重水堆二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率試驗回路的故障分析及改進

徐清華

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

二號停堆系統(tǒng)是CANDU6型重水堆的4個專設安全系統(tǒng)之一，區(qū)域功率是二號停堆系統(tǒng)的10個脫扣參數(shù)中的一個，它用于防止反應堆的區(qū)域功率超過其設定值。二號停堆系統(tǒng)有3個通道，每個通道監(jiān)測8個區(qū)域的區(qū)域功率，總共監(jiān)測24個區(qū)域。每個區(qū)域都有一套獨立的監(jiān)測回路，包括鉑探測，區(qū)域功率放大器，隔離模塊，指示表及試驗電路等。裝在堆芯各個區(qū)域中的鉑探測器把中子通量信號轉(zhuǎn)化為微安級的電流信號，經(jīng)過專用電纜送到位于設備間的區(qū)域功率放大器中，在區(qū)域功率放大器中經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換放大電路，動態(tài)補償電路后，一路送到比較電路中，與設定值進行比較，如果大于設定值，區(qū)域功率放大器就送出脫扣信號到脫扣邏輯中，使通道脫扣，如果有兩個通道脫扣，二號停堆系統(tǒng)就會動作，把毒物罐中的硝酸軋毒物注入到堆芯中，使反應堆停堆。從動態(tài)補償電路來的另外一路送到緩沖電路中，經(jīng)過緩沖后送出到隔離模塊，再經(jīng)過隔離模塊后送到主控室的指示表上[1]。在每個區(qū)域的區(qū)域功率監(jiān)測回路中，都有一個獨立的試驗電路，用于區(qū)域功率監(jiān)測回路的定期試驗，當不在試驗狀態(tài)時，試驗電路處于備用狀態(tài)。

圖1 二號停堆系統(tǒng)試驗原理圖Fig.1 Test schematic diagram of No.2 shutdown system

1 二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率監(jiān)測回路工作及試驗原理

由于二號停堆系統(tǒng)是專設安全系統(tǒng)，根據(jù)技術規(guī)格書的要求，每周都需要對24個區(qū)域監(jiān)測回路進行試驗，以驗證回路與系統(tǒng)處于可用狀態(tài)[2]。試驗分通道進行，每次只對一個通道中的8個回路進行試驗。試驗時，通過選擇開關選擇需要試驗的回路（見圖1），按下試驗按鈕，調(diào)節(jié)試驗電位計，使區(qū)域功率放大器中的試驗電路產(chǎn)生電流，此電流與鉑探測器送來的電流相疊加，然后一起送到區(qū)域功率放大器中，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換放大，動態(tài)補償，在區(qū)域功率放大器中與設定值進行比較。調(diào)節(jié)試驗電位計使試驗電路產(chǎn)生的電流逐漸增加，當試驗電路產(chǎn)生的電流與鉑探測器起送來的信號相加大于設定值時，區(qū)域功率放大器就送出脫扣信號到脫扣邏輯中，使通道脫扣。

試驗電路中，R96用來調(diào)節(jié)加在試驗電位計上的電壓，當試驗電位計調(diào)到最大電阻時，調(diào)節(jié)R96使U11的輸出電流為1.5μA，U11是一個單位可調(diào)增益放大器，R95用來將U11的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流信號。試驗繼電器J、K4和K5用來從外部控制來啟動脫扣試驗電路，當此通道處于試驗狀態(tài)時，用選擇開關選擇需要試驗的回路，再按下試驗按鈕，就會使繼電器J、K4和K5得電，從而啟動試驗電路，通過調(diào)大試驗電位計，使U11的輸出電壓逐漸增大，通過R126后變?yōu)樵囼炿娏?，試驗電流也隨著增大。當脫扣驗證完成后，調(diào)小試驗電位計到零位，松開試驗按鈕，繼電器J、K4和K5失電，其常開觸點都斷開，試驗電路與實際信號回路斷開[3]。

