秦山核电二期堆芯温度水位测量系统改造

2020-12-10李翰宇杜泽荣胡昌森

仪器仪表用户 2020年12期

李翰宇，杜泽荣，胡昌森，姚彤

（中核核电运行管理有限公司技术二处，浙江海盐 314300）

0 引言

秦山核电二期1、2 号机组堆芯温度水位测量系统自投运以来，已经运行10 余年时间，其中由于国外生产厂家倒闭，备件供应和技术服务已停止多年。近几年，由于设备的可靠性下降及备件的缺乏，导致系统出现故障的次数明显上升，并且每次故障处理会使机组产生I0，使得其他预防性维修及纠正性维修工作停滞，降低了工作效率也影响了机组安全稳定。

为确保堆芯温度水位系统能够连续稳定运行，不会因为系统故障导致电厂降功率或退防，影响电厂的安全及经济性，同时考虑到整个系统后续维护和持续的备件供应，需要对秦山核电二期1、2 号机组堆芯温度水位测量系统的堆芯冷却监测机柜进行整体升级替换。

表1 堆芯冷却监测机柜采集信号清单Table 1 List of signals collected by the core cooling monitoring cabinet

1 系统概述

秦山核电二期1、2 号机组堆芯温度水位监测系统由反应堆堆芯温度和压力容器水位监测两部分组成，其功能是采集来自现场传感器、SIP 系统和RPR 系统的信号（见表1），通过以上信号计算堆芯饱和温度、过冷裕度、最高堆芯温度及压力容器水位，并将计算结果向KIT 系统和KSA系统发送，以及在主控室显示和报警。

根据单一故障准则，堆芯温度水位监测系统采用冗余设计，所有设备分为A/B 两列，它们在电气上和实体上均是隔离的，主要分为两个部分。温度和水位测量的探测部分位于核岛内，信号二次处理部分位于电气厂房，由两个堆芯冷却监测机柜（RIC011AR、RIC012AR），以及主控室的显示仪表（RIC001PP、RIC002PP）组成。

2 国内改造情况

目前国内电厂中，大亚湾核电站1、2 号机组已率先完成了对堆芯冷却监测系统（即堆芯温度水位监测系统）的升级改造，新系统使用广利核公司的FIRMSYS 平台(和睦系统)实现原有系统的全部功能，并且为了满足其升级SOP 规程的需要，对原系统功能有所加强和优化，系统改造至今运行效果良好，有效解决了因部件老化、备件无法采购导致的系统工作不稳定及故障报警闪发的问题，提高了电厂运行的可靠性和经济性[1]。

图1 秦山核电二期1、2号机组热电偶布置图Fig.1 The thermocouple layout of Qinshan Nuclear Power Phase II Unit 1 and Unit 2

秦山核电二期扩建工程3、4 号机组目前使用的堆芯冷却监测系统是在1、2 号机组基础上改进的。由于1、2 号机组使用的堆芯冷却监测系统机柜当时已经停产，在综合了技术、成本和未来发展等因素后，选择使用西门子公司的TXS 核级软硬件平台[2]，该平台是较为成熟的DCS 平台，具有多年应用经验。系统投用后运行正常，设备运行稳定性良好[3]。

基于多方面考虑，秦山核电二期1、2 号机组堆芯温度水位监测系统改造最终选择参考大亚湾核电站改造经验使用FIRMSYS 平台进行设计。

3 改造范围及系统结构

本次改造虽参考大亚湾核电站1、2 号机组改造经验，但未对核岛内探测部分进行改动，由于秦山核电二期1、2号机组目前采用的是EOP 规程且未来过渡到SOP 规程的可能性极小，综合实施风险和实际效果，未参考大亚湾核电站改造经验，10 号和21 号堆芯出口热电偶未上提至压力容器上封头位置，如图1 所示。

所以本次改造仅对信号二次处理部分进行替换，改造范围如图2 所示。改造后的系统由两台机柜（RIC011AR、RIC012AR）、一面盘台（P10 盘）组成。P10 盘上安装RIC001PP、RIC002PP 两块显示设备。其中，RIC011AR、RIC001PP 属于A 列，RIC001PP 是ICCMS-A 的远程显示设备；RIC012AR、RIC002PP 属于B 列，RIC002PP 是ICCMS-B 的远程显示设备。RIC011AR、RIC012AR 安装在L709/L749 房间，P10 盘安装在L710/L750 房间。

