CANDU-6 型重水堆停堆棒卡棒故障原因分析及处理

于群利，韩 鹏，曾韵韬，吴 浩，周霭琳

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

CANDU-6 型重水堆有28 根停堆棒，停堆棒是1#停堆系统的一部分，系统的功能是在机组发生紧急事故情况下，所有停堆棒在2 s 内落入反应堆，以终止反应堆的自持链式裂变反应，迅速关闭反应堆。在机组正常运行期间，每31 d 需执行1 次停堆棒部分落棒试验，每一个运行循环周期需执行1 次停堆棒全落棒试验，以验证停堆棒落棒功能的可用性和可靠性。CANDU-6 型重水堆停堆棒分为2 组：奇系列和偶系列。停堆棒的提升和下降是由仪控控制逻辑、电气回路和机械传动系统控制。1#停堆系统正常运行限值为至少26 根停堆棒能够在2 s 内全部插入堆芯，所以在机组正常运行期间，保障停堆棒功能的可用性尤为重要。本文从停堆棒发生“卡棒”故障后的缺陷表象进行分析，并从仪控控制逻辑、电气回路和机械传动系统3 个方面剖析故障产生的原因及处理方法，以指导停堆棒“卡棒”故障后的现场检修，保证停堆棒在出现“卡棒”故障后能够快速准确的定位处理。

1 故障分析方法

电站控制计算机系统（DCC 系统）自动或操纵员手动控制，发出停堆棒提棒信号给电机启动控制回路，然后电机启动并顺时针转动（面向电机顶部），带动蜗轮蜗杆转动并通过减速齿轮减速，将钢丝绳逆时针卷绕到滑轮上，使停堆棒提升；同时棒位指示器将停堆棒的位置信号实时传送到停堆棒位置显示回路及电气限位回路，当停堆棒到达顶部位置后，限位回路将停堆棒到达顶部的信号传递给电机启动控制回路，然后电机停止转动，齿轮传动装置停止传动，停堆棒停止提升。

DCC 系统自动或操纵员手动控制发出停堆棒落棒信号时，电机逆时针转动（面向电机顶部），带动齿轮传动装置转动，使停堆棒下降；同时棒位指示器将停堆棒的位置信号实时传送到停堆棒位置显示回路及电气限位回路，当停堆棒到达底部位置后，限位回路将停堆棒到达底部的信号传递给电机启动器控制回路，然后电机停止转动，齿轮传动装置停止传动，停堆棒停止落棒。

停堆棒棒位显示回路用于实时显示停堆棒位置状态，当停堆棒位置出现异常，即出现“卡棒”故障时，停堆棒就会发出报警信号。针对停堆棒“卡棒”故障，本文从仪控控制逻辑、电气回路和机械传动系统等方面进行分析。

2 停堆棒仪控控制逻辑故障分析及处理

停堆棒仪控控制逻辑是指停堆棒棒位控制回路和棒位显示回路，其回路如图1 所示。“卡棒”故障通常表现为停堆棒棒位显示漂移和棒到顶信号与棒位指示不一致。

图1 停堆棒棒位控制和显示回路

2.1 停堆棒棒位漂移

历史缺陷统计发现，静电和接线不牢固均会导致停堆棒棒位漂移。

2.1.1 静电影响

（1）故障原因分析：在干燥的冬季，停堆棒发生棒位漂移现象的频率明显上升。缺陷处理过程中，只需要断开棒位电位计和棒位卡件的接线，用多用表测量棒位电位计的电阻值，然后恢复接线，棒位信号就恢复正常，这是因为在电阻值测量的过程中，多用表将回路中的静电释放。

（2）处理方式：控制静电产生。调整通风系统的运行方式，提高反应堆厂房内的湿度，将厂房内的湿度从以往冬季的20%提高至55%左右，该措施消除了因厂房干燥产生静电导致停堆棒棒位漂移的问题。确保棒位卡件的良好接地，在卡件检修时做好各部件在拆装、标定等各环节的防静电措施，该措施已固化到维修作业指导书中的电子卡件拆装操作规范。操作规范中规定若设备操作前没有接地，接触前必须进行放电；拆装敏感元件电路板前必须先放出人体静电；卡件拆除后必须放置在防静电袋中存放；卡件拆装时佩戴防静电手链和防静电手套等。以上措施基本消除了因静电导致的棒位漂移问题。

2.1.2 接线不牢固

（1）故障原因分析：停堆棒棒位电位计和棒位卡件之间的接线不牢固，接点电阻值会发生变化，由于棒位卡件检测的是电位计的电阻值，因此若接线中的电阻发生变化，就会导致棒位漂移。同时棒位卡件到DCC 系统的接线不牢固，也会造成棒位漂移。

（2）处理方式：定期紧固停堆棒控制逻辑的接线端子。调试期间由于不规范的接线，端子接线存在许多问题，如紧固力矩不足、导线的绝缘层剥得过短、绝缘层压入接线端子，导致导线和端子的接触电阻变大。全面清理停堆棒的控制逻辑接线端子，对于剥线过短或过长的导线，按照接线规范进行重新剥线，重新端接，并用力矩螺丝刀对所有的端子进行紧固。以上措施基本消除了因接线不牢固导致的棒位漂移问题。

