重水堆二号停堆系统区域功率试验回路的故障分析及改进

徐清华

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

二号停堆系统是CANDU6型重水堆的4个专设安全系统之一，区域功率是二号停堆系统的10个脱扣参数中的一个，它用于防止反应堆的区域功率超过其设定值。二号停堆系统有3个通道，每个通道监测8个区域的区域功率，总共监测24个区域。每个区域都有一套独立的监测回路，包括铂探测，区域功率放大器，隔离模块，指示表及试验电路等。装在堆芯各个区域中的铂探测器把中子通量信号转化为微安级的电流信号，经过专用电缆送到位于设备间的区域功率放大器中，在区域功率放大器中经过电流电压转换放大电路，动态补偿电路后，一路送到比较电路中，与设定值进行比较，如果大于设定值，区域功率放大器就送出脱扣信号到脱扣逻辑中，使通道脱扣，如果有两个通道脱扣，二号停堆系统就会动作，把毒物罐中的硝酸轧毒物注入到堆芯中，使反应堆停堆。从动态补偿电路来的另外一路送到缓冲电路中，经过缓冲后送出到隔离模块，再经过隔离模块后送到主控室的指示表上[1]。在每个区域的区域功率监测回路中，都有一个独立的试验电路，用于区域功率监测回路的定期试验，当不在试验状态时，试验电路处于备用状态。

图1 二号停堆系统试验原理图Fig.1 Test schematic diagram of No.2 shutdown system

1 二号停堆系统区域功率监测回路工作及试验原理

由于二号停堆系统是专设安全系统，根据技术规格书的要求，每周都需要对24个区域监测回路进行试验，以验证回路与系统处于可用状态[2]。试验分通道进行，每次只对一个通道中的8个回路进行试验。试验时，通过选择开关选择需要试验的回路（见图1），按下试验按钮，调节试验电位计，使区域功率放大器中的试验电路产生电流，此电流与铂探测器送来的电流相叠加，然后一起送到区域功率放大器中，经过电流电压转换放大，动态补偿，在区域功率放大器中与设定值进行比较。调节试验电位计使试验电路产生的电流逐渐增加，当试验电路产生的电流与铂探测器起送来的信号相加大于设定值时，区域功率放大器就送出脱扣信号到脱扣逻辑中，使通道脱扣。

试验电路中，R96用来调节加在试验电位计上的电压，当试验电位计调到最大电阻时，调节R96使U11的输出电流为1.5μA，U11是一个单位可调增益放大器，R95用来将U11的输出电压转换成电流信号。试验继电器J、K4和K5用来从外部控制来启动脱扣试验电路，当此通道处于试验状态时，用选择开关选择需要试验的回路，再按下试验按钮，就会使继电器J、K4和K5得电，从而启动试验电路，通过调大试验电位计，使U11的输出电压逐渐增大，通过R126后变为试验电流，试验电流也随着增大。当脱扣验证完成后，调小试验电位计到零位，松开试验按钮，继电器J、K4和K5失电，其常开触点都断开，试验电路与实际信号回路断开[3]。

2 二号停堆系统区域功率放大器多次脱扣的现象

当运行人员进行区域功率试验过程时，选好试验通道及需要试验的区域功率回路，按下试验按钮，慢慢调大试验电位计，试验信号增加到一定的值时，区域功率放大器脱扣，通道脱扣，然后慢慢把试验电位计调到零，区域功率放大器，通道复位，然后松开试验按钮。在松开试验按钮的过程中，区域功率放大器再次脱扣，通道也再次脱扣，试验不成功。运行人员只有重新试验，直到在松开试验按扭的过程中，区域功率放大器不再脱扣。由于区域功率放大器的多次脱扣，使同一区域的监测回路重复试验，造成人力的浪费，也增加通道处于脱扣状态的时间，增加了二号停堆系统误动作的风险。

3 二号停堆系统区域功率放大器多次脱扣的原因分析

多次脱扣故障都是发生在松开试验按钮的过程中，为了分析区域功率试验回路干扰导致放大器多次脱扣故障，对试验回路进行了测试，用记录仪对试验回路关键点的电压及区域功率放大器的输出电压进行记录。测试时，试验选择开关闭合，再按下试验按钮，继电器J、K4和K5得电，然后松开试验按钮，继电器J、K4和K5失电，用记录仪记录下此过程各个点的电压波形。

用记录仪记录下来的波形如图2所示。从图2看，当继电器J、K4和K5得电时，其7号端子上有一个瞬间的向上的小脉冲，区域功率放大器试验电路的TP71也产生一个小脉冲，但是没有对放大器的输出TP2产生影响。当继电器J、K4和K5失电时，继电器J的7号端子的电压上升，TP71的电压也随着上升，大约1.5ms后，继电器J的7号端子和TP71的电压缓慢的开始下降，5ms后，电压快速下降，放大器的输出TP2在5ms时达到最大，然后慢慢下降，50ms后降回原先的值。

图2 试验继电器通电断电时对区域功率信号影响的波形图Fig.2 Waveform diagram of the influence of the test relay on the regional power signal when the power is powered off

