重水堆SDS#1 E通道中子功率读数高自动脱扣分析

林 熙，祁陆凯，徐清华，王 猛，王 萌

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

一号停堆系统（以下简称SDS#1）是CANDU-6型重水堆的4大专设安全系统之一，通过向反应堆中插入停堆棒来终止反应堆的自持链式裂变反应，减少核燃料中产生的能量，保护反应堆的安全。一号停堆系统专用于反应堆的应急停堆，正常停堆则通过反应堆调节系统控制其它反应性机构实现。

SDS#1在参数测量和执行逻辑上分为独立的D、E、F 3个通道，采用3取2逻辑停堆，通道内任意一个参数脱扣都将导致该通道的脱扣，任意两个通道脱扣都将导致SDS#1触发。通道的参数经由传感器测量后送至放大器/变送器，将测量信号放大以便传送；放大的信号再经过显示和动作整定器处理后，送到该通道脱扣逻辑。如果某一工艺参数达到脱扣设定值，则该通道将脱扣。通道脱扣信号分别输送到奇数组停堆棒和偶数组停堆棒的3取2逻辑回路。当另外两个通道任一个脱扣（无论脱扣原因是否和导致前面通道脱扣的工艺参数相同），一号停堆系统将触发，奇数组和偶数组停堆棒离合器失电，28根停堆棒在重力作用下落入排管容器中，反应堆停堆。SDS#1简要流程如图1所示。

图1 SDS#1 流程示意图Fig.1 Schematic diagram of SDS#1 process

1 堆芯区域功率测量（ROPT）回路构成和功能简述

重水堆堆芯区域功率测量回路主要由以下设备和部件构成：探测器的微电流信号进入脱扣比较转接后送到第一级的ROP放大器，其信号经过动态补偿器进行补偿后进入脱扣比较器与其内部设置的脱扣设定值进行比较，如果出现超出设定值的情况，输出脱扣信号。以上设备，任意设备出现异常都将导致整个回路的异常。E通道有11个这样的ROPT回路。其逻辑结构和实物照片如图2、图3所示。

ROPT电路简图如图4所示，探测器送出电流信号经过1到达脱扣比器后，由2送入ROP放大器进行电流转化为电压信号进行放大，由3送到动态补偿器后，由4送回至脱扣比器与脱扣设定值比较，信号送到指示回路，由指示表及数采系统显示。

2 一号停堆系统E通道因11个区域中子功率读数高导致自动脱扣缺陷描述

图2 逻辑结构Fig.2 Logical structure

图3 实物照片Fig.3 Physical photos

图4 电路简图Fig.4 Circuit diagram

某机组在执行模拟安全壳隔离系统高压力信号自动触发隔离试验时，一号停堆系统E通道出现11个ROPT回路读数高脱扣报警、E通道中子功率高脱扣报警、E通道脱扣报警及相关窗报，1号停堆系统E通道自动脱扣。约150ms后，一号停堆系统E通道出现11个ROPT回路读数高脱扣报警，及E通道中子功率高脱扣报警消报。主控室检查ROPT读数及裕量已恢复正常，SSM数据已恢复正常。

图5 PI采集数据及脉冲信号Fig.5 PI Acquisition data and pulse signal

E通道脱扣时，数据采集系统（PI）采集到的数据如图5所示。11个ROPT回路同时出现宽度为20ms，幅度为2%FP的脉冲信号，约150ms后再次出现20ms的脉冲。由于脉冲速度太快，未采集到最高值，根据报警信息判断，脉冲的最高值已超过了设定值。

3 E通道自动脱扣缺陷原因分析

根据脱扣时的报警和检查情况及对ROPT回路设备的分析，此事件可能的原因主要有：空间电磁干扰、ROPT回路接地或屏蔽线异常、ROPT回路的公共电源异常，ROPT回路设备及其逻辑本身异常4个方面。

3.1 空间电磁干扰

由于铂探测器到控制室的信号电缆有150多米，而且电缆中的信号只有1μA左右，信号小，容易受到干扰。查询了D、E、F通道的探测器电缆的走向，E通道走向：R501-R005-S145-S230-S328，D通道走向：R501-R005-S145-S230-S328，F通 道 走 向：R501-R005-S145-S147-S230-S328。从走向上看，电缆的走向基本一致。如果从空间过来的电磁干扰的话，应该对3个通道都会造成影响，D和F通道的ROPT信号也会出现波动。但是查看同一时间的D、F的数据采集系统，D通道和F通道ROPT回路信号平稳，而且探测器的电缆布置从安装到现在都没有改变过，R501，R111的主泵和慢化剂泵启停都没有对其造成干扰，因此可以排除从空间过来的电磁干扰。

3.2 ROPT回路接地或屏蔽线异常

ROPT回路的接地都是在探测器侧接地的，探测器的金属外壳及探测器的接头外壳作为负极，直接与探测器组件和排管容器接触，通过其与电站接地相连。探测器电缆是双绞屏蔽电缆，屏蔽线与探测器的负极相连，也在探测器侧接地，如图6所示。

图6 探测器及信号电缆的接地情况图Fig.6 Grounding diagram of detector and signal cable

由于D、E、F 3个通道所有的探测器的接地都是在探测器组件内接地的，而且同一个探测器组件内存在2个或3个通道的探测器，如VFD5，VFD7，VFD15等组件存在3个通道的探测器，VFD6，VFD8，VFD12，VFD13，VFD14等组件存在2个通道的探测器。如果从探测器组件内的接地窜入干扰，则对3个通道都会造成影响，而此次只出现了E通道的信号干扰，DF通道信号平稳，因而干扰不是在探测器侧窜入的。

