闭锁源量程导致RPN报警的优化研究及应用

姚立民 刘 琢 赖厚晶 陈卫华

(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

0 引言

核功率测量系统(nuclear instrumentation system，RPN)是通过测量反应堆外中子注量率来计算反应堆堆芯功率的核级仪控系统。岭澳二期3号机组升功率运行期间，当机组功率超过10－5%额定功率时，按照核电站的运行规程，主控操作员应通过操作控制开关手动闭锁源量程(source range，SR)，切除源量程的中子探头高压，并在10 s后闭锁源量程停堆信号。在完成闭锁工作后，RPN系统将自动产生源量程通道I/II故障报警(简称RPN447/450KA)。但通过检测RPN系统的实际运行情况发现，此时的RPN系统仍正常工作，系统两路源量程通道均处于正常的待命工况。由此可知主控报警信号RPN447/450KA为误报警，它未能正确反映当前RPN系统的工作状况，这给机组的安全运行带来了潜在的技术风险［1－3］。

1 运行风险

按照核电站运行规程，在机组正常功率运行阶段，RPN源量程会被闭锁，直至功率下降并低于P6阈值后，源量程紧急停堆功能才能自动恢复，源量程重新投运。这就意味着，整个功率运行期间，源量程通道的故障报警在功率运行阶段一直长期存在，且无法对后续的其他故障报警信号进行叠加反映，因此主控室无法对RPN系统的源量程实际运行情况作出准确的判断。

根据岭澳二期核电站运行技术规范，在功率运行和热备用工况下，RPN系统的源量程、中间量程和功率量程必须可用。这一情况的存在，就长期运行而言，会导致真正的故障问题被掩盖，对机组的运行安全具有潜在风险。

2 系统分析

2.1 源量程通道分析

RPN系统的源量程通道的主要功能是:①为源量程的中子探头提供高压;②为反映堆芯的实际功率设置甄别电压，消除γ射线的影响;③接收中子探头的信号，经脉冲放大、滤波后为信号的处理部分提供整形的信号;④可接受全厂仪控系统(简称为DCS系统)机柜送来的“探头高压切除”逻辑量信号，切除源量程探头高压。

源量程通道的主要功能模块包括电源供应和转换模块(简称为Alim Ana7)、中子探头信号调理模块(简称为AIMP5)以及带隔离功能的二进制数据逻辑处理模块(简称为16ITOR)等，源量程通道布置图如图1所示。

图1 源量程通道布置图Fig.1 Layout of SR channel

源量程通道的中子探头信号调理模块中包含一个高压监测单元，用来监测中子探测器的工作高压。正常运行期间，工作电压设定为800 V。为了保护中子探头及保证中子探头的探测准确性，在板卡中增设了工作高压的阈值监测功能，分别设置有高限值和低限值。如果在正常运行阶段，探头的高压值超过设定的高限值和低限值，即表明出现高压异常，探头将发出相关报警。同时，中子探头信号调理模块还具备接受DCS系统送入的高压恢复和高压切除信号，并根据当前堆功率水平的需求实现源量程中子探头的投运和热备状态的远程控制功能。中子探头信号调理模块可以通过特定设备进行工作高压值、高压高限值和低限值以及中子探头甄别阈电压的现场设定，但其信号数据的处理逻辑不带软件控制处理功能，板卡的内部逻辑均为硬件逻辑。

带隔离功能的二进制数据逻辑处理模块是整个源量程通道的数据输入输出接口，其主要功能是进行输入信号的逻辑关系处理、通过内部处理提供带逻辑结果的隔离输出信号。二进制数据逻辑处理模块是源量程通道的信号接口，系统中的报警信号逻辑管理也由此模块实现。但二进制数据逻辑处理模块为硬件逻辑设计，不具有软件逻辑处理功能，无法在现场通过软件方式修改其内部逻辑。

源量程通道信号结构如图2所示。

图2 源量程通道信号结构图Fig.2 Structure of SR channel signal

2.2 报警分析

RPN系统的源量程通道故障报警信号是一个综合报警信号，报警可由如下信号触发:①源量程通道板卡状态;②中子探头甄别阈电压低限值;③中子探头高压高限值;④中子探头高压低限值。

分析系统模块的硬件接线图可知，任意信号均可触发源量程通道故障信号。报警逻辑图如图3所示。

图3 报警逻辑图Fig.3 Alarm logical diagram

通过逻辑分析可以看出，在报警设计上，RPN系统的源量程通道无法识别高压是正常切除还是异常下降触发高压低限报警。当手动切除源量程中子探头高压后，中子探头高压从设定值(如800 V)降为0 V;RPN系统的源量程高压监测单元在监测到这一情况后，会自动触发“中子探头高压低限值”信号，使RPN系统产生源量程通道的故障报警信号。机组在功率运行期间，当源量程退出运行后，两路源量程通道故障的报警信号一直存在，这将影响日常运行期间对源量程通道故障信号的正常监测。