图3 继电器触点动作测试电路Fig.3 Relay contact action test circuit

图4 试验继电器J的触点闭合时的波形Fig.4 Waveform of the contact closure of the test relay J

从图2的波形图上看，干扰的产生与继电器J、K4及K5的触点动作有关系，当用图3的继电器测试电路对试验继电器触点动作时的波形进行记录，就能清晰地看到继电器触点动作瞬间的情况。测试时，把记录仪的3个通道分别接到3个负载电阻上，记录继电器线圈得电和失电时的波形。继电器线圈得电时的波形如图4所示，继电器线圈失电时的波形如图5所示。

从波形图4及图5上看，同一线圈带动的3副触点开始闭合和开始断开的时间是不一致的，而且在触点闭合初期，触点存在回跳现象，即闭合、断开、再闭合，这样来回几次，直到触点完全闭合，但是由于继电器的触点上并联了电阻电容回路，电阻电容回路的充放电使得负载电阻上的电压变化不明显。当触点断开时，由于电阻电容回路的充放电，使得从闭合到完全断开的时间很长，大概有2.1ms。

正是由于继电器动作时，由同一线圈带动的几副触点动作的动作时间不一致，且触点动作瞬间存在回跳现象，导致了在进行二号停堆系统区域功率试验过程中，松开试验按钮时，对放大器的输出产生干扰，导致通道再次脱扣。

图5 试验继电器J的触点断开时的波形Fig.5 Waveform of test relay J when contact is disconnected

知道了继电器动作时的特性，就能清晰地分析产生干扰的原因。在松开试验按钮的过程中，由于继电器J的线圈失电，使继电器J的常开触点1和2，4和5，7和8，10和11断开，由于继电器J的常开触点1和2断开，使得区域功率放大器内部的继电器K4，K5的线圈失电，使继电器K4和K5的常开触点1和2，5和7断开。在继电器J的常开触点1和2，4和5，7和8，10和11断开时，由于K4和K5的常开触点1和2，5和7还没有断开，使得试验继电器J的4号端子上有大约6V的电压，由于继电器J的触点动作时，存在动作的时间不一致及回跳的现象，使得试验继电器J的4号端子上的电压直接加到了试验继电器J的7号端子上，电容C46和继电器触点间并联的电容快速充电，使TP71和继电器的7号端子的电压快速上升，试验电路输出的电流也快速上升，使得区域功率放大器的输出TP2的电压也开始上升，大约经过1.5ms后，继电器J的常开触点1和2，4和5，7和8，10和11完全断开，此时继电器K4和K5的常开触点还未断开，电容C46和继电器触点间并联的电容开始放电，由于R116的电阻为10MΩ，使得放电过程比较缓慢，在过大约3ms后，K4和K5的常开触点断开，TP71上的电压通过C46的放电缓慢下降，继电器J的7号端子上的电压也随着与继电器J触点间并联的电容的放电而下降。在继电器K4和K5的常开触点1和2，5和7断开后，从J8输出的电流变为0，区域功率放大器的输出电压TP2也随之慢慢下降。在此过程中如果区域功率放大器的TP2的电压大于脱扣设定值时，区域功率放大器就会送出脱扣信号，使通道脱扣。因此，就产生了通道多次脱扣的现象。

4 二号停堆系统区域功率试验时多次脱扣故障的改进措施

通过对故障的分析，在试验继电器J的触点动作的过程中消除试验继电器J的7号端子及TP71上的电压，就可以消除试验回路中的干扰，在继电器J的7和10端子之间连上10μF电容和47KΩ电阻，由于并联上的电容有10μF，充电很慢，而试验继电器4副触点全部断开过程一般只有几毫秒。因此，在继电器J触点断开的过程中，电容上的电压基本保持不变，其7号端子及放大器的TP71上不会产生电压，也就不会对放大器的输出TP2产生干扰。把47KΩ电阻和10μF电容并联上后，对区域功率回路进行了测试，其测试波形平稳，在松开试验按钮PB时，继电器J、K4和K5失电过程中，继电器J的7号端子的电压没有上升，还是0V，TP71的电压也是0V，区域功率放大器的输出TP2没有任何波动。经过多次测试，都没有出现波动。

在车间进行多次测试验证后，在现场实施了区域功率试验回路的改造，在试验继电器J的7和10号端子上并联一个10μF的电容和47KΩ的电阻，改造后在现场进行了整个回路的试验，在松开试验按钮PB的过程中，没有出现向上的波动，也没有造成通道再次脱扣，试验过程中放大器的输出TP2的电压波形稳定，在按下和松开试验按钮的过程中，没有出现任何的波动。其后对此回路进行了多次的试验，都没有出现多次的脱扣故障现象。接着在大修期间对两台机组的二号停堆系统的所有的区域功率回路进行了改造，改造后彻底解决了区域功率试验回路中的干扰现象，解决了二号停堆系统区域功率回路多次脱扣的故障。

5 结束语

区域功率作为二号停堆系统的一个重要脱扣参数，每周都要进行24个区域的试验，试验频繁，在试验过程中出现多次脱扣会导致重复试验，导致通道处于脱扣状态的时间变长。通过在试验继电器的7和10号端子上并联一个10μF的电容和47KΩ的电阻的方法彻底解决了故障。提高了区域功率回路的可靠性，并且通过这些问题的解决给工作人员提供了一些有借鉴意义的经验。