王曉峰，丁林樸，林 熙，祁陸凱

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

一號(hào)停堆系統(tǒng)是CANDU-6型重水堆的兩個(gè)應(yīng)急停堆系統(tǒng)之一，它通過(guò)向反應(yīng)堆中插入停堆棒來(lái)終止反應(yīng)堆的自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，減少核燃料中產(chǎn)生的能量，保護(hù)反應(yīng)堆的安全。因此，作為一號(hào)停堆系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，停堆棒及其棒控回路對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。

本文將介紹近年來(lái)發(fā)生在一號(hào)停堆系統(tǒng)棒控回路上的電源切換造成奇系列停堆棒落入堆芯這一故障。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析，處理與改進(jìn)落實(shí)，期望能夠?qū)窈蟮臋z修工作提供有意義的參考。

1 停堆棒棒控回路介紹[1]

1.1 停堆棒

停堆棒是一個(gè)空心的鎘圓柱體，外包不銹鋼。每臺(tái)機(jī)組共有28根停堆棒，分成奇偶兩組，每組各14根。停堆棒布置在反應(yīng)堆廠房501房間反應(yīng)性機(jī)構(gòu)平臺(tái)上。

1.2 棒控回路

每組停堆棒有2個(gè)電源模塊，1主1備。主電源模塊由III級(jí)電源供電，整流后輸出95VDC的電壓，備用電源模塊由II級(jí)電源供電，整流后輸出92.5VDC的電壓。主、備電源模塊的輸出由二極管進(jìn)行選擇，正常運(yùn)行時(shí)主電源模塊輸出的95VDC送到現(xiàn)場(chǎng)，備用電源模塊作為熱備用。一旦主電源模塊故障失去輸出，輸出自動(dòng)切換到備用電源模塊，輸出92.5VDC的電源。

每個(gè)主電源模塊的正、負(fù)輸出端經(jīng)過(guò)公用的一號(hào)停堆系統(tǒng)3取2邏輯模塊后，分別送到14個(gè)停堆棒的單獨(dú)離合器線圈邏輯模塊及線圈供電回路。每個(gè)單獨(dú)的停堆棒供電回路包括一塊停堆棒離合器線圈邏輯模塊，一個(gè)離合器線圈、連接電路及接頭等組成。如果任一通道的兩副觸點(diǎn)打開(kāi)，離合器的電流可通過(guò)另兩個(gè)通道的閉合觸點(diǎn)繼續(xù)維持。然而，如果打開(kāi)任意兩個(gè)通道的觸點(diǎn)，則停堆棒離合器線圈電流被切斷，停堆棒下落?？刂圃韴D見(jiàn)圖1。

圖1 停堆棒控制邏輯圖[2]Fig.1 Stopping the stack rod control logic diagram[2]

2 停堆棒電源模塊問(wèn)題分析及改進(jìn)

2.1 背景介紹

奇系列離合器主電源模塊由III級(jí)電源開(kāi)關(guān)供電、備用電源模塊由II級(jí)電源供電。正常情況下，奇系列離合器通過(guò)主備中任何一個(gè)電源模塊帶電，都能夠?qū)⑼６寻舯３衷诜磻?yīng)堆頂部。

2.2 問(wèn)題描述

某重水堆核電站1號(hào)機(jī)組處于保證停堆狀態(tài)，奇系列停堆棒離合器的95VDC電源模塊因?yàn)樯霞?jí)電源停役檢修斷電，停堆棒的電源自動(dòng)切換到備用的92.5VDC電源模塊。在此期間發(fā)生了備用電源模塊的上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，奇系列停堆棒離合器因?yàn)橥瑫r(shí)失去主電源模塊和備用電源模塊而自動(dòng)脫開(kāi)，導(dǎo)致14根停堆棒落入堆芯。

2.3 問(wèn)題分析

2.3.1 電源模塊輸入電流值的測(cè)量

92.5 VDC備用電源模塊的II級(jí)電源開(kāi)關(guān)型號(hào)為cutlerhammer公司的QCR1030，額定容量為30AAC。經(jīng)電氣專(zhuān)業(yè)人員檢查該開(kāi)關(guān)為熱跳，重新送電后，使用HIOKI3283測(cè)量電源模塊的120VAC供電電流為34.5AAC，超出了30AAC的設(shè)定值。