2.2 停堆棒到顶信号与棒位指示不一致

在机组正常运行期间，执行停堆棒部分落棒试验是将停堆棒下降8%左右，然后进行提棒，当停堆棒提棒到达顶部±130 mm，棒位指示回路中的红色发光二极管指示灯亮，如果偏离该范围，则指示灯不亮。历史缺陷统计发现，棒位卡件中的顶部参考电压漂移会导致停堆棒到顶信号与棒位指示不一致。

（1）故障原因分析：棒位卡件中的电气顶部参考电压漂移。顶部参考电压低于正常值，停堆棒显示未到达电气顶部±130 mm，棒位指示灯不亮。

（2）处理方式：通过调整电气限位电位计，可以消除顶部参考电压漂移问题。电站每个运行周期均有对棒位卡件进行标定的预防性维修项目，预维由停堆棒逻辑单元校验规程指导。棒位卡件中的顶部参考电压漂移故障属于原设计上的问题，无法彻底解决，若出现顶部参考电压漂移，只需调整顶部电气限位电位计并重新试验后消除，该缺陷处理方法在机组正常运行期间可以执行，不影响停堆棒的功能。经过多次缺陷处理验证，该处理措施和方法是有效的。

3 停堆棒电气回路故障分析及处理

停堆棒电气回路是由停堆棒驱动机构电机及其控制回路组成，故障通常表现为电机动作异常。

3.1 电气回路故障

（1）故障原因分析：停堆棒电气回路故障主要原因为电源开关间隔内各电气元器件故障。历史缺陷统计发现，多次出现因继电器缺陷导致的停堆棒电气回路故障。

（2）处理方式：检查电源开关间隔内各电气元器件，若有异常则直接更换。对于停堆棒电气回路的预维是两个运行周期的电源开关间隔清理检查，对检查过程中发现有异常的元器件则直接更换，而不解体检修，以防止异物进入开关间隔，导致开关间隔失效。

3.2 电机本体故障

（1）故障原因分析：停堆棒电机故障通常表现为电气开关的热跳和磁跳。

（2）处理方式：测量电机绕组的绝缘电阻、直流电阻等参数，如有异常，则需对电机进行解体，更换有缺陷的部件。对停堆棒电机执行周期性预维，测量电机绕组的绝缘电阻和直流电阻。执行电机预维以来，未出现因电机本体故障导致停堆棒卡棒的故障，说明该预维策略合理，设备可靠性高。

4 停堆棒机械传动系统故障分析及处理

停堆棒出现卡棒故障后，可以使用力矩扳手在停堆棒电机顶部盘动电机轴，通过停堆棒提升和下降的盘动力矩，来判断停堆棒机械传动系统是否故障：若盘动力矩不超过5 N·m，说明机械传动系统无故障；若盘动力矩超过5 N·m，说明机械传动系统可能存在故障。

停堆棒机械传动系统故障的可能原因，包括齿轮传动机构故障、机械限位故障、钢丝绳组件故障、停堆棒与套筒管之间有异物卡涩等：①齿轮传动机构故障的可能原因，包括齿轮传动机构润滑不足、齿轮传动机构润滑油变质、齿轮本体断裂或变形、齿轮相对位置偏移等；②停堆棒机械限位故障的可能原因为机械限位漂移；③停堆棒钢丝绳组件故障的可能原因，包括钢丝绳从滑轮槽中脱出、滑轮固定失效等。

为防止驱动机构润滑因润滑油异常导致齿轮传动机构故障，对停堆棒驱动机构的预维项目有：①定期检查停堆棒驱动机构润滑油油位，补充油位不足腔室的润滑油，对于有氧化变色、浑浊等异常情况的腔室直接更换润滑油；②定期更换润滑油和油封；③加强日常巡检监测，实时掌握驱动机构润滑油的数据。通过执行以上停堆棒驱动机构的预维项目，机组自运行以来未出现过因润滑油不足或润滑油变质导致停堆棒齿轮传动机构失效的情况。

对于停堆棒与套管之间可能存的异物卡涩，停堆棒驱动机构在拆装过程中严格做好防异物措施，建立检修隔离区，制作专用的防异物盖板。经停堆棒驱动机构检修工作验证，该防异物措施是有效的。机组运行以来，未出现因停堆棒机械传动系统故障导致停堆棒卡棒故障的缺陷，说明机械传动系统的可靠性较高，机械传动系统故障率较低，驱动机构的预维项目是有效的。

5 结论

本文以停堆棒出现卡棒故障后的表象为基础，从仪控控制逻辑、电气回路和机械传动系统进行分析，梳理和制定了停堆棒故障原因分析和处理的方法。在停堆棒出现卡棒故障后，可以快速、准确地定位故障原因，并对故障部件进行检修，故障定位时间明显降低，减少了因停堆棒不可用导致机组检修的时间。