周磊　許進(jìn)　陳子鳴　周忠政

【摘 要】落棒試驗是通過釋放兩束選定的控制棒，觸發(fā)RPN系統(tǒng)的3個及以上通道的功率量程負(fù)通量變化快信號，并觸發(fā)機(jī)組自動停堆。如果試驗過程順利，則可以證明機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性與可靠性。試驗結(jié)果處理中，如何將不同系統(tǒng)來源的不同類型信號按照相同的時間擬合到一起，找到將兩個系統(tǒng)來源的信號關(guān)聯(lián)到一起的公共變量成為試驗處理的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】落棒試驗功率量程負(fù)通量變化快信號

【Abstract】Rod drop test trigger the reactor automatically to trip by releasing two beams of selected control rod and triggering no less than three power range negative high neutron flux rate signals in RPN system. If the test went smoothly， it can prove that reactor protection system response accuracy and reliability. Processing test results， how to fit different types of signal of different systems together and how to find the public variables that associate signal source of two systems together become a key of test process.

【Key words】Rod drop test power range negative high neutron flux rate signal

1 試驗背景

1.1 控制棒

作為控制反應(yīng)堆堆芯反應(yīng)性的重要手段，因為機(jī)械及電氣故障等原因可能會突然落入堆底。而控制棒突然落入堆底，會給反應(yīng)堆帶來兩類效應(yīng)。（1）是堆芯功率的分布發(fā)生很大的畸變，堆芯的徑向及軸向功率峰因子急劇增加，很有可能會超過安全限值。（2）是若發(fā)生落棒事故，而反應(yīng)堆停堆棒組沒有及時下落，提供足夠的負(fù)反應(yīng)性，由于功率虧損會引入足夠多的正反應(yīng)性，反應(yīng)堆會在某一個較低的功率水平重新達(dá)到臨界，并逐步穩(wěn)定在一個新的功率水平。由于在此功率水平，功率分布的徑向不均勻性較大，若果在這種較高功率水平下運行，很有可能會發(fā)生燃料元件燒毀事故。

落棒試驗可以檢驗反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性和可靠性，驗證落棒事故分析假設(shè)條件的保守性，對于反應(yīng)堆的安全非常重要。

1.2 試驗信號

落棒試驗所需試驗信號包括KIC（電廠計算機(jī)信息和控制系統(tǒng)）系統(tǒng)上4路功率量程通道的功率量程中子通量負(fù)變化率高、停堆斷路器信號、P4這幾路數(shù)字信號以及高速記錄儀上選定的兩組落棒棒組以及選定的一束停堆棒組下落速度的模擬信號。

4路功率量程通道的功率量程中子通量負(fù)變化率高、停堆斷路器信號、P4這幾路數(shù)字信號是由RPR保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生然后送往KIC系統(tǒng)。

選定的兩組落棒棒組以及選定的一束停堆棒組下落速度的模擬信號是由連接到選定棒束的感應(yīng)線圈因棒束移動產(chǎn)生的感應(yīng)電流信號傳送到高速記錄儀上并被記錄。

落棒試驗需要驗證兩束選定控制棒的下落會引起至少3路功率量程負(fù)變化率高信號。而保護(hù)邏輯設(shè)定是只需要2路負(fù)變化率高信號出現(xiàn)就會在極端的時間內(nèi)觸發(fā)停堆，使所有控制棒下落。試驗的難點在于找出功率量程負(fù)變化率高信號的出現(xiàn)時間與停堆信號出現(xiàn)的時間。

1.3 試驗遇到的困難

落棒試驗中，需要處理的信號一部分連接到現(xiàn)場安置的高速記錄儀上，一部分通過KIC（電廠計算機(jī)信息和控制系統(tǒng)）采集。如何將高速記錄以上的信號時間與KIC系統(tǒng)上的信號時間進(jìn)行同步是試驗的一個重點。

2 信號分析

2.1 保護(hù)系統(tǒng)簡介

RPR體統(tǒng)是一個邏輯保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)核電廠一些物理參數(shù)的變化，通過對停堆斷路器和安全驅(qū)動器的邏輯控制，確保反應(yīng)堆的安全。