儀控人員測(cè)量的結(jié)果卻不相同，使用LH41測(cè)量的結(jié)果是22.24AAC，低于開(kāi)關(guān)的設(shè)定值。兩者同時(shí)測(cè)量的結(jié)果見(jiàn)圖2。為了確認(rèn)哪一個(gè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，使用了另外了一種型號(hào)的鉗形電流表HIOKI3288進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果是36AAC。

圖2 鉗形電流表現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量Fig.2 Field measurement of clamp ammeter

為排除個(gè)體差異，均使用多個(gè)同樣型號(hào)的電流表進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明型號(hào)相同的不同電流表的讀數(shù)都是一致的，不同的讀數(shù)僅存于不同型號(hào)的電流表之間。而這些電流表都是經(jīng)過(guò)計(jì)量院鑒定合格的，并在有效期內(nèi)。為了確認(rèn)電流的真實(shí)值，采取如下的行動(dòng)：

在車(chē)間用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生源對(duì)LH41和HIOKI3288、HIOKI3283進(jìn)行了檢查，在交流50Hz 的10A～30A不同輸入信號(hào)下，3塊表的指示基本一致，絕對(duì)偏差小于0.5A。

在20AAC和5ADC信號(hào)同時(shí)存在的情況，3塊表的指示也基本一致，為交流信號(hào)＋直流信號(hào)的值，絕對(duì)偏差小于0.5A。

直接用120VAC帶約6.5Ω的滑線變阻器，3塊表的指示也基本一致約為18A，絕對(duì)偏差小于0.5A。

在MCC開(kāi)關(guān)下測(cè)量95VDC電源模塊的供電電流，HIOKI3288（29A）和HIOKI3283（28A），LH41（20A），與在95VDC電源模塊上測(cè)量的結(jié)果類(lèi)似，存在明顯的絕對(duì)偏差。

在MCC開(kāi)關(guān)下給某個(gè)風(fēng)機(jī)的供電電流測(cè)量，HIOKI3288（17A）和HIOKI3283（16A），LH41（11A），電流值之間同樣也有明顯的差距。

根據(jù)以上結(jié)果，判斷可能是由于電源模塊的輸入電流不規(guī)則，導(dǎo)致不同型號(hào)的鉗形電流表測(cè)量時(shí)產(chǎn)生了系統(tǒng)性的偏差。為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，并確認(rèn)真實(shí)的電流值讀數(shù)是多少，在車(chē)間搭設(shè)了與現(xiàn)場(chǎng)類(lèi)似的模擬回路，見(jiàn)圖3。

在回路中串入指針式電流表與3種鉗形電流表（LH41型、HIOKI3283型、HIOKI3288型）的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)記錄儀采集電壓數(shù)據(jù)。從圖4中可以明顯看出，95VDC電源模塊的輸入電壓的波形是不規(guī)則的。同時(shí)，根據(jù)公式I=U/R，將通道3的電壓轉(zhuǎn)換成電流，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖3 電源模塊檢測(cè)示意圖Fig.3 Power Module detection diagram

圖4 部分通道電壓數(shù)據(jù)Fig.4 Partial channel voltage data

從表1可以看出，HIOKI3283與記錄儀和指針表最接近。因此，在現(xiàn)場(chǎng)用HIOKI3283型鉗形電流表測(cè)得的數(shù)據(jù)最為可信。根據(jù)HIOKI3283的測(cè)量結(jié)果，可以斷定現(xiàn)場(chǎng)掉棒的直接原因是95VDC電源模塊的效率降低，消耗的輸入電流增加，超過(guò)了II級(jí)電源開(kāi)關(guān)的設(shè)定值而引起開(kāi)關(guān)跳閘。

同時(shí)，這也確認(rèn)了鉗形電流表的特性，當(dāng)測(cè)量對(duì)象為交流重疊直流的波形、半波整流、全波整流時(shí)，都會(huì)有一定誤差。因此，不能進(jìn)行非常精確的測(cè)量，但從車(chē)間的實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)看，HIOKI3283型比LH41型和HIOKI3288型都要準(zhǔn)確，測(cè)量數(shù)據(jù)最為可信。

