棒控系統(tǒng)內(nèi)部故障報警分析

高照

【摘 要】由于棒控系統(tǒng)直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行時反應(yīng)堆正常的反應(yīng)性控制和負(fù)荷跟蹤，而且棒控系統(tǒng)的不正常工作直接影響核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重的可導(dǎo)致保護(hù)動作，造成停堆等事故的發(fā)生。因此，本文論述了二廠一/二號機(jī)組棒控系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)報警產(chǎn)生的原因和對機(jī)組正常運(yùn)行的影響，以及運(yùn)行人員應(yīng)做出的響應(yīng)和處理方法。

【關(guān)鍵詞】棒控系統(tǒng)；RGL001/003AA；RGL011AA；棒組故障

1 系統(tǒng)概述

1.1 設(shè)備組成

完整的棒控系統(tǒng)包括：棒位部分、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)（CRDM）、棒控部分、控制自動運(yùn)行的調(diào)節(jié)裝置——功率調(diào)節(jié)設(shè)備。

1.2 棒控部分

通常所說的棒控系統(tǒng)主要指其中的棒控部分，它包括：1個控制邏輯柜、9個電源柜、3個配電柜、1套中繼電路和位于主控室的若干操作器、指示燈等。邏輯柜和電源柜都由PLC控制，包含11個PLC。電源柜設(shè)計采用“一帶一”方案，一組電源裝置（三個電源機(jī)箱）只控制一臺CRDM。每個電源柜裝有四組共十二個電源機(jī)箱，控制一個子組四臺CRDM運(yùn)行。其中控制邏輯柜分別接收來自功率控制系統(tǒng)、主控室和中繼電路送來的控制與邏輯信號，通過邏輯柜中各PLC預(yù)置程序向下游各電源柜發(fā)出信號，來控制各個控制棒的上提和下插。

1.3 棒位部分

棒位測量部分是用來產(chǎn)生棒束的實(shí)際位置、監(jiān)視棒控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)從而向操縱員提供棒束位置信息，不會產(chǎn)生保護(hù)和控制聯(lián)鎖信號。棒位設(shè)備包括33個棒位探測器，1個測量柜，1個處理柜，1個棒位顯示屏。這里簡單介紹下棒位測量的原理：棒位探測器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，棒位測量柜中的MCP10卡向探測器原邊線圈提供激磁電源，棒位測量柜中的MCP22卡對測量線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號進(jìn)行處理，得到一個五位的葛萊碼信號，這個葛萊碼信號就與控制棒在堆芯的位置存在一一對應(yīng)關(guān)系，此信號一路送到主控室顯示，另一路送棒位處理柜進(jìn)行比較、處理，進(jìn)而產(chǎn)生各種棒位報警。

1.4 控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)（CRDM）

控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)CRDM由驅(qū)動軸、密封殼組件、線圈和磁軛組成，每個CRDM包括提升、傳遞、保持線圈各一個，線圈和磁軛構(gòu)成電磁鐵；銜鐵、勾爪受這三個磁鐵的控制，線圈通電時銜鐵上升、勾爪嚙合。三個線圈依照編排好的先后次序，依次通電和斷電以帶動兩副勾爪抓入/退出驅(qū)動軸齒槽從而產(chǎn)生使傳動桿上升或下降的電磁力以實(shí)現(xiàn)棒的上升或下降。

其中保持線圈控制保持勾爪，線圈通電時保持勾爪插入驅(qū)動軸環(huán)形槽，使 控制棒驅(qū)動軸保持不動；線圈失電時保持勾爪從驅(qū)動軸環(huán)形槽退出。保持勾爪不能上下移動。傳遞線圈控制傳遞勾爪，線圈通電時傳遞勾爪插入驅(qū)動軸環(huán)形槽，使控制棒驅(qū)動軸保持不動；線圈失電時傳遞勾爪從驅(qū)動軸環(huán)形槽退出。傳遞勾爪固定在傳遞勾爪組件上，整個傳遞勾爪組件受提升銜鐵控制，可以移動一步。提升線圈控制提升銜鐵，線圈通電時提升銜鐵使整個傳遞勾爪組件向上移動一步。在緊急停堆情況下，三個線圈均失電，整束控制棒靠重力作用向下加速運(yùn)動，直接到堆芯底部，以實(shí)現(xiàn)快速信堆。在沒有任何控制邏輯信號情況下，只有保持線圈通電，使控制棒保持在原先的位置上不變。

