CANDU6反应堆调节棒的控制原理及故障分析

赵朋

【摘 要】本文从硬件和软件（DCC）控制两方面探讨调节棒的控制原理并简单的分析调节棒在运行过程中易发生的一些故障，从运行的角度探讨针对这些故障的处理措施，从而保证核反应堆的安全运行。

【关键词】调节棒；硬件；软件（DCC）

中图分类号： TL423 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）04-0133-002

Control principle and failure analysis of CANDU6 reactor control rod

ZHAO Peng

（China nuclear power management co.，LTD.，haiyan zhejiang 314300，China）

【Abstract】This paper from two aspects of hardware and software （DCC） explore the control principle of regulating rod and a simple analysis of the control rod of some fault in running process，from the view point of running against these fault handling measures，so as to ensure the safe operation of nuclear reactors.

【Key words】Regulating rod；Hardware；Software （DCC）

1 总论

CANDU6反应堆调节棒用于：在正常情况下插入堆芯以展平堆内中子通量分布；功率降低时，提出堆芯引入正的反应性补偿氙毒的积累，以维持LZC液位在正常控制范围；在换料机故障的情况下，提出堆芯以补偿燃耗；在功率偏差较大、液位太高或太低时动作，使液体区域控制在正常范围内。本文将从硬件和软件（DCC）控制两方面探讨调节棒的控制原理并简单的分析调节棒在运行过程中易发生的一些故障，从运行的角度探讨针对这些故障的处理措施，从而保证核反应堆的安全运行。

2 调节棒的硬件控制原理

2.1 调节棒的总体控制

调节棒的总体控制是由电站控制计算机输出的DO信号直接给MCC用于驱动马达的启动和停止，也可以通过主控室的控制手柄手动启动或停止驱动马达的运行，同时如果一号停堆或者二号停堆系统没有准备就绪就会闭锁马达的启动。调节棒的运动速度由RRS程序根据功率偏差来调节。如果STEPBACK由于对数功率变化率大于8%或者由于局部区域高功率而触发，则会发出DO信号直接断开驱动电机的动力电源。

2.2 电子行程结束装置（EES）

电子行程结束装置由一个模拟电路组成，两个电位计分别输出一个标准的电压表示调节棒已经完全插入或提出堆芯，此电压信号和来自另一个独立电位计的电压输出信号在比较器中相比较，然后将比较的结果转化为电压信号通过继电器变成数字量信号输出用于：1、送给马达控制控制中心，控制驱动电机的启动和停止；2、送给主控室盘台上的EMI用于辅助判断调节棒完全插入和完全拔出；3、将数字量信号送给DCC用于调节棒的DI显示以及异常运动的报警和判断。

2.3 调节棒的模拟量AI指示

模拟量AI指示，由电位计测量。用于给操纵员提供确切的调节棒在堆芯中实际位置。

3 调节棒的软件（DCC程序）控制

DCC中的RRS程序有一项重要的功能就是调节棒的控制，作为液体区域控制系统的后备，在它控制能力不足时辅助进行功率调节；在不能换料时，通过提出调节棒来增加反应性，维持电站运行。

3.1 调节棒的动作逻辑

在自动模式下，RRS程序根据LZC水位和（或）功率偏差通过输出DO信号来驱动调节棒的插入或者拔出。

如果功率偏差EP>4%，或者EP>-4%并且液体区域的平均液位LEVAV>70%，则要求插入调节棒。如果EP<=4%，或者EP<4%并且液体区域的平均液位LEVAV<20%则要求拔出调节棒。如果-4%

调节棒共有21跟，分为7组，自动控制时，对ADJ的操作以组为单位，手动模式以跟为单位。拔棒时先从第一组开始，到第七组结束，插棒与之相反。

3.2 ADJ棒的位置检测和报警

3.2.1 调节棒次序的检查。

由于21跟调节棒要按照规定的次序控制，因此对每根棒的运动顺序要加以检测。我们定义POSi表示第i跟棒的位置。

POSi=0%表示第i跟棒完全提出。

POSi=100%表示第i跟棒完全插入。

計算△i=POSi-POSi+1，如果△i<0，说明驱动顺序正确，如果△i>20%说明驱动顺序错误，发出窗报“ADJUSTER TROUBLE”，CRT报警“ADJUSTER SEQUENCE INCORRECT”。

3.2.2 行程结束检查EOT（END OF TRAVEL）

根据2.2节的描述可知，每一根调节棒都有两个12位的电位计，其中一个电位计能够输出一个表示棒完全插入或者拔出的DI和EMI指示，另外一个电位计作为冗余的设计为操纵员提供一个模拟量AI输出，表示确切的棒位指示。EOT检查就是检查这个AI信号和DI信号是否一致。

如果完全插入的DI为0，表示该调节棒完全插入，但是调节棒的位置AI不在99.5%至101.5%之间，则发出“ADJUSTER TROUBLE”的窗口报警，并发出如下报警信息：“ADJUSTER K–FULLY IN EOT TROUBLE”

如果完全提出的DI为0，表示该调节棒完全提出，但是调节棒的位置AI不在-1.25%至0.75%之间，则发出“ADJUSTER TROUBLE”的窗口报警，并发出如下报警信息：“ADJUSTER K – FULLY OUT EOT TROUBLE”。

