CANDU-6重水堆二号停堆系统ROPT标定通道意外脱扣问题分析及改进

林 熙，张振超，王晓峰，刘 铮，王仕博，关永淳

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

二号停堆系统（以下简称SDS#2）是CANDU-6型重水堆的四大专设安全系统之一，是将6个箱中的硝酸钆毒液注入到慢化剂中（引入的负反应性约为-400mk），吸收慢化剂中的热中子，快速减小堆芯功率，反应堆快速停堆。

SDS#2分成G、H、J 3个通道，SDS#2的控制采用3取2的逻辑来实现，如图1所示。因此，在单通道脱扣时，不会触发SDS#2动作，只有至少两个通道同时被触发时，才会触发SDS#2系统动作，将硝酸钆毒液注入至慢化剂中。

本文介绍近年来发生在二号停堆系在执行完换料后进行ROPT回路标定通道意外脱扣，通过对这些问题的分析、处理与改进落实，期望能够对今后的检修工作提供有意义的参考。

图1 2号停堆系统逻辑框图Fig.1 Logic block diagram of shutdown system 2

图2 ROPT放大器工作原理图Fig.2 Working principle of ROPT amplifier

1 ROPT回路及放大器工作原理介绍[1]

1.1 ROPT回路介绍

局部区域超功率停堆（ROPT）系统是用于反应堆停堆保护系统的一个参数，一般是参照中子超功率参数。ROPT保护反应堆，以防由堆芯局部的功率增加或反应堆整体功率的非受控增加，或这两种事故相结合引起的燃料超功率。SDS#2区域超功率停堆探测器由24个水平铂通量探测器组成，每条通道（G、H、J）各有8个探测器，分布成每个区域均有1个分别属于各个通道的探测器。铂通量探测器的信号为弱信号（0μA～1.65μA），具有滞后分量（信号的11%）。

1.2 ROPT放大器工作原理[3]

二号停堆系统ROPT放大器接收来自现场自给能探测器的弱电流信号，对信号进行放大、动态补偿、差动补偿，缓冲后，输出给比较器以及脱扣设定回路。当堆内的任何一个区域的功率超过其设定值时，ROPT放大器就会送出脱扣信号，使所处的通道脱扣。当两个通道脱扣时，二号停堆系统就会通过3取2逻辑动作，提供给二号停堆系统局域超功率保护。铂探测器送出的微弱电流信号，经过ROPT放大器后，输出为电压信号，功率0%FP～150%FP线性对应电压0.2V～5.0V，脱扣设定值为122%FP，对应脱扣电压为4.104V。R31（FINE GAIN）是日常ROPT校正用的增益电位计（图5中的3），它的主要作用是调整信号增益，使其电压值在进入动态补偿前满足系统的要求，工作原理如图2所示。

2 停堆棒电源模块问题分析及改进

2.1 背景介绍[2]

但实际上，由于燃料燃耗和换料的原因，真实的瞬时功率分布每天都是变化的。PHT和堆芯热工水力状态也与设计值有一定偏差。因此，当反应堆稳定运行没有波动情况下，为了保证停堆整定值的有效性和反映真实的功率分布，必须对停堆整定值进行修正，即对ROPT探测器的校正中包含此修正因子CPPF（瞬时通道功率和时间平均功率比值的最大值）。最终形成ROPT探测器的目标值DC：反应堆功率（RP）和CPPF的乘积，即：DC=RP×CPPF。由于CPPF值随时间发生变化，ROPT探测器信号也会发生漂移，因而需要定期校正ROPT探测器，以保证ROPT系统的停堆置信度以及维持足够的停堆裕量。

2.2 问题描述

某重水堆核电站二号机组处于正常满功率运行期间，执行正常ROPT标定过程中，解锁增益电位计R31后，出现“CI”报警，PDS参数显示该探测器6G信号有1个向上的波峰1.27FP，持续0.3s左右，导致G通道脱扣。对应的数据采集曲线如图4所示。

2.3 通道意外脱扣问题分析

2.3.1 误碰ROPT放大器脱扣测试按钮

图3 ROPT放大器前面板Fig.3 Front panel of ROPT amplifier

图4 SDS#2 G通道脱扣曲线Fig.4 Tripping curve of SDS#2 G channel

图5 按下DET TEST按钮脱扣曲线Fig.5 Trip curve of pressing DET TEST button

图6 静电干扰信号下的输出电压曲线Fig.6 Output voltage curve under electrostatic interference signal

从ROPT标定时，触碰的ROPT放大器面板分析可以得知：标定时，容易误碰的按钮只有DET TEST按钮（图3中的1）和TRIP TEST按钮（图3中的2）。TRIP TEST按钮只有在ROPT实验状态下才可能影响放大器输出；在非实验状态下，误碰TRIP TEST按钮放大器输出没有任何变化，不会发出向上的脉冲信号。在仪控车间，模拟按下DET TEST按钮放大器的输出变化如图5所示。

从图5的波形分析，按下DET TEST按钮时放大器输出总是有1个向下的脉冲信号。当松开DET TEST按钮，按钮复位时有1个向上的脉冲信号，上述现象与脱扣时的波形存在明显差异，可以排除误碰DET TEST按钮的可能性。

2.3.2 人员静电干扰影响

在调节ROPT放大器过程中，由于人员调节R31电位计（图5中的3）时，有较大机会接触到放大器金属外壳，可能会出现静电干扰现象。人体各部位所带静电中手腕的电位较高，所以当人手接触电设备时，可能产生静电放电以及脉冲式噪声。

