秦一厂反应堆保护系统温度漂移分析及解决

丁华秋，莫泽洲，唐哲伟

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

反应堆保护系统的功能是当核电厂出现异常工况时，反应堆保护系统自动触发，产生紧急停堆动作，减轻事故后果；同时，专设安全设施驱动系统自动触发专设安全设施动作，避免或限制堆芯和反应堆冷却剂边界的破坏，确保不致发展成为更严重的工况，防止裂变产生的放射性物质向外释放，缓解其后果[1]。

反应堆保护系统直接关系到核电厂的安全性和可用性，是确保核电厂安全运行的安全系统。它与重要仪表电源系统、安全变量监测系统和控制棒控制系统一起，共同保护核电厂反应堆的安全运行。

反应堆保护系统共有21个停堆信号，如图1所示。而温度信号参与的停堆参数有两个，分别为超温ΔT和超功率ΔT。反应堆保护系统温度信号取自现场PT100变送器的电阻信号，经过反应堆保护系统转换为数字量，并参与平均温度和温差的计算，继而参与超温ΔT和超功率ΔT的计算，以及专设的相关逻辑触发的输入信号，例如低平均温度的主给水隔离，软件逻辑在此不再赘述[2]。

图1 反应堆保护系统停堆参数Fig.1 Shutdown parameters of the reactor protection system

1 问题背景介绍

秦一厂350MW核电机组核反应堆保护系统采用AREVA（阿海珐）公司TXS平台的数字化保护系统，其中温度信号取自现场PT100变送器的电阻信号，通过TXS系统的硬件STT1将电阻信号转化为4mA～20mA的电流信号，再通过信号处理模件SAA1将电流信号转化为电压信号，最后通过分配模件SNV1将电压信号转化为电流信号送往保护系统输入模件以及其它系统[3]。

根据反应堆保护系统温度转换表（见表1），反应堆保护系统针对1Ω的电阻变化将导致3℃左右的温度变化。在过去的6年内，反应堆保护系统发生过数次温度信号故障，特别是2016年～2017年故障率逐渐升高（见表2），对核电站机组的安全可靠运行产生潜在影响。例如，对运行操作人员判断机组运行状况产生影响，对停堆保护系统冗余性降低甚至停堆产生影响等。

表1 反应堆保护系统温度转换对照表Table 1 Comparison table of temperature conversion of reactor protection system

表2 2016年～2017年温度信号漂移故障描述Table 2 Description of temperature signal drift fault from 2016 to 2017

2 原因分析

电阻信号到系统可用的电流信号过程中，容易受到诸多物理因素的影响。例如，端子的松动、现场变送器故障、信号转换硬件故障等，都可能对电阻信号产生变化。从图2的流程图分析，并制定故障原因分析框图如图3所示。

图2 反应堆保护系统温度信号流程图Fig.2 Flow chart of temperature signal of reactor protection system

图3 原因分析图Fig.3 Cause analysis diagram

通过原因分析，排查故障：

1）现场变送器故障：由于现场变送器测量风险大，环境恶劣，根据正常通道温度换算正常电阻值，测量故障通道再输入机柜的电阻值。若电阻值正常，则变送器无故障，可以排除末端因素；若电阻值异常，则变送器包括现场变送器的转接信号部分故障。通过测量现场到机柜侧的电阻值正常，说明现场变送器无故障，可以排除变送器故障的末端因素。

2）机柜侧软硬件故障：在大修时，对温度转换模件STT1模件前端直接加电阻信号，电阻温度信号对应表1。例如，当用变阻箱加入电阻为200.389Ω时，在软件的输入信号为8.009mA，满足精度要求（反应堆保护系统输入模拟量信号精度要求为0.5%），说明整个系统的硬件处理模件以及软件没有故障，那么目前可能的问题就是端子块在电阻信号转接时产生了小的电阻变化，从而导致温度的漂移。

3）机柜侧转接端子块故障：通过排查，并用螺丝刀对端子进行紧固操作，观察温度变化，发现端子的接触不好，温度漂移的程度也会相应变大。

通过拆解端子进行分析（如图4所示），发现线鼻子的变形对电阻的大小有微弱的影响，但正是这微弱的变化，对大量程的温度范围是会带来温度的飘移现象的。而造成这种变形的原因是端子块压接方式是机械式的压紧，对于电阻信号，由于长时间的变形以及表面的氧化，包括大修预防性维修的插拔、机柜轻微的震动都会导致电阻值轻微的变化，从而导致温度的漂移。

图4 电阻信号转接端子块拆解图Fig.4 Disassembly diagram of resistance signal transfer terminal block

3 故障对策

为了使端子块不因为震动、预维、老化等导致接线松动，使电阻值输入温度变化在可接受范围，需要更换不会导致转接线鼻子变形的端子块，即弹簧式的压接方式，如图5所示。这种压接方式可以避免转接端子的线鼻子不容易变形，并且使转接信号牢固。

图5 电阻信号端子压接方式对比图Fig.5 Comparison of crimping methods of resistance signal terminals

4 方案实施

由于实施风险大，在功率运行期间，方案需要逐个通道执行，因为机组的停堆信号采取的是四取二的逻辑表决，而为了避免单个通道温度信号在更换端子块时对送往其它系统有影响，需要采取单通道旁通或者模拟的方式进行。由于核安全的特殊性以及保守决策，只更换一个端子块并进行观察。在大修低低水位期间，仪控人员普查是否有电阻信号的输入转接不合理的现象并提出替换措施，更换涉及温度输入信号的转接端子块共15个。

图6 两种端子块对比图Fig.6 Comparison of two terminal blocks

仪控人员对核反应堆保护系统温度信号，从2018年7月～2021年7月进行观察记录，没有出现温度漂移的问题，降低了设备的维护成本，为机组的安全运行提供了有力的保障，极具推广意义。

5 结束语

反应堆保护系统是核电厂的重要组成部分，它的性能和工作状态直接影响到机组的安全稳定运行。本文通过对秦一厂反应堆保护系统温度漂移的故障分析，介绍了秦一厂反应堆保护系统温度漂移的原因、对策以及实施过程，梳理了数字化系统故障分析定位的思路、典型故障模式的定位方法、实施安措与风险分析，提高了该故障的应对能力，巩固了系统运行的安全性和稳定性，对于数字化仪控系统的类似问题具有较好的现场借鉴经验。