關于重水堆停冷系統(tǒng)液位變送器日常隔離問題的討論

于 超，王 萌，王仕博，譚繼勇，代濟嶺，陸惠強

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

反應堆長期停運進行必要的檢修時，由于堆芯內(nèi)的裂變反應和衰變熱仍然存在，所以需要一個熱阱將堆芯余熱導出并長期維持主熱傳輸系統(tǒng)處于低溫狀態(tài)（54 ℃）。另外，在檢修蒸發(fā)器一次側或主泵軸封，需要控制主熱傳輸系統(tǒng)的水位至檢修水位，維持燃料冷卻，異常工況下將主熱傳輸系統(tǒng)從熱態(tài)零功率冷卻下來。

1 現(xiàn)狀

中核運行CANDU-6 重水堆機組，在機組停堆大小修進入低水位期間，用于監(jiān)視集管與主泵入口液位的12 臺液位變送器在機組功率運行期間為隔離狀態(tài)，且要求液位指示信號為超量程狀態(tài)，如果出現(xiàn)液位指示恢復正常或液位為超低量程則被認為缺陷。

在大修退出低水位時液位變送器進行隔離，此時系統(tǒng)處于常溫常壓狀態(tài)，隔離后變送器側壓力約200 kPa，隔離閥兩側壓力比較平衡。機組正常運行后，主泵入口與集管壓力9～11 MPa，而此時變送器側壓力仍約200 kPa，液位變送器隔離閥兩側差壓大增，長期運行后造成部分液位變送器因隔離閥滲漏而出現(xiàn)液位指示而形成缺陷。另外，隔離閥長期處于高差壓狀態(tài)可能造成閥芯產(chǎn)生形變而縮短其使用壽命，一旦隔離閥損壞則更換工作將比較艱難。

2 液位變送器的現(xiàn)場設計

以其中一個液位變送器LT-A 為例：其液位變送器LT-A向DCC 輸入AI100 模擬信號，AI100 設置有低報（0.5 m）和高報（1.35 m）兩個報警值。與液位變送器相連的兩個液位開關LS-A#1 和LS-A#2 向觸點掃描儀輸入CI-01 和CI-02 兩個開關報警信號，分別對應集管液位低報和高報。此外，液位變送器LT-A 還向設備間的指示表LI-A 提供輸入信號。

正常運行時，集管滿液位，所有集管和主泵入口U 形管的AI 指示都處于高IRR 狀態(tài)。但是此時停冷旁路電動閥MV-A/B的手柄63341-HS-A/B 在CLOSE 位置，DI-03 為“0”，此時相關的液位高報（CI 報警和AI 報警）均被CAS 和AAS 程序的條件閉鎖功能屏蔽，窗口報警WN8-4“REACTOR INLET HDR LEVEL ABNORMAL”也被硬邏輯屏蔽，因此主控室不會有關于集管液位的任何窗報、CI 和AI 報警（圖1）。

圖1 硬邏輯屏蔽

在大修進入低水位后，根據(jù)程序要求，操縱員聯(lián)系維修人員通過短接繼電器觸點的方式使得DI-03 狀態(tài)為“1”，投運集管液位報警。

3 試驗與結果

為了檢驗正常運行期間能否將集管液位變送器保持與主系統(tǒng)相連的狀態(tài)，對滿功率投入液位變送器進行試驗，投運一號機組投用LT-A/B/C，并觀察對應AI（集管液位A、集管液位B、主泵入口U 形管液位C）指示。

在試驗期間，集管液位LT-A 指示值始終保持高IRR，但集管液位LT-B 和主泵入口U 形管液位LT-C 的波動很頻繁。其中，LT-B 指示最高IRR，最低約0.03 m，波動頻率約8 次/min；LT-C指示最高IRR，最低約0.3 m，波動頻率約1 次/min。

由于集管液位LT-B 大幅波動，其現(xiàn)場的高液位開關頻繁復位并重新動作（設定值1.35 m）、低液位開關偶爾也會動作并很快復位（設定值0.5 m）。隨后，恢復液位變送器至隔離狀態(tài)，相應的AI 指示也恢復高IRR 且穩(wěn)定。