3 方案分析

为保证RPN系统的源量程通道运行状态监控，针对这一情况，提出了以下两种方案，分别介绍如下。

3.1 维持现有系统设计

虽然源量程通道故障信号因中子探头的高压丢失而被触发，导致源量程通道的其他自动故障报警功能被屏蔽，但源量程通道的运行情况可以通过人工定期打开柜门巡检的方式验证，从而代替系统的自动报警功能。

该方案的优点是无需改动RPN系统硬件，维持现有系统设计，它可作为保证机组安全运行的重要方式。但是该方案不能解决实际问题，在机组正常运行阶段，主控仍长期存在报警信号，容易对主控人员直观判断源量程状态造成困难;同时，增加了机组维修人员的工作负荷，不利于人力资源的合理分配。

3.2 改变现有系统设计

若要解决功率运行期间主控长期存在RPN447/450KA源量程通道I/II故障报警的问题，需要对现有设备的系统设计进行优化和改进。

设计改造的目的是为了解决原RPN源量程报警触发设计中的缺陷，即无法识别高压是正常切除还是异常下降而触发高压低限报警。当P＞P6时，主控操作员通过操作反应堆保护系统开关手动闭锁源量程，切除源量程的中子探头高压;并在10 s后闭锁源量程停堆信号，RPN系统不会产生RPN447/450KA源量程通道I/II故障报警。同时，原有设计中的源量程通道板卡状态、中子探头甄别阈电压低限值、中子探头高压高限值、中子探头高压低限值等自动监测报警功能需要保留。

3.2.1 外部系统改动

报警逻辑优化方案如图4所示。

图4 报警逻辑优化方案Fig.4 Optimizing scheme of alarm logic

在保持现有RPN系统硬件设备不变的情况下，通过修改与RPN系统相连接的DCS系统来实现。在DCS系统中，需要在DCS机柜中增加三位继电器，用于表示DCS系统中的切高压命令状态。将高压切除命令的状态指示信号送至RPN系统，参与报警输出的逻辑判断。RPN系统以此信号为判断依据，确认当前的高压丢失是否属于正常工作状态。

该方式的优点是不改动RPN系统硬件，可以在确保现有RPN系统的稳定性的基础上，满足现有机组的运行需要，同时可以解决正常切高压时出现的主控报警问题。但是该方式需要修改DCS机柜硬件设计，并且需要在RPN-DCS系统之间增加新的信号电缆，同时需要在DCS系统的软件组态中增加新的信号输出点，这将对DCS系统的软硬件带来影响。同时，根据修改方案，DCS系统的相关文件如接口文件、接线图、信号流程图等均需要升级。

RPN系统自身存在设计缺陷，通过采用修改外部系统(如DCS系统)的方案可以解决问题，但由此带来的更改工作不仅代价太大，而且需要第三方系统的配合才能实现。

3.2.2 RPN 系统改动

既然外部系统改动代价过大，那么只有从RPN系统自身的设计入手，对系统进行改动。改动的原则是保持现有的输入输出接口信号不变，通过修改RPN系统的内部逻辑，实现对高压的正常切除和异常下降的识别，从而完善源量程通道的高压低限报警逻辑。

继电器K7逻辑如图5所示。

图5 继电器K7逻辑图Fig.5 Logic of relay K7

4 结束语

采用硬件方式的设计修改，可以在保证原有RPN系统故障监测功能不受影响的前提下，最完美地实现RPN系统的源量程高压监测单元对故障高压异常和人为控制切除高压的识别。因此，岭澳核电站二期选用了RPN系统改动的方案作为系统技术升级。

为了避免同类事件的发生，在后续核电项目中，应在RPN系统设计阶段明确处理方案，在系统设备出厂前实现机柜的相关设计优化，并进行相关的整体试验。这样既可以保证系统的总体性能，也不会对现场的施工、调试、运行工作带来任何影响，同时对后续核电站项目也具有极大的借鉴价值和意义。

［1］广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备［M］.上册.北京:原子能出版社，2006:255－267.

［2］陈济东.大亚湾核电站系统及运行［M］.北京:原子能出版社，1995.

［3］法国电力公司.RCC-P法国900Mwe压水堆核电站系统设计和建造规则［M］.4版.北京:国家核安全局，1991.