摘要：根据福清1，2号机组调试大纲的调试要求，需验证反应堆保护系统单个通道失去电源后的核电厂的状态响应。LNA失电后应该只有本通道的断路器（RPA100JA、RPA101JA）由于失压线圈断电而跳开，而实际情况却是，除本通道断路器分闸外，跨列跨通道断路器RPB200JA、RPB201JA也意外分闸，非RPR逻辑及保护功能预期动作。
针对此异常现象，本文将从系统供电关系、停堆逻辑等角度进行分析论证，并在其基础上制定验证试验方案，最终针对该问题提出解决方案和预防措施。
关键词：反应堆保护系统；停堆断路器；意外分闸
引言
反应堆保护系统是核电站重要的安全系统，主要包括反应堆紧急停堆系统和专设安全设施驱动系统两部分，其中反应堆紧急停堆系统主要由四个停堆逻辑保护通道构成。
在每一个保护组中，有两个功能多样性的子系统（子系统1和子系统2）来实现多样化的保护功能。其中每一个子系统都从对应的传感器采集信号，经过必要的处理后进行阈值比较，当超过阈值则产生“局部脱扣”信号，每个子系统的“局部脱扣”信号又分配给其他3个保护逻辑通道的对应子系统。每个保护逻辑通道用来自其他3个保护逻辑通道和自身的局部脱扣信号执行紧急停堆功能，由于每个保护逻辑通道都有两个不同的停堆功能子系统，因此两个子系统的停堆输出通过硬接线的逻辑“或”连接，然后再输出给停堆断路器。
总共有8个停堆断路器，它们以四取二的方式连接，每个保护通道控制一队停堆断路器。
以福清1-4号机组为例，LNA/B/C/D分别给反应堆紧急停堆系统4个保护通道供电，如果其中一个保护组失去电源，则这个保护组控制的一对停堆断路器失压线圈就会断开。
故障分析
执行试验期间，根据规程步骤断开LNA刀闸后，发现RPB200JA、RPB201JA断路器意外断开，根据规程，在LNA失电后应该只有本通道的断路器（RPA100JA、RPA101JA）由于失压线圈断电而跳开，且RPB200JA、RPB201JA为跨列跨通道分闸，非RPR逻辑及保护功能预期动作，故为意外故障分闸。
为查找分闸原因，经过多次间隔断开LNA电源，发现LNA失电有一定几率引起RPB100JA、RPB101JA、RPB200JA、RPB201JA分闸；在LNA恢复供电后，RPN机柜执行处理器复位操作时也有一定几率发生跨通道分闸；在后续执行的LNB失电试验中，也引起了RPA200JA、RPA201JA得跨通道分闸；执行LNC、LND失电试验时未发现该现象。
根据RPR软件逻辑功能，如果触发通道中的断路器打开逻辑，会产生相应KA报警在KIC显示，但在执行断电试验及出现意外分闸的情况下，试验执行人员并未在主控监控到相应报警出现。故我们分析认为分闸并未通过逻辑触发到达下游，有可能是失电工况影响或干扰了部分机柜的卡键或网络通讯，导致分闸命令意外产生。但经分析，非失电通道的分闸命令处理机架由独立220V交流电源供电，经确认LNA失电不会影响其他通道的220V交流供电。发出分闸命令的远程机架由LNG和LNE、LNP和LNH供电，LNA失电后不会对列机柜供电产生影响，故排除电气影响。
为排除因失电影响分闸反馈信号造成出现假报警的情况，我们再次执行断电试验并在RTB房间监测RTB分闸状态，当SVDU产生分闸反馈后就地确实监测到了RTB分闸动作，说明RTB动作及反馈均为真实反馈。
