乏燃料卸料過(guò)程中DCCY 故障的風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策

丁鉀沨

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

中核運(yùn)行三廠作為CANDU-6 型重水堆機(jī)組，采用電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Digital Control Computer，DCC）進(jìn)行控制，為了保證控制的可靠性和安全性，DCC 采用雙機(jī)控制模式，即DCCX 和DCCY。雙機(jī)的硬件配制和功能基本相同，運(yùn)行基本相同的控制程序（燃料操作系統(tǒng)僅由DCCY 控制），均能獨(dú)立完成對(duì)整個(gè)機(jī)組的控制。

CANDU-6 型重水堆不停堆換料是由燃料操作系統(tǒng)來(lái)完成的，整個(gè)換料過(guò)程是由若干個(gè)計(jì)算機(jī)工作（JOB）和許多程序（SEQ）組成，程序中每一個(gè)指令的執(zhí)行，是通過(guò)DCCY 輸入或輸出來(lái)控制的。燃料操作系統(tǒng)用來(lái)控制設(shè)備動(dòng)作和顯示設(shè)備狀態(tài)的數(shù)字輸入信號(hào)D/I 有586 個(gè)，數(shù)字輸出信號(hào)D/O 有349 個(gè)，模擬輸入信號(hào)A/I 有170 個(gè)，所有的D/I、D/O、A/I 都是為了完成不停堆換料任務(wù)，因此DCCY 是換料過(guò)程中重要的控制設(shè)備。

1 乏燃料卸料過(guò)程中DCCY 故障的風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 乏燃料卸料過(guò)程描述

乏燃料卸料操作是不停堆換料過(guò)程中的重要組成部分，乏燃料卸料通過(guò)DCCY 進(jìn)行控制，主要過(guò)程是：下游裝卸料機(jī)裝有8 根乏燃料抱卡到乏燃料通道，降低裝卸料機(jī)料倉(cāng)液位到堰壩液位，打開(kāi)乏燃料通道內(nèi)、外球閥，轉(zhuǎn)動(dòng)裝卸料機(jī)料倉(cāng)，利用C桿前進(jìn)指令將乏燃料推到升降斗上，通過(guò)下降升降斗將乏燃料運(yùn)輸至水下小車，所有乏燃料入水后，完成乏燃料卸料程序。

1.2 DCCY 故障現(xiàn)象描述

作為全廠控制的核心，DCC 系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，燃料操作系統(tǒng)僅由DCCY 控制，沒(méi)有備用計(jì)算機(jī)，所以DCCY 系統(tǒng)對(duì)乏燃料卸料操作非常關(guān)鍵。

DCCY 故障有兩種主要模式：計(jì)算機(jī)重啟和計(jì)算機(jī)停止。這兩種故障形式都將對(duì)燃料操作系統(tǒng)的乏燃料卸料操作產(chǎn)生影響，同時(shí)影響到乏燃料的冷卻，導(dǎo)致乏燃料發(fā)生物理變形或破損，因此需要采取應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)。

1.2.1 計(jì)算機(jī)DCCY 重啟模式的現(xiàn)象

（1）與DCCY 相連的兩側(cè)換料盤(pán)臺(tái)CRT 顯示器黑屏，可以通過(guò)功能鍵盤(pán)按鈕恢復(fù)。

（2）燃料操作系統(tǒng)功能鍵盤(pán)的“STOP”燈亮。

（3）所有輸出到燃料操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)D/O 失效斷開(kāi)，所有驅(qū)動(dòng)設(shè)備將停止動(dòng)作。

（4）通過(guò)電站報(bào)警系統(tǒng)警示主控室操作員計(jì)算機(jī)已重啟。

1.2.2 計(jì)算機(jī)DCCY 停止模式的現(xiàn)象

（1）CRT 顯示將不會(huì)更新。如果計(jì)算機(jī)在停止后立即重啟，CRT 將要黑屏并且無(wú)法恢復(fù)，直至計(jì)算機(jī)重新啟動(dòng)。

（2）燃料操作系統(tǒng)功能鍵盤(pán)的燈全部熄滅。

（3）所有輸出到燃料操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)D/O 失效斷開(kāi)，所有驅(qū)動(dòng)設(shè)備將停止動(dòng)作。

（4）通過(guò)電站報(bào)警系統(tǒng)警示主控室操作員計(jì)算機(jī)已停止運(yùn)行。

在計(jì)算機(jī)重啟之前無(wú)法執(zhí)行任何半自動(dòng)或自動(dòng)操作，必須通過(guò)手動(dòng)模式完成所有應(yīng)急操作，CRT 的顯示直到計(jì)算機(jī)重啟后才可用，所以換料操作員必須借助盤(pán)臺(tái)指示燈和讀數(shù)，來(lái)確定燃料操作系統(tǒng)的狀態(tài)。

1.2.3 計(jì)算機(jī)DCCY 故障主控室盤(pán)臺(tái)報(bào)警相關(guān)信息

當(dāng)DCCY 出現(xiàn)故障時(shí)，主控室會(huì)出現(xiàn)窗報(bào)和CRT 報(bào)警指示。主控室操作員根據(jù)報(bào)警響應(yīng)規(guī)程，識(shí)別DCCY 出現(xiàn)的是DCCY重啟報(bào)警，還是DCCY 停止報(bào)警，并及時(shí)通知換料操作員。

1.3 DCCY 故障后對(duì)乏燃料卸料操作的影響

總結(jié)兩種計(jì)算機(jī)故障模式，發(fā)現(xiàn)乏燃料卸載時(shí)DCCY 故障導(dǎo)致所有D/O 因失效而斷開(kāi)，所有驅(qū)動(dòng)設(shè)備停止動(dòng)作，主要將影響以下4 個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)：①裝卸料機(jī)料倉(cāng)壓力設(shè)定點(diǎn)丟失，料倉(cāng)回流管線壓力控制閥PCV1 在自動(dòng)控制模式下閥門(mén)將會(huì)全開(kāi)；②重水供給系統(tǒng)重水泵保持運(yùn)行；③油系統(tǒng)的主油泵和增壓泵停運(yùn)；④所有D/O 失效斷開(kāi)，所有驅(qū)動(dòng)設(shè)備將停止動(dòng)作。

1.4 DCCY 故障對(duì)乏燃料失去冷卻的風(fēng)險(xiǎn)分析

通過(guò)DCCY 故障后對(duì)乏燃料卸料操作的影響分析發(fā)現(xiàn)，在乏燃料卸料過(guò)程中，如果DCCY 故障很容易使乏燃料喪失冷卻。參照?qǐng)D1，根據(jù)乏燃料不同的冷卻工況從3 種情況進(jìn)行分析。

圖1 乏燃料冷卻流量示意

1.4.1 第一種情況：裝卸料機(jī)料倉(cāng)處于滿液位，靠裝卸料機(jī)內(nèi)的循環(huán)重水冷卻乏燃料

燃料操作系統(tǒng)的重水來(lái)源于主熱傳輸系統(tǒng)重水儲(chǔ)存箱TK1，通過(guò)重水供應(yīng)泵P1/P2 供給裝卸料機(jī)重水控制系統(tǒng)，最后重水通過(guò)料倉(cāng)回流管線隔離閥MV31 和MV32 回到重水泵入口形成循環(huán)，回流管線的熱交換器HX2 作為系統(tǒng)中的熱阱，帶走乏燃料衰變熱。

如果此時(shí)DCCY 故障，料倉(cāng)壓力設(shè)定點(diǎn)將會(huì)失去，料倉(cāng)回流管線壓力控制閥PCV1 在自動(dòng)控制下4 s 內(nèi)達(dá)到全開(kāi)，料倉(cāng)壓力上升至重水供給壓力；同時(shí)D/O 失效斷開(kāi)導(dǎo)致油系統(tǒng)的主油泵和增壓泵立即停運(yùn)，但料倉(cāng)回流管線隔離閥MV31 和MV32 在10 s 后才會(huì)關(guān)閉，料倉(cāng)回流管線隔離閥MV31 和MV32 關(guān)閉后，料倉(cāng)回流流量才下降為零，料倉(cāng)回流管線被切斷，料倉(cāng)內(nèi)的乏燃料失去冷卻。