2.3.2 備用電源模塊效率降低的原因分析

電源模塊主要由電源開(kāi)關(guān)、輸出開(kāi)關(guān)、變壓器線圈、指示表、電解電容和控制電路板組成，見(jiàn)圖6。

95V電源由可控整流主回路和晶體管觸發(fā)控制電路組成。95V電源在電源開(kāi)關(guān)閉合的情況下，通過(guò)電源變壓器將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的120VAC交流電壓，控制電路板通過(guò)控制回路中的晶體管的通斷，將交流工作電壓經(jīng)4個(gè)電解電容濾波轉(zhuǎn)換成直流工作電壓，然后經(jīng)輸出開(kāi)關(guān)送負(fù)載[3]。并利用兩個(gè)整流二極管和可控硅晶體管構(gòu)成單相橋式半控整流電路。電源模塊的電路原理圖見(jiàn)圖7。

圖5 通道3電流圖Fig.5 Channel 3 current diagram

圖6 電源模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Power Module structure diagram

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)照表Table 1 Comparison of measurement data

通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)備用電源模塊中的電解電容失效，從而導(dǎo)致電源模塊的直流工作電壓下降。

當(dāng)前，在機(jī)組的運(yùn)行周期內(nèi)，主電源模塊的輸出電壓95VDC，輸出電流10A；而備用電源模塊的輸出電壓92.5VDC，輸出電流0A。平常的大修期間也沒(méi)有進(jìn)行主、備電源互換。因此，主電源模塊一直處于帶載工作狀態(tài)，而備用電源模塊則一直處于空載備用狀態(tài)。由于電解電容中的電解液因長(zhǎng)時(shí)間處于斷電狀態(tài)，品質(zhì)下降更為明顯，這應(yīng)該是備用電源模塊比主電源模塊性能下降更快的原因。

圖7 電源模塊電路圖Fig.7 Power module circuit diagram

對(duì)II級(jí)電源原供電開(kāi)關(guān)的設(shè)定值進(jìn)行檢查，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漂移。因此，也從另一方面驗(yàn)證了備用電源模塊故障是造成本次故障的根本原因。

根據(jù)這一推測(cè)，檢查了兩臺(tái)機(jī)組其它的主、備電源模塊大修時(shí)的測(cè)量記錄，發(fā)現(xiàn)帶載時(shí)備用電源模塊的輸入電流都明顯高于主電源模塊，說(shuō)明這是一個(gè)普遍的現(xiàn)象。

2.4 改進(jìn)措施

2.4.1 增加主備電源的定期切換

根據(jù)一般電源的使用壽命，當(dāng)前的預(yù)防性維修計(jì)劃是每9年整體更換電源模塊。對(duì)于正常帶載使用中的電源模塊，該更換周期沒(méi)有問(wèn)題。但是從兩臺(tái)機(jī)組停堆棒離合器電源模塊當(dāng)前的狀態(tài)對(duì)比來(lái)看，停堆棒離合器主、備兩個(gè)電源模塊在帶同樣負(fù)荷的前提下，主電源模塊所需的輸入電流均小于備用電源模塊，說(shuō)明主電源模塊的轉(zhuǎn)換效率均高于備用電源模塊。升版預(yù)防性維修大綱（PMP），增加定期互換主電源模塊和備用電源模塊的工作內(nèi)容。

2.4.2 鉗形電流表的使用

雖然對(duì)電源模塊的預(yù)防性維修中包含了對(duì)輸入電流的測(cè)量，但是由于對(duì)鉗形電流表的特性了解不夠，使用LH41測(cè)量的結(jié)果一直偏低，所以得出了錯(cuò)誤的結(jié)論，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)電源降級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)。后續(xù)測(cè)量工作中要明確使用HIOKI3283的鉗形電流表。對(duì)于其它的風(fēng)機(jī)等類(lèi)似設(shè)備也建議使用HIOKI3283測(cè)量電流。

3 結(jié)論

當(dāng)95V電源出現(xiàn)故障直接會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，停堆棒直接插入堆芯。隨著時(shí)間的推移，現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)和設(shè)備逐漸地老化。因此，必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行深入地調(diào)查和了解，掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)容易出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備和元器件進(jìn)行及時(shí)地更換，以提高設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。

通過(guò)對(duì)這一問(wèn)題的深入分析，熟悉和了解了95V電源的工作特性和測(cè)試方法，并積累了檢修經(jīng)驗(yàn)。文中所提出的糾正措施在落實(shí)之后，取得明顯的效果，有效避免了類(lèi)似事件的重復(fù)發(fā)生。希望以上的分析能夠給各位同行提供一些參考和借鑒。