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根据试验时RPN复位过程中出现过意外分闸现象，推测问题可能出在RPN机柜上的可能性较大，且只有LNA、LNB失电情况下出现意外分闸，而IP、IIP中存在源量程和中间量程的二取一逻辑，二取一逻辑相较于四个通道都存在的四取二逻辑误动可能性更高。假设TRIP信号先送至KCS机柜，FAULT信号在其后送至，该条件下就有可能触发短暂的分闸脉冲，当然是否触发要根据KCS的扫描周期与RPN的这两个信号触发时间来决定。KCS CHANNEL 机架的扫描时间为26ms-30ms之间，如果在一个扫描周期内监测到TRIP和FAULT的变化，对于控制器来说这两个信号是没有时间差的，如果在一个周期内监测到TRIP信号变化，但FAULT信号在2.4ms后产生，且正好被下一个周期所监测到，这样就造成了控制器在第一轮扫描周期内监测到TRIP产生而FAULT信号尚未变化，故触发分闸信号，第二轮扫描周期中监测到FAULT信号后复位TRIP信号，即造成KCS发出分闸脉冲。
试验验证
为验证以上猜想，我们制定了如下试验方法：
在KCS机柜侧分别将RPN IP柜送至KCS IP、IIP SUB1中的源量程TRIP信号和FAULT信号作为输入端接入录波仪，同时取IP、IIP SUB1的分闸命令信号作为输出接入录波仪，从而可监测到TRIP信号和FAULT信号送至KCS的先后顺序，同时可验证下游分闸是否与该情况有关。为避免频繁断电试验对KCS机柜和RPN等下游机柜的影响，我们采取只断RPN 源量程卡件上电源的方法，由于源量程使用单独处理器和继电器，故该最小试验平台可满足验证需求。通过前后二十次断卡件电源，统计出源量程的FAULT信号始终先于TRIP信号送出，平均时间差为2.4ms，该现象也未产生意外分闸，故本次试验未验证出预期结论。
同理，我们采用通样的方法验证中间量程的卡件，取IP柜送至IP、IIP SUB2中的中间量程TRIP信号和FAULT信号作为输入端接入录波仪，同时取IP、IIP SUB2的分闸命令信号作为输出接入。在第一次断开RPN IP中间量程电源后即出现了RPB100JA、RPB101JA意外分闸，且TRIP信号确实先于FAULT信号送出，与预期结论相符，通过前后20次断电验证，共出现三次意外分闸，且所有记录中TRIP信号都快于FAULT信号送出，故可认定信号的出现顺序为该继电器固有属性。我们将中间量程的TRIP和FAULT的继电器互换后，TRIP信号始终慢于FAULT信号送出，且再未出现分闸现象，与预先分析一致。
改进措施
一．在1E软件中增加RPN中间量程和源量程TRIP信号的延时功能，在接收到TRIP信号后延迟300ms（经测试继电器时间差为240ms左右），在断电工况下可在收到FAULT信号后对逻辑块进行降级，从而实现屏蔽TRIP信号的功能，但这样明显会增加停堆响应时间，不符合偏安全的保护原则。
二．定期测试RPN中间量程与源量程继电器所有继电器属性，验证卡件失电情况下TRIP与FAULT信号产生的顺序，对于TRIP信号快于FAULT信号产生的继电器进行更换。
综合比较，决定采取第二种方案，对所有继电器进行属性测试，并对不满足要求的继电器进行更换并在更换后再次进行测试。同时在后续的COC失电试验中对该方案再次进行验证，且再未出现过跨列分闸现象，再次验证了前述分析及改进措施的正确性。
结论
通过采取各项措施，之后机组的调试试验没有再出现断路器意外分闸的情况，验证了前述分析及改进措施的正确性。但是鉴于源量程和中间量程2个仪表通道的设计，没有从根本上杜绝此类情况的发生。在之后的华龙一号机组的设计中，就首次将源量程和中间量程的通道数量增加到了4个，从根本上杜绝了此现象的发生，从而增加了反应堆保护系统的可靠性。
参考文献：
[1]福清1，2号核电厂反应堆保护系统手册
[2]RPS SYSTEM REQUIREMENT SPECIFICATION
论文作者:张帅,常向阳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：信号论文; 量程论文; 断路器论文; 通道论文; 逻辑论文; 反应堆论文; 意外论文; 《电力设备》2018年第35期论文;