如料倉(cāng)內(nèi)的乏燃料失去冷卻，料倉(cāng)溫度將會(huì)升高，8 min 內(nèi)將55 ℃上升到90 ℃。此時(shí)若不能及時(shí)恢復(fù)油系統(tǒng)，需要密切監(jiān)視料倉(cāng)溫度，如果料倉(cāng)溫度超過(guò)90 ℃則將重水供給壓力升到高壓，通過(guò)料倉(cāng)壓力釋放閥RV1/RV2 釋放重水來(lái)冷卻乏燃料，待料倉(cāng)溫度降低到60 ℃以下后，再將裝卸料機(jī)重水供給壓力設(shè)為低壓。因此，DCCY 故障導(dǎo)致油泵停運(yùn)后，應(yīng)第一時(shí)間手動(dòng)啟動(dòng)油泵，并關(guān)注料倉(cāng)溫度，如果超過(guò)90 ℃，將通過(guò)重水外溢形成開(kāi)式循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)乏燃料的冷卻。

1.4.2 第二種情況：裝卸料機(jī)處于堰壩液位，料倉(cāng)轉(zhuǎn)動(dòng)已有乏燃料轉(zhuǎn)出水面或部分轉(zhuǎn)出水面，推桿沒(méi)有前進(jìn)

此種情況會(huì)出現(xiàn)乏燃料部分暴露在空氣中，正常卸料期間認(rèn)為短暫的暴露在空氣中是安全的，同時(shí)根據(jù)卸料的過(guò)程進(jìn)行，可能其它料倉(cāng)管的乏燃料也會(huì)有部分漏出水面的情況，如果此時(shí)DCCY 故障，程序?qū)?huì)中斷，料倉(cāng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，回流流量不會(huì)失去，堰壩液位以下的乏燃料不會(huì)失去冷卻，暴露在空氣中的乏燃料會(huì)失去冷卻，長(zhǎng)時(shí)間的失去冷卻，會(huì)導(dǎo)致乏燃料的包殼破損，使放射性物質(zhì)泄漏到空氣中，造成廠房應(yīng)急甚至更嚴(yán)重的事件，因此需要換料操作員必須采取及時(shí)有效的措施，使乏燃料棒束得到充分的冷卻，避免事態(tài)的進(jìn)一步惡化。根據(jù)該情況分析，換料操作員應(yīng)第一時(shí)間手動(dòng)恢復(fù)油系統(tǒng)，將料倉(cāng)管轉(zhuǎn)到H 管，使所有料倉(cāng)管的乏燃料都處于安全狀態(tài)。

1.4.3 第三種情況：裝卸料機(jī)處于堰壩液位，C 桿前進(jìn)推動(dòng)乏燃料到升降斗，直至升降斗下降至乏燃料接收池

該過(guò)程大約為2 min，乏燃料隨著升降斗進(jìn)入接收池，重新建立冷卻，如果此時(shí)DCCY 故障，自動(dòng)程序中斷，料倉(cāng)重水循環(huán)流量不會(huì)失去，堰壩液位以下的乏燃料不會(huì)失去冷卻，暴露在空氣中的乏燃料停止動(dòng)作，失去冷卻，與第二種情況失去冷卻的后果一樣。因此，換料操作員首先應(yīng)查看乏燃料棒束位置，手動(dòng)動(dòng)作C 桿，將乏燃料傳輸至升降斗，手動(dòng)提升乏燃料棒束擋塊，手動(dòng)釋放升降斗剎車傳輸至水面以下，使乏燃料得到充分的冷卻，避免事態(tài)的進(jìn)一步惡化。

2 乏燃料卸料過(guò)程中DCCY 故障的響應(yīng)對(duì)策

根據(jù)乏燃料卸料過(guò)程不同的冷卻方式，分為三種狀態(tài)制定了響應(yīng)對(duì)策，任何一種響應(yīng)對(duì)策首先要保證乏燃料的冷卻，采取的響應(yīng)措施應(yīng)該是使乏燃料最安全最快速恢復(fù)冷卻的辦法。由于DCCY 故障后只能進(jìn)行手動(dòng)操作，建議乏燃料恢復(fù)冷卻后，不再進(jìn)行其他手動(dòng)操作，等待DCCY 恢復(fù)正常，后續(xù)操作執(zhí)行自動(dòng)指令，從而降低人因失誤概率。

