCC 輸入AI100 模擬信號，AI100 設置有低報（0.5 m）和高報（1.35 m）兩個報警值。與液位變送器相連的兩個液位開關LS-A#1 和LS-A#2 向觸點掃描儀輸入CI-01 和CI-02 兩個開關報警信號，分別對應集管液位低報和高報。此外，液位變送器LT-A 還向設備間的指示表LI-A 提供輸入信號。

正常運行時，集管滿液位，所有集管和主泵入口U 形管的AI 指示都處于高IRR 狀態。但是此時停冷旁路電動閥MV-A/B的手柄63341-HS-A/B 在CLOSE 位置，DI-03 為“0”，此時相關的液位高報（CI 報警和AI 報警）均被CAS 和AAS 程序的條件閉鎖功能屏蔽，窗口報警WN8-4“REACTOR INLET HDR LEVEL ABNORMAL”也被硬邏輯屏蔽，因此主控室不會有關于集管液位的任何窗報、CI 和AI 報警（圖1）。

圖1 硬邏輯屏蔽

在大修進入低水位后，根據程序要求，操縱員聯系維修人員通過短接繼電器觸點的方式使得DI-03 狀態為“1”，投運集管液位報警。

3 試驗與結果

為了檢驗正常運行期間能否將集管液位變送器保持與主系統相連的狀態，對滿功率投入液位變送器進行試驗，投運一號機組投用LT-A/B/C，并觀察對應AI（集管液位A、集管液位B、主泵入口U 形管液位C）指示。

在試驗期間，集管液位LT-A 指示值始終保持高IRR，但集管液位LT-B 和主泵入口U 形管液位LT-C 的波動很頻繁。其中，LT-B 指示最高IRR，最低約0.03 m，波動頻率約8 次/min；LT-C指示最高IRR，最低約0.3 m，波動頻率約1 次/min。

由于集管液位LT-B 大幅波動，其現場的高液位開關頻繁復位并重新動作（設定值1.35 m）、低液位開關偶爾也會動作并很快復位（設定值0.5 m）。隨后，恢復液位變送器至隔離狀態，相應的AI 指示也恢復高IRR 且穩定。

4 正常運行期間投入變送器的潛在影響

4.1 對液位變送器的影響

如果液位變送器LT-A 在正常運行期間投入，則整個運行期間變送器將受到頻繁、大幅度的壓力沖擊，可能影響變送器壽命、導致變送器損壞。

4.2 對液位開關的影響

集管液位高報和低報是由與液位變送器LT-A 相連的液位開關LS-A 發出，液位高報和低報的開關量輸出通過兩個繼電器。由于高低報頻繁報警、消報，LS-A 相關觸點頻繁閉合和斷開。LS-A#2 在試驗期間，其觸點狀態在2 min 內復位—報警次數達到10 次，在整個試驗期間該觸點均處于這樣的頻繁閉合和斷開狀態，直至試驗結束，變送器重新隔離。因此，如果功率運行期間長期保持變送器投入狀態，則整個運行期間液位開關會這樣頻繁閉合和斷開，進而影響液位開關的壽命。

4.3 對液位指示表的影響

液位變送器LT-A 的信號傳送至主控室設備間盤臺的液位指示表LI-A（量程0～1.5 m），如果LT-A 正常運行期間投入，會導致其指示在正常范圍至滿量程之間高頻率波動，可能會導致指示表損壞。

4.4 對觸點掃描儀和DCC 的影響

LS-A 的開關信號發送至觸點掃描儀，作為CI-01 和CI-02的報警源。當觸點掃描儀檢測到觸點狀態改變后，將產生一個DCC中斷并將事件信息記錄到輸出緩沖寄存器。DCC 的中斷處理程序PIE2 讀取這些事件信息并將其記錄至堆棧緩存，同時更新報警狀態表以確保其與當前的狀態一致。

正常運行期間，停冷旁路電動閥的手柄在CLOSE 位置，DI-03的狀態為“0”，CI-01 和CI-02 的報警被條件閉鎖，因此主控不會出現報警。但是該閉鎖功能是由CAS 程序判斷并實現，觸點掃描儀仍會接收現場的開關信號。當現場觸點信號發生變化時，觸點掃描儀向DCC 發出中斷、寫入事件記錄到輸出緩沖寄存器等一系列操作仍在執行，而DCC 中斷處理程序的一系列記錄數據至堆棧、更新報警狀態表等操作也在進行。如果現場開關量長時間頻繁變化，將加重觸點掃描儀、DCC 程序的負擔。一旦觸點掃描儀和DCC 程序故障，將嚴重影響電廠報警參數的監視，甚至會引發電廠瞬態。

