摘要：本文是对大亚湾/岭澳一期电站RGL（反应堆棒控系统）系统独立加装CRDM（控制棒驱动机构）电流在线监测与诊断系统可行性进行研究，目的是通过实时记录、分析CRDM线圈电流的波形，准确定位RGL电流类故障的原因，预先发现设备缺陷和老化趋势，提高RGL系统的健康水平。
关键词：电流；在线监测；棒控；
0.引言：
反应堆控制系统（RGL）对核电站的安全、稳定、经济的运行起着至关重要的作用。随着计算机和在线监测技术的快速发展，以及核电站建设和运行经验的不断积累，大亚湾及岭澳一期RGL系统采用的模拟量设备已经无法满足现场故障判断分析及设备老化趋势跟踪的需要。CRDM作为RGL系统的核心控制部分直接参与控制棒的驱动。CRDM电流在线监测与诊断系统的可行性研究对准确定位RGL电流类故障的原因，预先发现设备缺陷和老化趋势十分重要。
1.背景：
控制棒驱动线圈（CRDM）、实现控制棒驱动的重要设备，对操作员控制反应堆反应性及RGL系统的稳定运行起着至关重要的作用。对大亚湾电站/岭澳一期电站RGL系统独立加装CRDM电流在线监测与诊断系统，目的是通过实时记录、分析CRDM线圈电流的波形，准确定位RGL电流类故障的原因，预先发现设备缺陷和老化趋势，提高RGL系统的健康水平。
大亚湾电站RGL系统投入运行至今，出现过多次电流故障报警。受限于无法捕捉到故障时刻线圈电流变化，因此无法准确定位故障点。通过安装独立CRDM电流在线监测录波诊断系统，可以实时记录、分析电源柜输出的CRDM电流波形，对RGL系统设备的运行状态进行监测，发现异常情况后及时对故障原因进行分析，定位RGL系统电流故障的原因，预先发现设备缺陷和老化趋势，从而避免意外落棒情况的发生。此外，结合CRDM线圈电流信号好麦克风振动信号，通过分析CRDM线圈钩爪磁极动作时间和负载传递时间，可以及时发现CRDM机械部件的故障。
2.设计方案：
方案概述：
CRDM电流在线监测录波诊断系统利用安装在现场16个电源柜（RGL011~026AR）上的霍尔传感器采集各个CRDM线圈电流，并通过相关的接口模块进行信号处理，由一套NI系统对这些信号进行分析、处理和显示。此外，为每个CRDM预留一个麦克风振动信号通道，并与大修期间进行CRDM钩爪磁极动作时间和负荷传递时间分析，并将对应的线圈电流信号和麦克风振动信号进行显示和处理。当需要进行CRDM振动信号分析是，将相应自足的振动信号接入NI系统的采集通道。
大亚湾核电站每台机组总共有61根控制棒，分为16个子棒组，每根CRDM包含LC（提升线圈）、SG（保持线圈）和MG（移动线圈）3个线圈，因此本系统提供61根CRDM共计183路线圈电流采集通道和61路麦克风振动信号输入通道。
诊断系统通过霍尔传感器采集各个CRDM线圈的电流波形，因此诊断系统与原有的RGL系统不存在任何电气连接，不会影响到原RGL系统运行。项目一旦实施，将为现场人员对故障的分析判断提供依据，同时通过对现场电流波动的记录分析，可以预先发现设备缺陷和老化趋势，减少系统故障的发生。
设计思路：
CRDM电流在线监测录波诊断系统硬件结构图如下图1所示：
图1 CRDM电流在线监测录波诊断系统结构示意图
系统主要由NI的PXI采集分析系统、信号转换模块、麦克风振动信号转换模块、霍尔电流传感器、电源、机柜、打印机等部分组成。利用霍尔传感器采集CRDM线圈电流信号，通过信号转换模块将次信号转接人NI采集分析系统，系统软件通过PXI-6225板卡采集各个线圈的电流信号，通过滤波、电流识别和分析、存储、波形调用回放等环节，实现CRDM线圈电流波形和钩爪动作的诊断分析，并通过报表、图形等方式将结果导出。此外，系统还提供离线分析手段，将存储的电流波形拷贝到系统外电脑，通过专用程序查看和分析，实现离线分析功能。
CRDM电流在线监测录波诊断系统采用NI公司的PXI平台实现采用5块PXI-6225模块（每个模块可以实现80路模拟单端输入/40路模拟差分输入采集），满足电站每台机组61根CRDM的183路电流通道及61路麦克风振动信号的采集。
NI系统的PX-6225板卡的输入信号范围为-10V~10V的电压信号，霍尔传感器采集的CRDM电流信号输出为0~4V（对应0~50A）。因此信号转换模块将霍尔传感器采集的电流信号（0~4V）进行整合后通过转接线缆送入PXI-6225（如图2所示），而不做其它处理。CRDM电流在线监测与诊断系统按照子组设计了5个信号转换模块。
图2、信号转换模块原理图
此外，信号转换模块还提供相应CRDM 麦克风振动信号的输入接口。麦克风振动信号和转换后的CRDM线圈电流信号按照子组进行一定的组合送入PX-6225板卡，通过NI软件读取相应的通道数据，从而获得CRDM各个线圈的电流信号和麦克风振动信号。
图3、麦克风振动信号转换模块原理图
3.波形诊断：
CRDM线圈电流波形的诊断（电流大小的诊断）：
根据电流建立时间要求和电流波形，采集同一子组四束棒的电流值，求取最大和最小；求取局部馒头波的最大最小值，定义为极大点和极小点。
最大极大点－最小极大点≥上沿允许波动幅度 则判定：电流波动过大
最大波幅（极大点-相邻极小点）≥允许最大波幅，或全电流、半电流平台时最大波幅/最小极大点≥允许最大相对波幅 则判定：电流失相或振荡
最大极大点≥允许电流上限，则判定：电流过大
最小极大点≤允许电流下限，则判定：电流过小
4.总结：
CRDM（控制棒驱动机构）电流在线监测与诊断系统将为后续CRDM线圈电流波形的分析诊断，线圈电流类故障原因的准确定位，预先发现设备缺陷和老化趋势，提供有效地技术手段。
参考文献：
[1] 陈济东. 大亚湾核电站系统及运行[M]. 北京:原子能出版社,1994:1102-1108.
[2] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社,2007:292-293.
[3] 庞松涛.压水堆核电站过程控制系统[M].北京:中国电力出版社,2014: 91-92.
[4] 臧希年 申世飞.核电厂系统及设备[M].北京:清华大学出版社,2003: 91-91.
论文作者:邵帅1,沙洪伟2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
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