在车间对放大器进行静电干扰模拟试验，静电的特性是瞬间产生高电压（人体最大静电电压可以高达15kV)，微电流。根据这个特性，脉冲静电源对放大器的面板进行放电，用记录仪HIOKI8835型，测试ROPT放大器输出电压曲线，发现放大器的输出出现干扰信号，但干扰信号大多是向下，只有比较小的概率形成向上的干扰信息。在模拟试验过程中，发生了1次放大器脱扣现象，如图6所示。

图7 电位计R31Fig.7 Potentiometer R31

从车间的静电模拟测试中，证明了静电对ROPT放大器有脉冲式噪声干扰，会导致ROPT放大器出现脱扣现象。

2.3.3 可调电位计R31缺陷

图8 电位计R31组装结构图Fig.8 Potentiometer R31 assembly structure

电位计R31采用螺旋传动方式来移动电刷调节电阻阻值，螺旋传动的特点是传动平稳，电刷采用有弹性的柔软金属丝材料。在调节过程中，传动装置重心有一定偏差，能满足电位计调节功能，电位计R31如图7所示。

对电位计R31的组装结构分析，A点位置：外表盘旋钮的金属固定螺丝和电位计金属螺杆有电气连接；B点位置：外表盘旋钮的金属固定螺丝，设备地、电位计的屏蔽固定壳和采样信号屏蔽罩有电气连接；C点位置：电位器在屏蔽罩里面有一定的组装应力，螺杆接触力；D点位置：电位计的焊接脚经过剪脚、焊接、包套管形成，工艺要求高，必须得按照规范要求进行。R31的组装结构图如图8所示。

静电有聚集的电荷，聚集的电荷通过释放通路有电压/电流产生，剧烈的电荷释放产生很大的电磁场干扰。查阅ROPT放大器的设计技术规格书，发现没有对防止静电干扰的等级要求和试验要求。如果电位计R31防静电功能不理想，静电通过电位计R31形成通路，高压下的静电则会对ROPT放大器造成干扰。抗静电的方法则需要A点保持足够大的安全距离，同时需要有电荷的释放通道（不影响其他电路）。电位计R31连接的电路板由屏蔽罩盖住，屏蔽罩接地，屏蔽电磁场干扰。

由图8可以看出，A点位置：外表盘旋钮的金属固定螺丝和电位计金属螺杆有电气连接，安全距离不充分，电位计R31本体设计为900V电气绝缘，其强度远小于静电电压。如果有静电释放发生，那么放电电流将直接通过R31流到电路板里面的运输放大器内部，很可能会损坏放大器，形成不可恢复的后果。如果小的静电释放发生，则会干扰放大器输出，造成ROPT放大器误触发脱扣现象，屏蔽地与设备接地点应互相独立。B点位置：外表盘旋钮的金属固定螺丝，电位计的屏蔽固定壳，设备地和采样信号屏蔽罩有电气连接，等同于屏蔽地和设备地相连。当设备地上带有瞬时大的干扰信号时，那么放大器输出也会受到干扰，造成误触发ROPT放大器脱扣可能。但是这种情况下，放大器不会损坏。如果电位计D点使用电烙铁直接对电位器脚加热，对长引脚修剪，再使用热风枪热缩套管，则有可能会使电位计提前失效。电位计D点引角是导热良导体，加上塑料外壳，其焊接过程中，热非常容易传到本体导致结构变化，从而导致滑动螺丝或滑片接触不良等可靠性问题。ROPT技术规格书明确指出，更换元器件需要用合适温度的热风枪进行，不可用电烙铁。如果电位计R31焊接流程不符合规范，则有可能导致电位计R31性能下降。

2.3.4 其他可能

如果探测器异常或者设备接地异常，都有可能导致ROPT放大器所在的通道脱扣。在ROPT放大器所在的通道脱扣后，使用合格的放大器备件对其进行更换，通道恢复正常，可以排除探测器异常的情况。从相同盘柜中，同一通道ROPT回路探测器信号接地和设备接地都是一样的，其他ROPT回路正常，可以排除接地异常造成的干扰情况。

2.4 改进措施

2.4.1 佩戴防静电手链

每日都要对ROPT放大器进行标定，标定时需要将人体产生的静电释放掉，消除人员静电干扰。在人员操作时，在手上配有线静电手链，并将静电手链的另一端接入大地，保证人体静电的充分释放。

2.4.2 电位计R31表盘旋钮绝缘标定ROPT放大器时，通过手接触电位计R31表盘进行增益调节。在电位计R31表盘旋钮的金属固定螺丝处贴厚的绝缘胶带，可进一步消除人体静电对ROPT放大器造成的可能影响。

2.4.3 新备件替换

电位计R31本身缺陷，也有可能会导致ROPT放大器脱扣，因此可以提出ROPT放大器设备整体改造，使用新的备件对所有该型号的ROPT放大器进行整体更换。

3 结束语

当SDS#2出现单通道脱扣时，增加了SDS#2动作的风险，一旦出现两个通道脱扣，则会导致反应堆停堆，直接影响电厂的经济效益。对于ROPT放大器标定中出现意外脱扣时，需要快速响应，消除异常脱扣缺陷。因此，必须掌握ROPT放大器的原理及特点，熟知容易出现的问题，及时解决问题，以提高设备和系统的可靠性。