3.2.3 运动速度检查

首先RRS程序根据功率偏差计算出调节棒的理论运动速度，根据速度计算出理论位移，当计算出的理论位移达到10%全行程时，开始计算调节棒的实际位移，当实际的位移大于5%全行程时，运动速度检查通过。如果实际的位移小于5%全行程，则运动速度检查未通过，然后：

a）将此调节棒标为卡棒；

b）发出“ADJUSTER TROUBLE”的窗报；

c）发出CRT报警信息：“ADJUSTER K–MOTION TEST FAILURE”；

被设为卡棒的ADJ只能由操作员手动清除卡棒标识。

4 常见的故障分析

4.1 卡棒

调节棒卡棒是一种常见的故障，对它的检测是通过调节棒的运动速度检查来完成的。当理论的位移打到10%，而实际的运动速度不到5%时，RRS程序就认为调节棒发生卡棒现象，同时发出“MOTION TEST FAILURE”的报警。

引起卡棒的原因可能是机械故障，例如锥形涡轮啮合脱落等，还有电气方面的原因，例如驱动电机故障短路、接地等。在调节棒出现卡棒现象时，操纵员需要尽快处理。

一般情况下当调节棒的驱动回路出现故障时会引起相关的电气保护动作，导致MCC开关出现保护动作。当某一根调节棒没有按照要求动作时，会造成堆芯功率分布的畸变，因此为了保证堆芯的安全，需要将出现热跳的开关复位一次，如果能成功复位，则需尽快按照手动驱动的规程清除卡棒的，手动将其置于要求的位置（完全拔出或者插入）。如果不能成功复位或者是开关出现磁跳，则需要根据反应堆运行物理手册（37000-OM）中反应堆非额定工况下ROPT 开关位置选则的章节进行处理，并且尽快联系堆物理人员进行堆芯安全的分析，联系维修人员处理故障。

4.2 调节棒CYCLING

出现调节棒CLCYING的原因一般归纳为以下三点：

1）调节棒组的反应性价值太大。当反应堆正的功率偏差太大，LZC不能自动调节时，需要插入ADJ棒来调节功率。但由于ADJ棒价值过大，AZL水位降到20%以后还不能穩定，于是RRS又重新将ADJ棒拔出以使AZL水位上升。当拔出ADJ棒后又出现正的功率偏差，于是RRS又将ADJ棒插入。如此循环，形成CYCLING。

2）AZL的反应性价值太小（即多个LZC的水位大于80%或小于10%）。在正常100%功率运行时，13%AZL相当于1mk ，但是当反应堆处于启动状态时，由于中间区域的热中子通量密度很高，该区域的LZC水位一直维持在高水位，所以AZL水位的反应性价值比平时小，大约20%AZL才相当于1mk ，于是，当插入ADJ棒时，形成CYCLING.。

3）操作ADJ棒的速度太快。当反应堆功率偏差太大，水位自动调节已无法补偿时，需要操作ADJ棒来调节功率。但由于ADJ棒的操作速度太快，使反应堆在短时间内变成相反的功率偏差，且水位自动调节能力又跟不上，于是又需动作ADJ棒，这样就形成了CYCLING.。

当出现调剂棒CLCYING时，操纵员需要立即将控制手柄打到手动位置，以停止调节棒的运动，然后执行CLCYING的规程手动驱动调节棒到要求的位置（完全拔出或者插入堆芯）或者将速度控制模式置于手动位置，用比较小的速度来自动驱动。

4.3 单根调节棒意外拔出堆芯。

功率运行时当有一根调节棒意外拔出堆芯时，一般会伴随有顺序错误的报警。如果调节棒没有能够按照设计的规则移动，会造成堆芯功率分布的异常变化，甚至出现安全分析没有包含的通量分布类型，因此当有一根棒意外拔出时操纵员需要立即做出响应。首先需要检查两个停堆系统的ROPT裕量、快速降功率、慢速降功率和区域超功率脱扣的裕量，将燃料通道烧干的几率降至最低，同时将停堆系统脱扣的概率降至最低，同时要求堆物理人员评估堆芯的状态。然后手动尝试将意外拔出的调节棒手动尝试插入堆芯，如果能插入，则断开电源要求维修人员处理故障，如果不能插入，则断开电源，同样需要及时调查原因处理故障。因为单根调节棒意外拔出堆芯或者卡在堆芯中间是经过安全分析评估过的一种工况，在这种工况下能保证8小时内的堆芯安全，而8小时后是没经过分析的，因此如果8小时内不能将该调节棒插入堆芯，则需要将1#SDS和2#SDS的三个通道的中子超功率脱扣设定值的手动开关打到ADJ位置。

5 总结

调节棒正常运行时插入堆芯，作为一种反应性控制的手段，它的移动将会导致堆芯通量分布的变化，因此操纵员必须密切的监视，一旦出现故障，必须第一时间做出正确的响应。本文从硬件和软件（DCC）两方面简要描述了调剂棒的控制原理，列举了几种常见的故障类型，并从运行的角度给出了处理故障的思路。

【参考文献】

[1]98-63720-DM-006调节棒设计手册.

[2]98-63729-PS-105调节棒程序说明书.

[3]98-63710-OM-001反应堆调节系统运行手册.

[4]98-37000-OM-001反应堆运行物理手册.