由于信号地和屏蔽地接在一起，并且都是在探测器侧接地的，并且E通道的11个ROPT回路的屏蔽线是独立的，如果屏蔽线接地存在异常，则只会导致单个ROPT回路容易受到干扰，而不会造成11个ROPT回路同时脱扣，因而可以排除屏蔽线接地异常。

由于ROPT放大器，脱扣比较器及动态补偿器的外壳的接地都是连接到机柜的铜排上的，是保护人员的接地，防止外壳带电对人产生伤害。因此，外壳接地异常不会对ROPT回路信号造成影响。

3.3 ROPT回路的公共电源异常

ROPT回路的公共电源简图如图7所示，电源方面可能的原因有：上级电源异常，如电压波动等，但是查看了该通道电源相关的信号，如E通道电离室信号，E通道的工艺回路的信号，B通道的钒探测器信号，及二号停堆系统的H通道的ROPT回路信号，都没有发生波动。另外，如果上级电源有问题也会导致E通道的ROPT回路的脱扣设定值存在波动，但是实际设定值并没有波动，因此可以排除上级电源的异常。

电源端子松动，电源端子松动可能会导致ROPT回路的机架失电，导致信号波动。现场对接线端子进行检查，发现接线端子无松动情况，排除端子松动导致电源异常情况。

由于E通道的11个ROPT回路的设备都是由熔丝5542-PL573-FU101供电的，从熔丝到供电母排之间是E通道11个ROPT回路的公共部分。此公共部分如果存在异常，可能导致11个ROPT回路供电的电源电压出现扰动，进而导致11个ROPT回路的信号出现波动，导致E通道脱扣。因此，从熔丝到供电母排之间可能存在异常是导致E通道脱扣的根本原因。

图7 ROPT回路的公共电源Fig.7 Common power supply of ROPT circuit

3.4 ROPT回路设备及其逻辑本身的异常

ROPT回路设备及其逻辑本身的故障原因有：脱扣比较器、放大器、动态补偿器本身故障，试验回路故障，设定值选择回路故障等。

对于脱扣比较器、放大器、动态补偿器本身故障，由于E通道的11个回路的设备都是独立的，单个设备故障时，只会导致单个回路信号异常而不会导致11个回路同时出现故障，因而脱扣比较器、放大器、动态补偿器的故障可以排除。

对试验回路的分析，E通道的11个ROPT回路都有独立的试验电路，试验电路在脱扣内部，试验的启动按钮和选择开关是公用的。试验时，需要按下试验的通道选择按钮，再选择试验的回路，再按下试验启动按钮。这3个设备都是串联的，不可能同时出现故障。因此，试验回路的故障可以排除。

对于设定值选择回路，设定值选择通过选择开关68231-HS2E的3副触点进行选择，如果开关故障，只会导致11个回路的设定值改变，不会导致11个回路的实际功率信号波动，而从PI上看，设定值数据无波动，如图8所示。

4 实施行动

4.1 供电熔丝到接线端子、电缆排查

图8 E通道脱扣时，E通道的设定值信号稳定、无波动Fig.8 When channel E trips, the set value signal of channel E is stable without fluctuation

针对ROPT回路的公共电源方面的异常，在机组大修期间对一号停堆系统E通道的ROPT回路的供电熔丝5542-PL573-FU101到母排部分的接线端子、电缆等进行排查。对供电熔丝（5542-PL573-FU101）进行更换，检查供电熔丝的熔丝底座及底座接线，发现无异常。拆下5542-PL573-FU101的L1和N1的两侧的接线，检查无异常。检查E通道ROPT回路的供电端子、设备供电机架及其电源线，无异常。测量E通道ROPT回路的供电电缆的对地阻抗均≥1MΩ，测量线连通电阻均≤10Ω，满足要求。

4.2 ROPT回路的接地设计评估

信号线堆芯探测器侧单点接地，引起探测器至机柜的地线长度太长，地线电阻和电感效应增大，有可能在信号处理回路引入干扰，所以建议把信号线的屏蔽层也在机柜侧接入柜内的屏蔽地。但是设计时根据实际接地的实际布置情况开展信号接地设计，如果由单点接地改为双点接地，一是可能和原设备供货商的初衷相矛盾，二是双（多）点接地如果全厂达不到完全等点位的话，可能会因为接地点接地阻抗的不同对信号形成共模电压干扰，从而加剧信号扰动。由于多点接地的不确定性，可能会引起更大的干扰，对机组运行存在很多不确定性，并且在运行的机组上也无法进行测试和试验，并且目前的接地方式已运行了多年，因而保持现有的接地方式。

5 结束语

当SDS#1出现单通道脱扣时，增加了SDS#1动作的风险，一旦出现两个通道脱扣，则会导致停堆棒插入堆芯，反应堆停堆，直接影响电厂的经济效益。本文介绍了缺陷的背景，从空间电磁干扰、ROPT回路接地或屏蔽线异常、ROPT回路的公共电源异常4个方面进行详细分析与排除，得出从熔丝到E通道的11个ROPT回路供电母排之间的部分可能存在异常，并对异常问题实施了行动及评估。本文对分析重水堆ROPT回路的缺陷具有一定的借鉴，对机组检修工作具有一定的指导意义。