RPR上端連接所有的保護(hù)儀表組。它們檢測選定的物理參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)的變化達(dá)到或超過安全分析確定的保護(hù)動作整定值時，給出保護(hù)動作的初始啟動信號。其中，RPR連接了四個保護(hù)核儀表組（比如RPN系統(tǒng)的四路功率量程信號），RPR包含了4路保護(hù)組，即A、B兩個系列，目的是冗余。

停堆通道的響應(yīng)時間是指從緊急停堆工況的發(fā)生到全部控制棒組件插入堆芯，引入最大負(fù)反應(yīng)性使反應(yīng)堆停閉所經(jīng)歷的時間。通道響應(yīng)時間分為以下幾部分：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6

T1=傳感器響應(yīng)時間，T2=信號處理部分的響應(yīng)時間，即從傳感器的輸出端到停堆斷路器的輸入端（失壓線圈失電）的響應(yīng)時間，T3=停堆斷路器打開的時間，即從失壓線圈失電到保持勾爪線圈失電之間的時間，T4=保持勾爪的釋放時間，即從保持勾爪線圈失電到控制棒組件開始插入堆芯之間的時間，T5=控制棒組件從開始下落到它們進(jìn)入阻尼器的下落時間，T6=全長控制棒組件從進(jìn)入阻尼器到它們完全插入之間的時間。

2.2 KIC系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)規(guī)則

KIC系統(tǒng)（電廠計算機(jī)信息和控制系統(tǒng)）構(gòu)成了電廠的操作和管理信息層（2層），其終端是實現(xiàn)電廠監(jiān)管的主要人機(jī)接口。KIC系統(tǒng)中的組成部分兩個前段處理服務(wù)器與一層、二層網(wǎng)絡(luò)相連，保證自動化級（一層）和顯示操作級（二層）的網(wǎng)絡(luò)通訊，實現(xiàn)對自動化系統(tǒng)全部過程數(shù)據(jù)的接收，并通過二層網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳送到兩個主服務(wù)器進(jìn)行處理。

由于KIC系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)以一定頻率向自動化級（一層）掃描取數(shù)據(jù)，一層記錄的數(shù)據(jù)是以一定的頻率向最原始的探測器處取數(shù)據(jù)。KIC系統(tǒng)取樣頻率形成的取樣時間間隔為△T（KIC），自動化級數(shù)據(jù)取樣頻率形成的取樣時間間隔為△T（自動化級）?！鱐（KIC）與△T（自動化級）是能夠在KIC系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置，其最小值為100ms。endprint

圖1 自動化層與KIC系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)的簡單模擬

如上圖所示，是對自動化級記錄的數(shù)據(jù)和KIC系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)的一個簡單圖例描述。對連續(xù)的模擬量，自動化層記錄的數(shù)據(jù)按照其時間間隔△T（自動化級）進(jìn)行記錄，KIC系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)按照其時間間隔△T（KIC）向自動化層儲存的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并儲存。模擬信號的實際發(fā)生時刻與KIC系統(tǒng)記錄的信號發(fā)生時刻的最大系統(tǒng)誤差為△T（系統(tǒng)誤差），且△T（系統(tǒng)誤差）≤min（△T（自動化級），△T（KIC））。故KIC上的顯示時刻=事件實際發(fā)生時刻+由于掃描周期引入的系統(tǒng)誤差△T（系統(tǒng)誤差）+不確定性的延遲時間△T（不確定）。

3 試驗結(jié)果分析與處理

3.1 落棒試驗中4個功率量程輸出值

從表1及圖2可得，1#與3#功率量程探頭的測量值在相同的時間段內(nèi)有相同的變化量，并且有相同的變化趨勢。且分別記錄下兩個數(shù)據(jù)大小非常接近的數(shù)據(jù)46.7%FP與10%FP。

