嶺澳一期RIC系統控制和通信原理研究與應用

袁德爭

【摘要】 嶺澳一期堆芯中子通量測量系統（RIC）的RIC002AR分配柜內控制板和繼電器板件圖紙等相關資料的缺失，使得維修人員很難從設計角度分析中子通量測量系統設備的相關故障。在分析RIC中子通量測量系統的基本控制原理的基礎上，對RIC002AR的控制板及繼電器板件進行了研究，使維修人員掌握了中子通量設備的控制與通信原理，并了解計算機指令執行的過程。研究成果可應用于中子通量測量系統相關設備的故障分析與處理中。

【關鍵詞】 堆芯測量系統 中子通量測量 控制 故障分析

前言

嶺澳一期堆芯中子通量測量系統（RIC）使用了AREVA第二代中子通量測量技術。目前，世界上僅有8臺機組使用這套設備，在中國有4臺機組（嶺澳一期、秦山二期核電站）。由于缺乏RIC002AR分配柜內的控制板和繼電器板的圖紙，導致維修人員不能掌握中子通量測量系統內部控制與通信的原理，無法從設計角度快速準確分析和定位中子通量測量系統故障。因此，開展RIC002AR分配柜的控制與通信原理研究是很有必要的。通過繪制控制與通信板件的電路圖，對相關的控制與通信原理進行了研究。研究成果已經應用到了嶺澳一期RIC中子通量測量系統相關設備故障的分析與處理中。這些研究成果同樣也可以應用于秦山二期核電站相關設備故障分析中。

一、堆芯中子測量系統

嶺澳一期堆芯中子通量測量系統（RIC）包括控制監測柜、分配柜和測量通道設備等組成。堆芯儀表間的驅動裝置和組選擇器、路選擇器構成的機電設備驅動中子探頭進行中子通量測量。堆芯儀表間外的RIC002AR分配柜實現控制設備與機電設備間的接口控制。RIC001AR控制監測柜通過計算機控制中子探頭到達不同的堆芯指套管通道，從而實現50個堆芯通道的中子通量測量，采集的中子通量數據存儲在計算機上，用于后續的中子通量圖數據處理。圖1為嶺澳一期堆芯中子通量測量系統的基本控制原理圖。

RIC001AR控制監測柜的管理計算機將控制信號以數據包的形式通過8路串口卡發送給控制器抽屜，這些控制信號包括：前進、后退、高速、低速、組選擇器轉動、路選擇器通道及相應電動閥門控制、泄漏監測等。控制器抽屜將接收到的串行數據通過TOR板（開關量信號板）發送給RIC002AR分配柜內的控制板CN7接口處理模塊，該過程采用RS422通訊協議。操縱員也可以采用手動控制方式，直接控制中子探頭送回存儲通道或者緊急停止，這種方式依靠控制器抽屜面板上的BACKMOTION與STOP按鈕來實現，這兩個按鈕通過硬接線方式直接與RIC002AR內的控制板相連，不需要通過管理計算機發送命令。

控制板將控制命令的數字量信號轉換為驅動繼電器板上的小型繼電器的控制信號。繼電器板再通過小型繼電器將控制命令傳送到前端的RIC機電設備上。中子探頭的驅動控制與選擇器、電動閥、泄漏探頭等設備的控制原理是不同的。對于中子探頭的驅動控制來說，還需要再通過8個接觸器才能實現對380VAC雙速驅動電機和48VDC繞線盤馬達的控制。其他設備依靠繼電器板件上的雙線圈自保持型繼電器來控制。這主要是由380VAC雙速驅動電機的三相供電線路電流特性決定的，當電機轉動時，在電機線圈中存在較高電流，而較高的電流是不能通過板件電路上的小型繼電器的。

二、RIC002AR機柜控制與通信原理研究

2.1 控制板與繼電器板工作原理（此章節補充繼電器板和控制板的電路圖）

圖2為控制板和繼電器板簡圖，圖中標示了板件與RIC機電設備的連接情況。控制板主要用于建立與控制監測柜RIC001AR間的通訊，并將來自于RIC001AR控制監測柜的控制命令傳遞到繼電器板；繼電器板主要用于建立RIC機電設備與控制板間的接口。另外，當某個中子探頭不可用時，需要使用救援模式，救援模式就是利用控制板來實現的，控制板可以救援其他中子探頭，也可以被其他中子探頭救援。圖2中的CN10接口負責將控制命令實時傳輸到繼電器板，進而起到控制RIC機電設備的作用；圖2中的CN14接口負責將前端的RIC機電設備狀態實時反饋給管理計算機。

在上述的中子通量設備控制原理的基礎上，進一步對RIC002AR機柜的板件進行研究。通過將板件電路圖與前端所有RIC機電設備的接線圖結合起來分析，可以確定出繼電器板件上的75個小型繼電器的具體功能，可以分析出控制板對繼電器板寫入的控制命令信息和讀取的機電設備狀態信息。這些小型繼電器主要包括24個12VDC雙線圈自保持型繼電器和51個48VDC普通的繼電器。

