提高多基地堆芯飽和裕度測(cè)量穩(wěn)定性方法的研究與實(shí)施

姜磊+張澤勇

【摘 要】堆芯最小飽和裕度是反應(yīng)堆監(jiān)視的重要狀態(tài)參數(shù)之一，但核電廠由于采集板件設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致在大修中容易引發(fā)最小飽和裕度不可用，從而使機(jī)組產(chǎn)生非計(jì)劃性第一組I0。因此，需要研究一種可靠、穩(wěn)定的測(cè)量方法，來避免堆芯最小飽和裕度的異常波動(dòng)。

【Abstract】The minimum saturation margin of the core is one of the important state parameters for the monitoring of the reactor. However， due to the unreasonable design of the acquisition panel， it is easy to cause the minimum saturation margin to be unavailable in the overhaul， resulting in the generation of unplanned first group I0. Therefore， we need a reliable and stable measurement method to avoid the abnormal fluctuation of the minimum saturation margin of the core.

【關(guān)鍵詞】CCMS；最小飽和裕度；調(diào)理模塊

【Keywords】 CCMS； minimum saturation margin； conditioning module

【中圖分類號(hào)】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）02-0186-03

1 引言

百萬千瓦級(jí)壓水堆核電站堆芯溫度和壓力容器水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（簡稱為CCMS）是反應(yīng)堆核心的監(jiān)視系統(tǒng)之一，堆芯溫度測(cè)量利用堆芯熱電偶信號(hào)和反應(yīng)堆冷卻劑壓力，計(jì)算出飽和溫度及最低堆芯溫度飽和裕度等數(shù)據(jù)；壓力容器水位測(cè)量主要通過堆芯水位差壓變送器信號(hào)、溫度信號(hào)和壓力信號(hào)，計(jì)算出堆芯水位，為操作員提供一回路的狀態(tài)信息。

核電站運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求：對(duì)于在RP、NS/SG、NS/RRA、一回路未充分開口的MCS模式下，堆芯飽和裕度測(cè)量必須可用。如果部分或全部失去堆芯飽和裕度測(cè)量，則機(jī)組記第一組I0，并須在規(guī)定期限內(nèi)完成檢修，否則機(jī)組向相應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行后撤。

多基地核電站CCMS系統(tǒng)受調(diào)理模塊設(shè)計(jì)缺陷的影響，在熱電偶絕緣及連續(xù)性測(cè)量的過程中，當(dāng)前端熱電偶信號(hào)斷線或恢復(fù)時(shí)，調(diào)理模塊輸出會(huì)出現(xiàn)向量程上限階躍跳變的現(xiàn)象，且系統(tǒng)無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無效剔除，從而對(duì)堆芯飽和裕度計(jì)算產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致最小飽和裕度測(cè)量值發(fā)生波動(dòng)，引起機(jī)組產(chǎn)生非計(jì)劃性第一組I0。

2 研究背景及意義

CCMS系統(tǒng)提供的堆芯最小飽和裕度是反應(yīng)堆監(jiān)視的重要狀態(tài)參數(shù)之一，供操作員掌握一回路水位的相關(guān)信息，與核安全息息相關(guān)。但由于板件設(shè)計(jì)的固有缺陷，導(dǎo)致在大修中進(jìn)行熱電偶絕緣及連續(xù)性測(cè)量時(shí)容易引發(fā)最小飽和裕度不可用，從而使機(jī)組產(chǎn)生第一組I0，并占用大修關(guān)鍵路徑時(shí)間。

因此，急需研究一種可靠、穩(wěn)定的測(cè)量方法，避免最小飽和裕度異常波動(dòng)問題的產(chǎn)生，從而有效節(jié)約關(guān)鍵路徑、縮短大修工期、降低大修成本。

3 研究方法及可行性驗(yàn)證

3.1 概述

多基地CCMS系統(tǒng)，在堆芯熱電偶斷線及斷線恢復(fù)時(shí)，由于其熱電偶調(diào)理模塊斷線檢測(cè)的特性，導(dǎo)致了堆芯最高溫度（TMAX）增加，堆芯飽和溫度裕度（ΔTSAT）減小。如果此時(shí)電站功率<10%FP，且ΔTSAT<報(bào)警限值（20℃），則觸發(fā)堆芯飽和溫度裕度低報(bào)警。