從圖2可看出，由于RPN001#，RPN003#探頭與下落棒束M12，D12的是空間對稱，且在高速記錄儀記錄的控制棒M12與D12的下落時間是同步的，所以RPN001#，RPN003#功率量程探頭的計數(shù)的變化理論上是同步的。根據(jù)KIC系統(tǒng)記錄的功率量程數(shù)據(jù)時刻的誤差在1000ms以內(nèi)，1#與3#功率量程數(shù)據(jù)的變化與理論推導(dǎo)是相吻合的。

通過數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)2#與4#功率量程數(shù)值在KIC上記錄的時刻與數(shù)值大小同步性很好。此處記錄的數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)相吻合。

2#4#與1#3#功率量程探頭數(shù)據(jù)變化的先后關(guān)系上，顯示且1#3#變化在先。但是根據(jù)多個機(jī)組實際的測量值以及本次實驗觸發(fā)的功率量程負(fù)變化率高信號的前后關(guān)系，2#4#功率量程探頭變化時刻應(yīng)更早?？紤]到最大1000ms的△T（系統(tǒng)誤差），KIC記錄的數(shù)據(jù)仍然很好的與理論吻合。

3.2 落棒試驗中定值比較器輸出的數(shù)字開關(guān)信號

如圖4，134-137KS信號均為4路功率量程探頭模擬信號輸入XU定值信號比較器之后輸出的數(shù)字開關(guān)量（0與1）信號。保護(hù)的邏輯是當(dāng)有2個或以上數(shù)量的功率量程負(fù)變化率高信號出現(xiàn)就會觸發(fā)停堆。

3.3 停堆短路器打開信號

表中數(shù)據(jù)表明1路和3路的停堆短路器打開信號在KIC上的顯示時間同為49480ms.表明在這幾種信號實際發(fā)生的時間+系統(tǒng)的不確定延遲結(jié)果都在同一個掃描時間段內(nèi)被儲存，所以記錄時間顯示為一樣。2路和4路的停堆短路器打開信號在KIC上的顯示時間同為49569ms。

根據(jù)RPR保護(hù)系統(tǒng)邏輯，RPN系統(tǒng)中4個功率量程探測器負(fù)變化率高信號觸發(fā)停堆信號。

對于此，在《RPR保護(hù)通道響應(yīng)時間測量》試驗報告中，對于功率量程負(fù)的中子注量率變化高信號的T2時間測量結(jié)果為：67～94ms（試驗原理是在定值比較器XU前輸入變化的模擬信號，并且測量停堆斷路器產(chǎn)生釋放信號的時間）；而KIC系統(tǒng)上采集的RPR134/135/136/137KS這類信號是從核儀表組的定值比較器XU后端傳輸?shù)終IC系統(tǒng)上的0/1數(shù)字量，其與停堆短路器打開信號的時間差應(yīng)該略小于T2時間（67～94ms）。

.5 高速記錄儀記錄信號

3.6 信號時間同步分析

3.6.1 用KIC系統(tǒng)中停堆斷路器打開時刻與高速記錄儀中停堆棒組下落時刻進(jìn)行同步處理

停堆斷路器實際打開時刻判斷為9269ms+0ms～9269+94ms

停堆棒落棒時刻判斷為9269ms+130ms～9269+94+130ms

則最后結(jié)果：t2=t4=606～700ms，t1=t3=1118～1212ms，t落棒=830ms

3.6.2 用 KIC系統(tǒng)中P4信號與高速記錄儀中記錄的P4信號進(jìn)行同步處理

P4信號發(fā)生時刻為；9704ms～9704+80ms

最后結(jié)果為：t2=t4=515～595ms，t1=t3=1027～1107ms，t落棒=830ms

表6 高速記錄儀記錄數(shù)據(jù)信息

4 結(jié)論

對于落棒試驗數(shù)據(jù)結(jié)果的時間同步處理，可以將高速記錄儀與KIC系統(tǒng)上的停堆斷路器打開信號或者P4信號進(jìn)行同步。用兩種方式進(jìn)行信號間的同步處理，其結(jié)果均滿足試驗驗收準(zhǔn)則。

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint