反應堆控制棒偶發棒位報警與測量精度的關聯分析

羅紅波 羅建峰

【摘 要】反應堆棒控系統（RGL）是核電站的重要組成部分，是反應堆的一個關鍵控制技術，系統復雜，可靠性要求高。論文主要分析RGL棒位測量誤差形成原因，總結棒位傳感器的設計特點與缺陷，提高棒控穩定性。

【關鍵詞】RGL棒控系統;EA機柜;測量精度;棒位報警

【Keywords】 RGL rod control system; EA cabinet; measurement accuracy; rod position alarm

【中圖分類號】TM933? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）12-0164-02

1 RGL棒位測量系統簡介

棒位系統接收位于反應堆壓力容器的位置傳感器信號，通過譯碼產生每個棒束組件的實際測量棒位。

棒位測量系統包括以下幾個部分：RPI測量探頭;測量信號處理柜;棒位顯示柜;邏輯控制柜。

棒位測量及信號處理部分由MCP10、MCP22、SU組成。MCP10是測量線圈的電源模塊，直接給CPB10棒位探頭的初級線圈和輔助線圈供電。MCP22主要接受來自次級線圈的感應電壓，處理后生成五位棒位GRAY碼，并將GRAY碼信息送入0米的SU進行信號處理。下圖為信號處理之間的關系。

將棒位信號解碼處理，

判斷棒位是否失步]

2 影響棒位傳感器測量精度的原因分析

2.1 傳感器自身缺陷

棒位傳感器制造安裝的非線性，包括加工工藝，選材以及線圈繞制精度，探頭和驅動桿現場安裝誤差，運行溫度條件等使其內在特性發生改變，都最終會直接影響探頭測量精度。

2.2 線圈之間存在的相互影響

輔助線圈和A線圈的繞制方法，會影響棒位測量。首先，輔助線圈比照測量線圈制作，作為一個基準線圈，當它的感應電壓保持不變時，測量線圈電壓也會保持不變，這樣設置的閾值才相對有效。但實際工作過程中，棒位提升過程中，主電流會逐漸變大，使輔助線圈感應電壓也偏離原來電壓值，反過來影響二次線圈。其次，A線圈繞制的距離最近，這樣做是為了抵消驅動桿的磁滯特性，但這種做法在驅動桿在不同的工作點，應該上提的具體距離是有差別的，一旦選擇制造錯誤，無疑會造成傳感器本身的非線性。

2.3 棒控動力線圈的影響

控制棒靜止時SG線圈通半電流4.7A以抓住棒停在某一位置，半電流為直流電源，產生恒定磁場，保持磁軛線圈離棒位傳感器最下方的輔助線圈距離比較遠，不會影響棒位測量線圈電壓。然而在動棒時，動力線圈不斷通電斷電，這樣便會形成變化的磁通，其中一部分會穿過棒位線圈，產生干擾信號。

試驗表明，二次線圈A/B/C/D/E會不同程度地受棒控動力線圈影響，但是各個測量線圈與動力線圈相對位置各有不同，干擾信號的影響不盡相同，AB碼線圈影響比較大，這

種非線性使某些測量棒位偏差較大，動棒時觸發棒位故障報警。

2.4 測量原理的影響

通過分析探測器磁通的分布及大小，我們得知磁場強度設置在10.62A/cm，選在該種磁物質的不飽和段，其特點是B隨H變化很快，且B隨H的變化是非線性的。缺點是工作點選在不飽和段，其磁化過程具有不可逆性，即B上升和下降不是沿著相同的曲線，下降的曲線會高于上升的曲線。這個工作點設置的特點造成探測器感應電壓的非線性，所以需在MCP22中設置回差電路來抵消這個誤差。

2.5 實現測量電路的影響

棒位傳感器設計制作完成現場安裝后，工作點已設定好，為保持傳感器中磁場恒定，我們通過輔助線圈來設置一個閉環控制回路，磁場穩定時，輔助線圈的感應電壓不變，測量線圈A/B/C/D/E的感應電壓也不會改變，當輔助線圈電壓發生改變時，MCP10會據此改變一次電流大小來回補磁場的變化，這樣就可減小由于控制棒位置的變化造成的測量誤差。