論文分析了堆芯熱電偶斷線及斷線恢復(fù)時(shí)的瞬態(tài)過程，以及該過程對(duì)堆芯飽和溫度裕度的影響機(jī)理，描述了在熱停、冷停堆期間避免產(chǎn)生堆芯最小飽和裕度波動(dòng)的方法。

3.2 熱電偶斷線及斷線恢復(fù)分析

3.2.1 飽和溫度裕度計(jì)算原理

①計(jì)算一回路飽和溫度TSAT

計(jì)算公式為：TSAT=179.895+99.86X+24.38X2+5.67X3+0.935X4

X=log10PABS

一回路飽和溫度的可用性：

A_TSAT=A_PABS；當(dāng)A_TSAT=0時(shí)，TSAT保持上一周期的計(jì)算值，即TSAT=TSAT（n-1）。其變量名稱和變量描述如表1。

②計(jì)算堆芯飽和裕度

計(jì)算公式為：

△TSAT=TSAT-TRIC-MAX

飽和裕度的可用性：

A_△TSAT=A_TSAT*A_TRIC-MAX，當(dāng)A_TSAT=0時(shí)，TSAT保持上一周期的計(jì)算值，即△TSAT=△TSAT（n-1），其變量名稱和變量描述如表2。

3.2.2 mv調(diào)理模塊特性

熱偶斷線后，mv調(diào)理模塊SAMK32A在不超過250ms的時(shí)間內(nèi)，輸出遞增到最大電流（對(duì)應(yīng)于1200℃）。斷線恢復(fù)時(shí)，在不超過250ms的時(shí)間內(nèi)，輸出從最大電流遞減至正常值。AI模塊的采樣周期為5ms，CPU的運(yùn)算周期為25ms，因此，在熱偶斷線及恢復(fù)過程中，CPU將采集到多個(gè)周期的、虛假的、增大了的溫度值。

在堆芯平均溫度為300℃且穩(wěn)定，堆芯最大溫度為300℃，堆芯熱偶有效數(shù)量超過15只，PABS=15.5MPa的情況下，實(shí)測(cè)斷線時(shí)的△TSAT在100ms內(nèi)降低1.2℃并恢復(fù)；如果斷線時(shí)間超過3min，則斷線恢復(fù)之后的第60s，△TSAT瞬時(shí)降低19℃，在此后逐漸恢復(fù)正常值。

3.2.3 堆芯熱電偶斷線

假設(shè)熱偶斷線前為300℃，該熱偶溫度為堆芯最高有效溫度（TMAX），堆芯絕對(duì)壓力不變（PABS）。斷線后，mv調(diào)理模塊在不超過250ms的時(shí)間內(nèi)，輸出遞增到最大電流（1200℃），AI模塊的采樣周期為5ms，CPU的運(yùn)算周期為25ms，因此，在溫度達(dá)到1200℃之前，CPU將采集到多個(gè)周期的、增大了的、虛假的溫度值。該溫度值經(jīng)過15s的濾波之后，溫度將增大。濾波公式如下：endprint

經(jīng)過10個(gè)CPU運(yùn)算周期，該TC被置為無效，此時(shí)濾波后溫度為305℃，即TMAX值將增加5℃，△TSAT下降5℃。

3.2.4 堆芯熱電偶斷線恢復(fù)

假設(shè)熱偶斷線時(shí)間足夠長，堆芯平均溫度300℃且穩(wěn)定，正常溫度300℃，堆芯最大溫度300℃，堆芯熱偶有效數(shù)量超過15只。

熱偶接通后，mv調(diào)理模塊輸出下降，軟件濾波后溫度值經(jīng)過60秒后，從最大溫度（1200℃）遞減到319℃，這段時(shí)間內(nèi)堆芯平均溫度變化超過了1℃/2分鐘，因此不進(jìn)行有效性校驗(yàn)，該熱偶一直保持在無效狀態(tài)。

第61秒，該熱偶被置為有效，此時(shí)溫度為318℃，TMAX從300℃變?yōu)?18℃，第120s下降到300℃。而△TSAT則從下降18℃，到下降為0℃。

圖3為熱偶斷線及恢復(fù)對(duì)△TSAT的影響。

3.3 熱電偶絕緣及連續(xù)性測(cè)量方法的改進(jìn)