雙線圈自保持型繼電器的控制作用主要包括：中子探頭的驅動控制（高速、低速、前進、后退）、指套管/密封段泄漏監視、組選擇器轉動控制、路選擇器通道及相應電動閥門控制、48VDC控制供電、泄漏測試、熱敏復位等。通過研究這些小型繼電器的作用，發現10通道路選擇器任意通道的接線均與同一個通道的電動閥門接線相連，說明兩者是由同一個繼電器進行控制的，10個通道對應10個雙線圈自保持型繼電器，也就是說，管理計算機軟件發出選擇1#通道的指令，1#電動閥門打開，同時路選擇器便會選擇1#通道。

48VDC繼電器的功能是將前端機電設備的狀態反饋給控制板。這些機電設備的狀態主要包括：中子探頭處于1010初始位置狀態、中子探頭到達存儲通道末端位置狀態、中子探頭運動狀態、組選擇器轉動到位狀態、路選擇器轉動到位狀態、電動閥關閉狀態、某個通道閥開狀態、指套管/密封段泄漏狀態、第一個安全開關動作狀態、380VAC供電在線狀態、48VDC控制供電在線狀態、高/低速度超時狀態、002AR機柜溫度開關動作狀態、驅動單元熱敏繼電器動作狀態。當現場設備內微動開關動作或者泄漏探頭導通后，繼電器板內部的相應48VDC繼電器將會勵磁，同時該狀態指示燈被點亮，然后，狀態信息將轉換為CN14接口中不同端子間的導通，更新后的設備狀態信息以數字量的形式保存到控制板內相應的芯片上。控制板再讀取芯片內數據，通過RS422串行通信協議將數據包發送給RIC001AR控制器抽屜的TOR板，點亮TOR板件的前面板狀態指示燈，最終數據包通過8路串口板傳回給管理計算機，管理計算機再在中子通量圖軟件中顯示出當前機電設備的狀態。

2.2 繼電器板CN10接口

見圖2，CN10接口是控制板用來將控制命令寫入繼電器板的接口。該接口插線排共有15個針腳，11#到15#針腳為雙線圈自保持型繼電器的置位線圈和復位線圈提供12VDC正電；1#到10#針腳為兩個線圈的負端提供0V控制信號，其中1#、3#、5#、7#、9#針腳是置位線圈的負端，2#、4#、6#、8#、10#針腳是復位線圈的負端。當系統初始化通過后，這22個繼電器置位線圈和復位線圈的正端同時帶上12VDC電，當管理計算機發出控制命令后，CN10接口利用1#到10#針腳將0V控制信號引入某個繼電器的置位線圈或者復位線圈的負端，從而實現某個具體的控制功能，控制命令信息見表1。例如，如果管理計算機發出控制中子探頭高速前進的命令，則控制命令0V信號將引入CN10的9#針腳和3#針腳。

2.3 繼電器板CN14接口

見圖2，CN14接口是控制板用來從繼電器板讀取RIC機電設備狀態的接口，該接口插線排共有13個針腳。利用不同端子間的導通表示不同RIC機電設備狀態信號的輸入，利用9#到13#針腳與1#到8#針腳間的導通組成RIC機電設備的狀態表。機電設備的狀態信息見表2。例如，CN14的9#針腳與4#針腳的導通表示6#電動閥關閉狀態信息。

2.4 繼電器板上的狀態指示燈

將繼電器板件上所有的小型繼電器作用研究清楚后，確定出了板件上63個狀態指示燈的用途，這63個指示燈直接指示現場所有前端機電設備的狀態及中子探頭的運動狀態。在處理中子探頭卡澀相關故障時，維修人員需要控制故障的中子探頭到達指定的位置，比較常用的操作包括表3中的三大類，根據中子探頭的運動狀態及組選擇器選擇通道的不同（正常通道“N”、救援通道“E”、存儲通道“P”、參考通道“R”），可以進一步對類型進行細分。確定出每種細分類型對應的一組指示燈組合。所以，在故障處理過程中，當計算機房間RIC001AR控制監測機柜發出控制命令時，通過觀察核島外環廊RIC002AR分配柜內繼電器板上的狀態指示燈的點亮情況，與表3進行比對，找出異同點后進行下一步的故障點排查。

三、研究成果在嶺澳一期的應用

根據對繼電器板、控制板控制機理的研究成果（主要包括中子探頭控制原理、選擇器控制原理、狀態指示燈作用、泄漏監視原理、板件CN接口針腳作用），對嶺澳一期RIC中子通量測量系統發生的中子探頭卡澀、拒動等現場疑難故障分析提供了依據，使得維修人員可以在核島內外環廊RIC002AR分配柜處定位故障點，無需直接進入輻射風險極高的RIC房間，提高了故障診斷效率。表4為自2011年以來通過以上研究成果處理嶺澳一期RIC中子通量系統設備故障的統計表。

四、結束語

在缺乏嶺澳一期RIC002AR分配柜內板件圖紙資料的情況下，通過繪制板件內部電路圖并開展板件控制與通信原理的研究，使維修人員掌握了嶺澳一期RIC中子通量設備的控制原理與過程，提高了維修人員處理中子探頭卡澀、拒動故障和其它RIC機電設備故障的能力，有助于日常或者大修再鑒定期間出現故障的快速分析與處理。研究成果已多次成功應用到了嶺澳一期RIC中子通量測量系統的故障處理中，并適用于秦山二期核電站相關設備的故障分析。

參 考 文 獻

[1]嶺澳一期核電站RIC系統手冊[內部資料].

[2]繪制的RIC控制板電路圖[內部資料].

[3]繪制的RIC繼電器板件電路圖[內部資料].