在執(zhí)行應(yīng)急響應(yīng)程序時(shí)，注意控制時(shí)間，因?yàn)楦鶕?jù)乏燃料暴露在空氣中1 h 后的分析結(jié)果顯示，乏燃料在空氣中10 min，乏燃料應(yīng)急冷卻就應(yīng)投入運(yùn)行，大約20 min 后其物理尺寸將會(huì)發(fā)生變化從而導(dǎo)致該棒束在卸出時(shí)發(fā)生困難。

2.1 料倉(cāng)處于PARK 壓力狀態(tài)的響應(yīng)對(duì)策

2.1.1 計(jì)算機(jī)DCCY 故障后燃料操作系統(tǒng)狀態(tài)

料倉(cāng)處于滿液位狀態(tài)，回流管線隔離閥MV31 和MV32 將在油系統(tǒng)停運(yùn)后大約10 s 關(guān)閉，回流管線切斷，乏燃料失去冷卻。

2.1.2 響應(yīng)操作步驟

響應(yīng)操作步驟見(jiàn)表1。

表1 料倉(cāng)處于PARK 壓力狀態(tài)的響應(yīng)操作步驟

2.2 料倉(cāng)處于堰壩液位乏燃料在料倉(cāng)中的響應(yīng)對(duì)策

2.2.1 計(jì)算機(jī)DCCY 故障后燃料操作系統(tǒng)狀態(tài)

料倉(cāng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，推桿沒(méi)有前進(jìn)，乏燃料部分或全部轉(zhuǎn)出水面，乏燃料暴露在空氣中失去冷卻。

2.2.2 響應(yīng)操作步驟

響應(yīng)操作步驟見(jiàn)表2。

表2 料倉(cāng)處于堰壩液位乏燃料在料倉(cāng)中的的響應(yīng)操作步驟

2.3 料倉(cāng)處于堰壩液位乏燃料已經(jīng)動(dòng)作的響應(yīng)對(duì)策

2.3.1 計(jì)算機(jī)DCCY 故障后燃料操作系統(tǒng)狀態(tài)

乏燃料通道內(nèi)球閥MV6 和外球閥MV5 打開(kāi)，料倉(cāng)處于堰壩液位，C 桿推動(dòng)乏燃料，向升降斗上前進(jìn)，DCCY 故障，C 桿將停止前進(jìn)，使乏燃料暴露在空氣中失去冷卻。

2.3.2 響應(yīng)操作步驟

響應(yīng)操作步驟見(jiàn)表3。

表3 料倉(cāng)處于堰壩液位乏燃料已經(jīng)動(dòng)作的響應(yīng)操作步驟

根據(jù)圖2 所示，C 桿與乏燃料通道外球閥的位置大致分為3 種，如果此時(shí)無(wú)法通過(guò)手動(dòng)操作傳輸乏燃料，為了保證乏燃料的冷卻，將按照C 桿的位置進(jìn)行相應(yīng)的操作：

圖2 C 桿與乏燃料通道外球閥的位置參數(shù)

（1）第一種位置情況：第一根棒束前端面不在外球閥下面，C 桿停在1953 mm 之前，執(zhí)行表2 操作步驟，關(guān)閉外球閥MV5，升料倉(cāng)液位，建立重水冷卻回流流量。

（2）第二種位置情況：乏燃料在外球閥下面，C 桿停在1953～3248 mm，此時(shí)外球閥無(wú)法關(guān)閉，則執(zhí)行表4 操作通過(guò)輕水冷卻乏燃料。

表4 C 桿位于第二種位置情況的響應(yīng)操作步驟

（3）第三種位置情況：C 桿停在3248～3294 mm，此時(shí)燃料棒束不在外球閥下面并且也沒(méi)有在水下，執(zhí)行表5 操作步驟。

表5 C 桿位于第三種位置情況的響應(yīng)操作步驟

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述分析，乏燃料在卸料過(guò)程中，計(jì)算機(jī)DCCY 故障時(shí)乏燃料會(huì)出現(xiàn)3 種失去冷卻的情況，發(fā)生DCCY 故障后換料操作員首先應(yīng)分析燃料操作系統(tǒng)所處狀態(tài)，嚴(yán)格按照響應(yīng)步驟執(zhí)行，以確保乏燃料得到充分的冷卻，并最大限度減少重水損失。