綜上所述，通過對(duì)調(diào)理模塊輸出特性的分析，如果采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，將會(huì)對(duì)飽和裕度的計(jì)算帶來影響，那么該如何對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化呢？通過對(duì)帶冷端補(bǔ)償熱電偶型模擬量輸入卡件的研究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：冷端補(bǔ)償與熱電偶的斷線順序也會(huì)對(duì)調(diào)理模塊的輸出產(chǎn)生影響，測(cè)試結(jié)果如下。

當(dāng)測(cè)量端與補(bǔ)償電阻均斷線時(shí)，顯示定值-325.0（-25%）；當(dāng)測(cè)量端正常，補(bǔ)償電阻斷線時(shí)顯示定值-325.0（-25%）；當(dāng)測(cè)量端斷線，補(bǔ)償電阻正常時(shí)，顯示定值1338.97（102.998%）。

從理論分析上來看，在進(jìn)行熱電偶絕緣及連續(xù)性測(cè)量時(shí)，先斷冷端補(bǔ)償，再斷熱電偶；斷線恢復(fù)時(shí)，先恢復(fù)熱電偶再恢復(fù)冷端補(bǔ)償，這樣將會(huì)使調(diào)理板卡的輸出為量程下限，從而不會(huì)對(duì)最大溫度和飽和裕度的計(jì)算產(chǎn)生干擾。但在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際驗(yàn)證過程中，發(fā)現(xiàn)部分調(diào)理模塊的輸出特性并不穩(wěn)定：在恢復(fù)冷端補(bǔ)償時(shí)，輸出值向量程上限發(fā)生了短時(shí)跳變，又一次對(duì)飽和裕度的計(jì)算產(chǎn)生了干擾。

那么，是否可以從算法邏輯上對(duì)調(diào)理模塊的該特性缺陷進(jìn)行屏蔽？下面對(duì)熱電偶采集信號(hào)的算法邏輯進(jìn)行了分析。

熱電偶溫度mV信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入板卡，送CPU單元，邏輯處理分三路：

1路：送KIC/BUP顯示，變量N*RIC***KM，該變量帶狀態(tài)位，無效時(shí)曲線用虛線顯示；

2路：經(jīng)一個(gè)15s的延時(shí)濾波環(huán)節(jié)，送入計(jì)算環(huán)節(jié)，其中包括溫度裕度計(jì)算；

3路：取熱電偶無效置量位，包括模擬量狀態(tài)位置1、高低超限（0～1200℃），都將無效置量位置1，KIC顯示變量為N*RIC***KS。

在現(xiàn)場(chǎng)工程師站進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，如果將第3路代表熱電偶溫度信號(hào)的質(zhì)量位狀態(tài)置于無效，那么就可以將該熱電偶剔除，從而不會(huì)參與最大溫度、平均溫度和飽和裕度的計(jì)算。

至此，在進(jìn)行熱電偶絕緣及連續(xù)性測(cè)量時(shí)，堆芯最小飽和裕度異常波動(dòng)的根本原因已查明，為調(diào)理模塊本身設(shè)計(jì)缺陷所導(dǎo)致。為了從根本上避免該缺陷引起的飽和裕度不可用以及占用大修關(guān)鍵路徑時(shí)間，對(duì)以往的測(cè)量方法從軟件及硬件兩方面進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，新的測(cè)試方法邏輯順序?yàn)椋?/p>

①將*AK的數(shù)值強(qiáng)制為OFF；

②斷開冷端補(bǔ)償電阻；

③溫度顯示無效，實(shí)時(shí)值置下限；

④斷開熱電偶；

⑤完成熱電偶絕緣及連續(xù)性檢查；

⑥放電；

⑦恢復(fù)熱電偶；

⑧恢復(fù)冷端補(bǔ)償；

⑨溫度顯示有效，KIC中確認(rèn)實(shí)時(shí)值恢復(fù)到當(dāng)前正常值；

⑩取消*AK強(qiáng)制。

4 結(jié)論

新的測(cè)試方法不僅從根本上避免了在進(jìn)行熱電偶絕緣及連續(xù)性測(cè)量工作中產(chǎn)生的堆芯最小飽和裕度不可用的現(xiàn)象，同時(shí)也杜絕了由此項(xiàng)工作產(chǎn)生第一組I0而占用大修關(guān)鍵路徑的情況發(fā)生。隨著這一方法在多基地機(jī)組大修中的成功應(yīng)用，顯現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。endprint