2 二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率放大器多次脫扣的現(xiàn)象

當運行人員進行區(qū)域功率試驗過程時，選好試驗通道及需要試驗的區(qū)域功率回路，按下試驗按鈕，慢慢調(diào)大試驗電位計，試驗信號增加到一定的值時，區(qū)域功率放大器脫扣，通道脫扣，然后慢慢把試驗電位計調(diào)到零，區(qū)域功率放大器，通道復位，然后松開試驗按鈕。在松開試驗按鈕的過程中，區(qū)域功率放大器再次脫扣，通道也再次脫扣，試驗不成功。運行人員只有重新試驗，直到在松開試驗按扭的過程中，區(qū)域功率放大器不再脫扣。由于區(qū)域功率放大器的多次脫扣，使同一區(qū)域的監(jiān)測回路重復試驗，造成人力的浪費，也增加通道處于脫扣狀態(tài)的時間，增加了二號停堆系統(tǒng)誤動作的風險。

3 二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率放大器多次脫扣的原因分析

多次脫扣故障都是發(fā)生在松開試驗按鈕的過程中，為了分析區(qū)域功率試驗回路干擾導致放大器多次脫扣故障，對試驗回路進行了測試，用記錄儀對試驗回路關鍵點的電壓及區(qū)域功率放大器的輸出電壓進行記錄。測試時，試驗選擇開關閉合，再按下試驗按鈕，繼電器J、K4和K5得電，然后松開試驗按鈕，繼電器J、K4和K5失電，用記錄儀記錄下此過程各個點的電壓波形。

用記錄儀記錄下來的波形如圖2所示。從圖2看，當繼電器J、K4和K5得電時，其7號端子上有一個瞬間的向上的小脈沖，區(qū)域功率放大器試驗電路的TP71也產(chǎn)生一個小脈沖，但是沒有對放大器的輸出TP2產(chǎn)生影響。當繼電器J、K4和K5失電時，繼電器J的7號端子的電壓上升，TP71的電壓也隨著上升，大約1.5ms后，繼電器J的7號端子和TP71的電壓緩慢的開始下降，5ms后，電壓快速下降，放大器的輸出TP2在5ms時達到最大，然后慢慢下降，50ms后降回原先的值。

圖2 試驗繼電器通電斷電時對區(qū)域功率信號影響的波形圖Fig.2 Waveform diagram of the influence of the test relay on the regional power signal when the power is powered off

圖3 繼電器觸點動作測試電路Fig.3 Relay contact action test circuit

圖4 試驗繼電器J的觸點閉合時的波形Fig.4 Waveform of the contact closure of the test relay J

從圖2的波形圖上看，干擾的產(chǎn)生與繼電器J、K4及K5的觸點動作有關系，當用圖3的繼電器測試電路對試驗繼電器觸點動作時的波形進行記錄，就能清晰地看到繼電器觸點動作瞬間的情況。測試時，把記錄儀的3個通道分別接到3個負載電阻上，記錄繼電器線圈得電和失電時的波形。繼電器線圈得電時的波形如圖4所示，繼電器線圈失電時的波形如圖5所示。

從波形圖4及圖5上看，同一線圈帶動的3副觸點開始閉合和開始斷開的時間是不一致的，而且在觸點閉合初期，觸點存在回跳現(xiàn)象，即閉合、斷開、再閉合，這樣來回幾次，直到觸點完全閉合，但是由于繼電器的觸點上并聯(lián)了電阻電容回路，電阻電容回路的充放電使得負載電阻上的電壓變化不明顯。當觸點斷開時，由于電阻電容回路的充放電，使得從閉合到完全斷開的時間很長，大概有2.1ms。

正是由于繼電器動作時，由同一線圈帶動的幾副觸點動作的動作時間不一致，且觸點動作瞬間存在回跳現(xiàn)象，導致了在進行二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率試驗過程中，松開試驗按鈕時，對放大器的輸出產(chǎn)生干擾，導致通道再次脫扣。