2 故障報警分析

棒控系統(tǒng)在設(shè)計時就充分的考慮到了棒控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)故障時，對控制棒產(chǎn)生的不利影響，并以主控室報警的形式把故障告知給主控室操縱員。對于系統(tǒng)內(nèi)部故障報警我們主要介紹兩類：電源柜故障報警和棒位測量故障報警。

2.1 電源柜故障報警

首先我們先了解一下棒控系統(tǒng)各電源柜和邏輯處理柜是如何供電的。對于每個機(jī)柜而言，控制電源由兩路冗余交流電組成，兩相260VAC和單相220VAC。兩路電源互為備用。兩路交流電源經(jīng)過變壓、整流、濾波電路后，輸出兩路穩(wěn)定的±15Vdc、+24Vdc，作為整個機(jī)柜的低壓直流控制電源。其中任何一路控制電失去，對控制棒的棒位和移動都不會產(chǎn)生影響，但是如果兩路控制電源同時失去，那么該電源柜控制的子組將會掉入堆芯。

電源柜的動力電源是三相260V交流電源，來自棒電源機(jī)組。動力電源經(jīng)整流后輸出到驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如下圖所示：

按照故障類型的不同和對系統(tǒng)的影響不同，機(jī)柜故障報警又可分為“非緊急故障”和“緊急故障”兩種。根據(jù)控制棒組的不同，“緊急故障”又分為RGL 001 AA （停堆棒組控制邏輯運(yùn)行故障 ）或 RGL 003 AA（控制棒組控制邏輯運(yùn)行故障）。我廠觸發(fā)“緊急故障”報警大致有兩種情況：邏輯柜輸出的棒速信號超出4-20mA范圍（邏輯柜輸出信號故障）；電源柜提升、傳遞、保持線圈電流異常（控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)和電源柜自身控制故障）。由于這兩種情況都會直接影響到控制棒的運(yùn)行，所以當(dāng)出現(xiàn)“緊急故障”時有故障的電源柜將會自動斷開邏輯柜來的指令，同時該電源柜中所有的棒束驅(qū)動機(jī)構(gòu)的保持和傳遞線圈同時被激勵（雙保持），閉鎖相應(yīng)被控制子組的移動，從而減輕和限制故障對運(yùn)行的影響。又因?yàn)樵谶壿嫻馪LC中預(yù)置程序中限定的同一組各子組是相差半個周期運(yùn)動的，所以RGL001AA將直接閉鎖SA組動棒；對于RGL003AA，A1或A2柜緊急故障只直接閉鎖A組動棒，B1或B2柜緊急故障只直接閉鎖B組動棒，C1或C2柜緊急故障只直接閉鎖C組動棒， D柜緊急故障只直接閉鎖D組動棒。同時，各組之間互不影響。就平時功率運(yùn)行而言，如果D棒組出現(xiàn)上述情況將會使棒控系統(tǒng)失去負(fù)荷跟蹤能力（類似卡棒）。因此，對于RGL001/003AA應(yīng)引起足夠的重視。除了及時聯(lián)系相關(guān)人員處理故障和就地通過機(jī)柜報警確認(rèn)具體故障類型外，還應(yīng)該立即停止一切汽機(jī)負(fù)荷變化（必要時通過改變硼濃度來平衡一/二回路功率），并且將控制棒組置手動位置。待處理完成后，方可解除動棒閉鎖，回復(fù)自動。