图2 系统改造范围Fig.2 Scope of system transformation

ICCMS-A、ICCMS-B 通过光纤与KIT 通信站连接，通过硬接线和继电器机架与KSA、KIT 系统连接。KIT 系统的机柜（包含通信站）安装在L709/L749 房间。服务单元（维护工具）用于系统调试期间读取/修改系统参数，调试时，服务单元具有读取中间信号以及输入输出信号的功能。电站运行期间，禁止服务单元与ICCMS-A、ICCMS-B 连接。

改造后的系统由如下子系统构成：

1）电源子系统。其功能是为整个系统提供交流、直流电源。其中，A 列输入电源来自于LNA，B 列输入电源来自LND，均为单路供电。

2）信号处理子系统。主要功能包括：信号调理、信号输入输出、数据处理及通信等单元。结构如图4 所示。

3）显示和记录子系统。功能包括：远程显示、就地显示及记录。

4）KIT 通信站。功能是实现系统与KIT 间通讯，通过安装在工控机的通讯协议转换软件将ICCMS 端的SN4 协议转换成RS-422 协议实现，具体如图5 所示。

4 改造实施及效果

秦山核电二期1、2 号机组改造分别在113、212 大修进行实施。主要有以下5 个部分内容：

1）原外部电缆记录，热电偶电缆的绝缘性和连续性检查。

2）旧机柜移除，新机柜底座焊接、打磨及PT 检查。

3）新增电缆敷设，光纤的敷设、熔接。

图3 系统结构图Fig.3 System structure diagram

图4 信号处理子系统结构图Fig.4 The structure diagram of the signal processing subsystem

图5 通讯链路图Fig.5 Communication link diagram

4）新机柜焊接及无损探伤，机柜外部电缆连接以及新机柜卡件恢复。

图6 新机柜现场布置Fig.6 Site layout of the new cabinet

图7 冷端补偿可用性相关逻辑及修改部分内容Fig.7 Logic related to cold end compensation availability and some modifications

5）机柜上电调试。

其中，调试按照调试方案对系统整体功能的测试，内容包括：①数据显示页面检查；②堆芯温度监视画面检查；③电气测量值页面检查；④系统状态页面检查；⑤数据显示页面；⑥远程堆芯温度监视画面；⑦远程状态显示画面；⑧与KIT 的通讯检查；⑨综合报警功能及报警信号检查；⑩机柜参数修改、强制等功能测试。

所有测试均未发现异常。其中，重点对热电偶通道的精度进行了测试，每个通道选择了5 个点分别进行测试：0℃、307.03℃、602.23℃、904.36℃、1200℃，结果都能够满足设计要求。

5 问题及解决

5.1 冷端补偿温度信号不可用

在集成报警功能测试中，发现3 个冷端补偿电阻中的任何一个电阻断线后，其显示3 个冷端补偿均不可用，计算出的冷端补偿温度也不可用，最终导致所有经过补偿后的堆芯热电偶温度信号在画面显示上均为不可用状态。

经过分析，上述问题属于质量位传递的问题。现有的算法块在运算过程中会将初始的质量位状态持续传递下去，如图7 中逻辑所示，当2 个冷端补偿温度可用，另1 个冷端补偿温度不可用时，如果不可用的冷端补偿温度质量位为好（0 表示质量好），则图中逻辑与冷端补偿温度的校验方案相符；如果不可用的冷端补偿温度质量位为坏（1 表示质量坏），则经过图中的“与”“或”等逻辑后，质量位将直接传递给3 个V_TCOLD（即冷端补偿温度可用性信号），使3 个V_TCOLD 信号的质量位均为坏，进而会影响到所有堆芯热电偶补偿后温度的可用性信号质量位为坏，导致最终的输出结果质量位坏而影响正确的结果指示。实际上通过V_TCOLD 的数值位已经完全体现了冷端补偿信号的可用性，不需要V_TCOLD 的质量位来进行辅助判断。

针对上述问题，提出的解决方案如图7 所示。增加3个BSR 算法块，修改后，对3 个冷端补偿热电阻的可用性信号本身无影响，如1 个冷端补偿信号的质量位为坏，则其可用性信号的数值位即为0（不可用状态），而质量位在后续逻辑中被BSR 算法块置为好，其冷端补偿信号坏的质量位将不会被传递到后续的组态中，仅数值位的不可用信号值0 会送到后续组态中，完成其冷端补偿功能。