圖5 試驗繼電器J的觸點斷開時的波形Fig.5 Waveform of test relay J when contact is disconnected

知道了繼電器動作時的特性，就能清晰地分析產(chǎn)生干擾的原因。在松開試驗按鈕的過程中，由于繼電器J的線圈失電，使繼電器J的常開觸點1和2，4和5，7和8，10和11斷開，由于繼電器J的常開觸點1和2斷開，使得區(qū)域功率放大器內(nèi)部的繼電器K4，K5的線圈失電，使繼電器K4和K5的常開觸點1和2，5和7斷開。在繼電器J的常開觸點1和2，4和5，7和8，10和11斷開時，由于K4和K5的常開觸點1和2，5和7還沒有斷開，使得試驗繼電器J的4號端子上有大約6V的電壓，由于繼電器J的觸點動作時，存在動作的時間不一致及回跳的現(xiàn)象，使得試驗繼電器J的4號端子上的電壓直接加到了試驗繼電器J的7號端子上，電容C46和繼電器觸點間并聯(lián)的電容快速充電，使TP71和繼電器的7號端子的電壓快速上升，試驗電路輸出的電流也快速上升，使得區(qū)域功率放大器的輸出TP2的電壓也開始上升，大約經(jīng)過1.5ms后，繼電器J的常開觸點1和2，4和5，7和8，10和11完全斷開，此時繼電器K4和K5的常開觸點還未斷開，電容C46和繼電器觸點間并聯(lián)的電容開始放電，由于R116的電阻為10MΩ，使得放電過程比較緩慢，在過大約3ms后，K4和K5的常開觸點斷開，TP71上的電壓通過C46的放電緩慢下降，繼電器J的7號端子上的電壓也隨著與繼電器J觸點間并聯(lián)的電容的放電而下降。在繼電器K4和K5的常開觸點1和2，5和7斷開后，從J8輸出的電流變?yōu)?，區(qū)域功率放大器的輸出電壓TP2也隨之慢慢下降。在此過程中如果區(qū)域功率放大器的TP2的電壓大于脫扣設定值時，區(qū)域功率放大器就會送出脫扣信號，使通道脫扣。因此，就產(chǎn)生了通道多次脫扣的現(xiàn)象。

4 二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率試驗時多次脫扣故障的改進措施

通過對故障的分析，在試驗繼電器J的觸點動作的過程中消除試驗繼電器J的7號端子及TP71上的電壓，就可以消除試驗回路中的干擾，在繼電器J的7和10端子之間連上10μF電容和47KΩ電阻，由于并聯(lián)上的電容有10μF，充電很慢，而試驗繼電器4副觸點全部斷開過程一般只有幾毫秒。因此，在繼電器J觸點斷開的過程中，電容上的電壓基本保持不變，其7號端子及放大器的TP71上不會產(chǎn)生電壓，也就不會對放大器的輸出TP2產(chǎn)生干擾。把47KΩ電阻和10μF電容并聯(lián)上后，對區(qū)域功率回路進行了測試，其測試波形平穩(wěn)，在松開試驗按鈕PB時，繼電器J、K4和K5失電過程中，繼電器J的7號端子的電壓沒有上升，還是0V，TP71的電壓也是0V，區(qū)域功率放大器的輸出TP2沒有任何波動。經(jīng)過多次測試，都沒有出現(xiàn)波動。

在車間進行多次測試驗證后，在現(xiàn)場實施了區(qū)域功率試驗回路的改造，在試驗繼電器J的7和10號端子上并聯(lián)一個10μF的電容和47KΩ的電阻，改造后在現(xiàn)場進行了整個回路的試驗，在松開試驗按鈕PB的過程中，沒有出現(xiàn)向上的波動，也沒有造成通道再次脫扣，試驗過程中放大器的輸出TP2的電壓波形穩(wěn)定，在按下和松開試驗按鈕的過程中，沒有出現(xiàn)任何的波動。其后對此回路進行了多次的試驗，都沒有出現(xiàn)多次的脫扣故障現(xiàn)象。接著在大修期間對兩臺機組的二號停堆系統(tǒng)的所有的區(qū)域功率回路進行了改造，改造后徹底解決了區(qū)域功率試驗回路中的干擾現(xiàn)象，解決了二號停堆系統(tǒng)區(qū)域功率回路多次脫扣的故障。

5 結(jié)束語

區(qū)域功率作為二號停堆系統(tǒng)的一個重要脫扣參數(shù)，每周都要進行24個區(qū)域的試驗，試驗頻繁，在試驗過程中出現(xiàn)多次脫扣會導致重復試驗，導致通道處于脫扣狀態(tài)的時間變長。通過在試驗繼電器的7和10號端子上并聯(lián)一個10μF的電容和47KΩ的電阻的方法徹底解決了故障。提高了區(qū)域功率回路的可靠性，并且通過這些問題的解決給工作人員提供了一些有借鑒意義的經(jīng)驗。