4.5 潛在風險和不利影響

根據試驗可知，在機組正常運行期間解除集管液位變送器的隔離狀態，將這些變送器投入運行后，變送器的輸出可能大幅、頻繁波動。輸出的波動將使得液位指示表大幅波動、液位開關頻繁動作。正常運行期間，由于停冷旁路電動閥的手柄置于CLOSE 位置，相關液位的CI 和AI 報警通過CAS 的條件閉鎖功能處于閉鎖狀態，主控室不會出現報警，但由于此波動狀態在整個功率運行期間將持續，存在以下3 個潛在風險和不利影響：

（1）液位變送器將長期受到頻繁的壓力沖擊、現場液位開關頻繁動作、設備間液位計大幅波動，可能會加大液位變送器、液位開關和液位計的損耗。

（2）觸點掃描儀也會因為現場觸點狀態的變化而頻繁發出中斷、調用CAS 程序處理。增大觸點掃描儀和DCC 的負荷。

（3）正常運行期間部分操作和試驗會將停冷旁路電動閥的手柄置于“OPEN”位置，如果液位變送器是投入狀態，在此期間主控將出現頻繁的CRT 報警和窗報，影響運行人員執行試驗以及監視機組狀態。

因此，在正常運行期間不建議投入液位變送器。

5 其他處理方案

由以上分析可知，正常運行期間集管和主泵入口管線的液位變送器必須保持隔離狀態，否則會對設備造成不利影響。但是這將導致變送器隔離閥前后壓差過大、損壞隔離閥，因此需要評估有無其他替代方案。

5.1 液位變送器投入，斷開與液位開關和液位計的連接

在主系統退出低水位后，不再隔離液位變送器，斷開液位變送器至液位開關和液位計的連接，同時將液位開關置于穩定狀態（不報警或常報警），避免對液位開關、觸點掃描儀和DCC 的影響。

該方案的缺點是，雖然液位變送器的輸出已經斷開，不會影響液位開關、DCC 和液位指示表，但是變送器本身仍然與系統相連，無法消除工藝值頻繁、大幅度的波動的沖擊和影響。

一臺液位變送器就有多條輸出信號線需要被斷開，對于一個機組12 臺變送器而言，工作量大、工作控制困難（需要通過TMOD 流程），人因失誤概率加大。

5.2 主系統升壓完成后對變送器及其管線充壓

保持現有控制方式，即在主系統退出低水位后，仍然按照OM 要求隔離液位變送器。但是當主系統升至9.89 MPa 后，打開高低壓側隔離閥對各個變送器和所在管線進行逐一充壓，然后再恢復變送器隔離狀態?；謴透綦x狀態后，主控確認相關AI 指示保持高IRR 并穩定。這樣既可以避免指示的頻繁波動，又可以確保儀表隔離閥前后壓力基本一致，避免壓差大導致隔離閥損壞的事件。

該方案的缺點是，液位變送器被隔離后處于帶壓水實體狀態，如果隔離閥嚴密，則這段水實體的管線壓力受溫度影響密切，一旦溫度上升可能導致壓力迅速升高。采用此方案后，管線內殘余的初始壓力比現有方式高。按照現有方式，液位變送器在主系統重力充水使集管液位高IRR 后隔離，如果變送器隔離閥隔離嚴密，在機組升至滿功率后，變送器管線的壓力仍然保持常壓（帶重力壓頭）；但是如果采用充壓的方式，則變送器管線內初始壓力在9.89 MPa 以上，管線承壓裕量不足，壓力稍微上升就有可能導致液位變送器損壞（設計壓力2000 psi、約13.8 MPa），甚至連接法蘭泄漏重水。這樣的風險是不能接受的。

5.3 維持現有控制方式，不再發工作申請

維持現有控制方式，保持變送器正常運行期間與主系統隔離，考慮到隔離閥滲漏可能導致液位讀數有指示，并不是變送器本體的缺陷，在發現正常運行期間液位計讀數不在超量程失效狀態而是有指示時，不再發工作申請。這些液位變送器液位有指示對于機組的正常運行沒有影響，進入低水位前均會有相應的工作包對液位變送器進行檢查、標定，且運行操作規程進低水位時也有要求。如果液位變送器有問題，也能及時處理，不會影響機組進入低水位。

經過技術人員綜合評估，維持現有控制方式，即使日常功率運行期間出現液位指示，也不再認為這是變送器本身問題，不再對變送器進行隔離檢修。