3 常見棒位故障報警及處理方法

3.1 常見故障現象

常見故障現象主要體現為單步提插無動棒指令時測量棒位異常翻轉。按照正常的理解，單步提插控制棒或靜止是不會產生失步報警的，除非出現控制棒卡棒的情況。該故障現象的出現，對機組正常運行的棒位判斷形成了一定的困擾，經過不斷地跟蹤和分析，理論上圈定了閃發原因是棒位測量信號存在一定寬度和高度的尖峰。

3.2 故障診斷處理措施

3.2.1 更換棒位格雷碼轉換板MCP22

最初懷疑與MCP22板件的測試按鈕接觸有關。現場在用的MCP22板件多產自1990年左右。測試按鈕屬純機械結構，長時間運行之后由于氧化存在接觸不良的可能。這種接觸不良導致RGL閃發棒位報警已多次出現過，但更換板件之后仍然閃發RGL019AA。因此，由于MCP22板件問題導致RGL019AA閃發的可能性較低。

3.2.2 通過修改棒位穩定時間TEMFIL來消除報警

TEMFIL時間在動態時是棒位信號經濾波后的穩定時間，也稱為棒位響應時間。該時間意義實際上是移動過程中，LT收到指令棒位和得到相應的測量棒位信號的時間差距。從其定義出發和我們所看到的RGL019AA閃發問題關聯并不大，為了排除可能性，在修改過該參數從10秒到15秒，沒有任何影響。

3.2.3 全行程提插控制棒，使用記錄儀記錄并消除故障

提插過程的棒位跳變是由線圈測量通道固有的鼓包現象產生的，通過調整MCP22的A通道切換閾值，可以消除由于鼓包導致的棒位提插時的跳變現象。兩次大修對R棒進行了提插，記錄產生鼓包的棒位，通過調整閾值消除了鼓包現象。

3.2.4 現象分析

首先， 200步的格雷碼為10111， 208步的格雷碼為10110，也就是說棒位指示由200步變化到208步時，A通道應該由1翻轉成0。從205步提到206步時，記錄儀結果顯示A通道測量值已經低于定值近80mV，理論上A應該由1翻轉成0，然而在主控看到的H2的棒位指示其實并沒有翻轉，還停留在200步。這說明雖然測量值已經略低于閾值，但由于A通道的門電路有一定的回差，所以A通道并沒有從1翻轉到0。

其次在插回205步時， 測量曲線出現一個向下的尖峰，幅值并不是很大，約60mV左右。從理論上說，這是由于測量線圈沒有完全消除反電勢的影響造成的。但結合插棒時H2出現跳變這一現象，不難看出正是由于這個尖峰，使A通道的門電路動作，從而使A通道在瞬時從1翻轉到0，棒位指示跳變至208步。而此時棒正是在下插過程中，所以系統會出現移動方向錯誤的報警。向下尖峰消失后，A通道測量值向上變化，A通道又翻轉成0，主控H2棒位指示又回到200步。

4 結論

從探測器自身設計理論和實際應用分析，我們得出結論：

①溫度對輔助線圈感應電壓影響小;

② 控制棒的位置對測量線圈感應電壓影響較大;

③ MCP10控制采用閉環控制可以有效地減小誤差;

④ MCP22閾值和回差設置也很重要，日常期間調節棒位波動消除異常報警意義重大;

⑤提升線圈對測量線圈的干擾很大，必須在電路中減弱到可以接受的水平。

總之，現場安裝使用的傳感器一旦制造完成，采集處理電路設計完成，影響棒位傳感器的各種條件就基本固定了，許多固有因素也無法改變，想要提高測量精度，必須綜合考慮，從設計、選材、制造、安裝、調試等多方面著手，否則，不管哪個方面出現問題都可能造成傳感器測量精度不達標，影響反應堆的正常安全運行，這個結果是大家都不愿見到的。