“非緊急故障”（RGL002AA），該報警將邏輯柜除棒速超范圍外的其它故障和9個電源柜的非緊急故障綜合在一起。具體包括：邏輯柜260V交流控制電源不存在、邏輯柜220V交流控制電源不存在、電源柜控制電源故障（9個電源柜的非緊急故障信號都會觸發(fā)）、邏輯柜PLC電源不正常、邏輯柜接口電源不正常等其它非緊急故障。002AA雖然不會像001/003AA那樣直接影響控制棒組的動棒，但也應(yīng)該引起足夠的注意，及時處理。

2.2 棒位測量故障報警（RGL011AA）

RGL011AA代表了棒位測量部分幾乎所有設(shè)備異常時的報警。具體包括了：測量柜電源故障、通風(fēng)故障；掃描存在測量位置錯誤（測量位置超范圍、測量位置變化大于1、與給定方向不一致）；處理柜24V電源故障；處理柜PLC 故障；邏輯柜、電源柜給定位置不一致；給定位置讀取指令錯誤等。棒位測量故障中與操縱員關(guān)系最為緊密的應(yīng)該是棒位指示的故障，此時操縱員將無法正確的監(jiān)視控制棒在堆芯的準(zhǔn)確位置。當(dāng)一個分棒組中有一個棒位指示器故障時，根據(jù)功率水平的不同有著不同的處理方法。大于50%FP情況下，應(yīng)通過每8小時測量一次堆芯通量密度并且每次將相應(yīng)棒組移動11步以上的方法來檢測故障棒束的位置。當(dāng)出現(xiàn)如每個分棒組有兩個或兩個以上棒位指示器故障的情況，技術(shù)規(guī)格書中則要求機(jī)組1小時內(nèi)進(jìn)入熱停堆。1/2號機(jī)組運(yùn)行期間也多次出現(xiàn)了這一報警，大多是因?yàn)榘粑粶y量部分中測量柜的MCP22卡件故障，導(dǎo)致與棒位對應(yīng)的葛萊碼信號跳變所致。

2.3 棒組故障報警

“棒組故障報警”是一個統(tǒng)稱，它具體包括了RGL012AA（A棒組）、RGL013AA（B棒組）、RGL014AA（C棒組）、RGL015AA（D棒組）、RGLO16AA（SA棒組）。在正常情況下，任意一個棒組如果出現(xiàn)了一下情況之一便會觸發(fā)它們各自的棒組故障報警：

1）棒組失步（靜態(tài)失步≥10步、動態(tài)失步≥12步）

2）棒棒失步≥12步

3）棒在低位≤5步

對于停堆棒組SA棒組，除了上述3點(diǎn)以外，還包括了“棒偏離高位”即測量棒位<224步的情況。從上面的具體報警原因可以看到，所謂的棒組故障報警其實(shí)就是特指了控制棒失步的報警。針對這一故障類型，運(yùn)行有一本專門的應(yīng)對規(guī)程“I RGL 001”可以處理。但是我們還是要有其他一些方面要注意。由于失步現(xiàn)象往往發(fā)生在升降功率和有提插控制棒操作的實(shí)驗(yàn)過程中，而且失步產(chǎn)生的I0也都是第一組I0，所以我們必須事先控制機(jī)組的I0數(shù)量。避免同時出現(xiàn)兩個第一組I0時必須后撤的尷尬境地。如果發(fā)現(xiàn)棒位顯示有失步情況，同一棒組中兩個分棒組的步計數(shù)器的步數(shù)有偏差≥9步，或者觸發(fā)控制棒組故障報警， 應(yīng)該馬上通過對外核測通道或者堆芯出口熱電偶來驗(yàn)證是否真的出現(xiàn)失步，同時應(yīng)密切關(guān)注象限功率傾斜比、ΔI等參數(shù)是否滿足運(yùn)行限制。并優(yōu)先執(zhí)行以下操作：禁止提升功率；暫停二回路負(fù)荷變化；控制棒至手動方式，有必要時利用稀釋、硼化方式平衡一、二回路功率；對于可能棒位低于插入限值的情況，為了滿足一定的停堆裕度，必須降低功率，建立一種新的與之相適應(yīng)的控制棒棒位。之后及時通知儀控人員查找故障原因，并進(jìn)行失步校正。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：曹明明]