核电厂CCMS热电偶断线恢复导致堆芯裕度波动原理分析

唐兴江

【摘 要】核电站大修中执行CCMS热电偶信号测量时，在温度信号的恢复过程中，会触发堆芯饱和裕度的波动，论文通过对CCMS系统中的热电偶信号采集、处理原理进行分析，找出造成堆芯裕度波动的原因，并提出相应的改进措施。

【Abstract】When performing CCMS thermocouple signal measurement in nuclear power plant overhaul， the saturation margin of the reactor will be triggered during the recovery of the temperature signal. In this paper， by analyzing thermocouple signal acquisition and the treatment principle in the CCMS system， the reasons for the fluctuation of the core margin are found out， and the corresponding improvement measures are put forward.

【關键词】CCMS系统；堆芯饱和裕度；改进

【Keywords】CCMS system ；core temperature margin； improve

【中图分类号】TM772 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0156-02

1 CCMS堆芯温度测量系统（简称CCMS系统）热电偶计算原理简介

CCMS系统通过采集堆芯热电偶信号、反应堆冷却剂压力和堆芯热电偶信号计算出堆芯饱和裕度，该系统不直接承担堆芯安全功能，但在事故工况下保证操纵员能连续监视堆芯温度的变化趋势。

系统分为冗余的A/B 两列，两列的输入信号及计算处理过程相互独立，两列的计算结果进行交叉比较后得到一组数据进行输出显示。

2 故障案例

在某核电机组大修的堆芯热电偶信号检查时，检修人员在工作完成后查询热电偶曲线发现如下异常：

①热电偶在断线后，温度值会先跳变至900℃左右，之后再跳至量程上限。

②热电偶恢复接线后，温度值会从1200℃逐渐下降恢复至正常值。

③在断线及恢复时均会出现堆芯饱和裕度TSAT的先降低后上升，即出现了堆芯饱和裕度的波动。

3故障原因分析

3.1 热电偶信号计算原理分析

3.1.1 热电偶有效性计算

CCMS堆芯监测系统的两列输入信号及计算处理过程均相互独立，系统会自动剔除虽然可用但测量结果无效的信号。

①当热电偶信号传送至机柜的电压值在-1.2mV

50mV范围内且冷端补偿电阻可用时，判断此热电偶可用。

②每列至少有15个可用才会进行可用热电偶平均温度的计算（NTANIN=15），计算出可用热电偶的平均温度TAVG。如果可用热电偶数量不满足要求，则直接输出热电偶有效性为0，不进行堆芯饱和裕度计算。

③判断RT、SI、NRCPp、平均温度最大限值（S_IVTAVG=340℃）及堆芯温度不稳定信号是否存在，当都为0时，有效性验证模块置为1，进行后续计算。

④将已判断可用的热电偶温度值分别与计算出的可用热电偶平均温度TAVG进行比较，当|TRIC（i）-TAVG|<28℃时，判定此热电偶有效，同时计算出有效的热电偶数量NTV。

⑤当NTV<3时，输出有效堆芯平均温度及有效堆芯最大温度为无效，不进行饱和裕度计算。

⑥当NTV>=3时，计算出有效温度信号的平均温度TRIC-AVG及最大温度TRIC-MAX

3.1.2 热电偶一阶滤波

一阶滤波的作用是减小信号的跃变对系统带来的影

响。用TRIC采集和TRIC分别表示滤波前后的信号，计算原理如下：

TRIC=TRIC（n-1）+（TRIC采集+TRIC采集（n-1））

其中，ΔT 表示系统周期时间，TRIC（n-1）和TRIC采集（n-1）分别表示上一周期的滤波处理前和滤波处理后的热电偶信号，T2为滤波常数（15s）。

①根据测量数据，在热态进行热电偶断线时，热电偶温度值会跳变为900摄氏度再上升至无效状态，根据一阶滤波公式，TRIC（n-1）=292℃，TRIC采集=900℃，TRIC采集（n-1）=292℃，可计算滤波后的温度TRIC=297℃。

②在热电偶恢复接线时，首先热电偶值为1200℃，此时热电偶无效，当显示值下降至测量范围，当温度下降至1100℃左右时，TRIC（n-1）=292℃，TRIC采集=1100℃，TRIC采集（n-1）=292℃，可计算滤波后的温度TRIC=305℃。

3.2 热电偶饱和裕度计算

CCMS系统会计算每一支热电偶独立的裕度，即：裕度=TSAT-TRIC。因此，由较低的裕度TSAT-TRIC-MAX来确定堆芯饱和裕度ΔTSAT。同时还将TSAT-TRIC-MAX值与预先确定的阀值20℃相比较，如果低于阈值将会触发堆芯饱和裕度低报警。

3.2.1 一回路饱和温度计算[1]

一回路饱和温度TSAT的计算公式为：

TSAT=179.895+99.86Y+24.38Y2+5.67Y3+0.935Y4

Y=log10PABS

PABS为一回路绝对压力，PABS=PRCP+PCONT，PCONT为PETY（安全壳绝对压力）

3.2.2 热电偶饱和裕度计算

热电偶饱和裕度即为饱和温度与堆芯最大温度的差值：ΔTSAT=TSAT-TRIC-MAX

3.3 热电偶温度值跳变对饱和裕度的影响

以022MT为例，温度值从1200℃开始恢复到实际值。当跳变过程中出现1100℃左右的值，通过一阶滤波环节处理后的温度值大概为305℃，正好在有效性验证模块的范围之内（292+28），不会被系统剔除，即成为了堆芯最大温度，相比于最大温度292℃上升了约13℃，饱和裕度下降至50-13=37℃。随着热电偶信号逐渐恢复正常，堆芯饱和裕度也逐渐恢复正常。

3.4 热电偶断线后跳变至1200℃原因分析

热电偶信号经现场送至机柜进行冷端补偿后，送至板件进行V/A转换成4～20mA信号输出显示。为降低温度值阶跃的影响，热电偶在断线后，系统内对应的温度值不会突变至无效，它会在1～2s内逐渐上升至最大值再变为无效。当热电偶温度值变为无效时，板件输出为20mA，相应温度显示1200℃。那么热电偶在恢复接线的瞬间，温度值会从1200℃逐渐恢复。如果过程中出现了可信的较大温度值，就会造成堆芯饱和裕度的波动。

3.5 预防措施

共有两种办法可以避免饱和裕度波动，一是将板件进行改造，使热电偶在断线后输出下限值-300摄氏度。二是对信号进行强制，使之不参与运算，从而避免裕度值波动。

①由于系统设计及采集板的输出特性，不排除板件存在共性，单独更换板件并不能保证达到预期效果。

②将相应的热电偶信号强制为当前值，这种处理方法可以将断线的热电偶值固定在一个合适的值，使之不参与堆芯饱和裕度计算，从而避免出现裕度的波动。