4 正常運行期間投入變送器的潛在影響

4.1 對液位變送器的影響

如果液位變送器LT-A 在正常運行期間投入，則整個運行期間變送器將受到頻繁、大幅度的壓力沖擊，可能影響變送器壽命、導致變送器損壞。

4.2 對液位開關的影響

集管液位高報和低報是由與液位變送器LT-A 相連的液位開關LS-A 發(fā)出，液位高報和低報的開關量輸出通過兩個繼電器。由于高低報頻繁報警、消報，LS-A 相關觸點頻繁閉合和斷開。LS-A#2 在試驗期間，其觸點狀態(tài)在2 min 內(nèi)復位—報警次數(shù)達到10 次，在整個試驗期間該觸點均處于這樣的頻繁閉合和斷開狀態(tài)，直至試驗結束，變送器重新隔離。因此，如果功率運行期間長期保持變送器投入狀態(tài)，則整個運行期間液位開關會這樣頻繁閉合和斷開，進而影響液位開關的壽命。

4.3 對液位指示表的影響

液位變送器LT-A 的信號傳送至主控室設備間盤臺的液位指示表LI-A（量程0～1.5 m），如果LT-A 正常運行期間投入，會導致其指示在正常范圍至滿量程之間高頻率波動，可能會導致指示表損壞。

4.4 對觸點掃描儀和DCC 的影響

LS-A 的開關信號發(fā)送至觸點掃描儀，作為CI-01 和CI-02的報警源。當觸點掃描儀檢測到觸點狀態(tài)改變后，將產(chǎn)生一個DCC中斷并將事件信息記錄到輸出緩沖寄存器。DCC 的中斷處理程序PIE2 讀取這些事件信息并將其記錄至堆棧緩存，同時更新報警狀態(tài)表以確保其與當前的狀態(tài)一致。

正常運行期間，停冷旁路電動閥的手柄在CLOSE 位置，DI-03的狀態(tài)為“0”，CI-01 和CI-02 的報警被條件閉鎖，因此主控不會出現(xiàn)報警。但是該閉鎖功能是由CAS 程序判斷并實現(xiàn)，觸點掃描儀仍會接收現(xiàn)場的開關信號。當現(xiàn)場觸點信號發(fā)生變化時，觸點掃描儀向DCC 發(fā)出中斷、寫入事件記錄到輸出緩沖寄存器等一系列操作仍在執(zhí)行，而DCC 中斷處理程序的一系列記錄數(shù)據(jù)至堆棧、更新報警狀態(tài)表等操作也在進行。如果現(xiàn)場開關量長時間頻繁變化，將加重觸點掃描儀、DCC 程序的負擔。一旦觸點掃描儀和DCC 程序故障，將嚴重影響電廠報警參數(shù)的監(jiān)視，甚至會引發(fā)電廠瞬態(tài)。

4.5 潛在風險和不利影響

根據(jù)試驗可知，在機組正常運行期間解除集管液位變送器的隔離狀態(tài)，將這些變送器投入運行后，變送器的輸出可能大幅、頻繁波動。輸出的波動將使得液位指示表大幅波動、液位開關頻繁動作。正常運行期間，由于停冷旁路電動閥的手柄置于CLOSE 位置，相關液位的CI 和AI 報警通過CAS 的條件閉鎖功能處于閉鎖狀態(tài)，主控室不會出現(xiàn)報警，但由于此波動狀態(tài)在整個功率運行期間將持續(xù)，存在以下3 個潛在風險和不利影響：

（1）液位變送器將長期受到頻繁的壓力沖擊、現(xiàn)場液位開關頻繁動作、設備間液位計大幅波動，可能會加大液位變送器、液位開關和液位計的損耗。

（2）觸點掃描儀也會因為現(xiàn)場觸點狀態(tài)的變化而頻繁發(fā)出中斷、調(diào)用CAS 程序處理。增大觸點掃描儀和DCC 的負荷。

（3）正常運行期間部分操作和試驗會將停冷旁路電動閥的手柄置于“OPEN”位置，如果液位變送器是投入狀態(tài)，在此期間主控將出現(xiàn)頻繁的CRT 報警和窗報，影響運行人員執(zhí)行試驗以及監(jiān)視機組狀態(tài)。

因此，在正常運行期間不建議投入液位變送器。

5 其他處理方案

由以上分析可知，正常運行期間集管和主泵入口管線的液位變送器必須保持隔離狀態(tài)，否則會對設備造成不利影響。但是這將導致變送器隔離閥前后壓差過大、損壞隔離閥，因此需要評估有無其他替代方案。

5.1 液位變送器投入，斷開與液位開關和液位計的連接

在主系統(tǒng)退出低水位后，不再隔離液位變送器，斷開液位變送器至液位開關和液位計的連接，同時將液位開關置于穩(wěn)定狀態(tài)（不報警或常報警），避免對液位開關、觸點掃描儀和DCC 的影響。

該方案的缺點是，雖然液位變送器的輸出已經(jīng)斷開，不會影響液位開關、DCC 和液位指示表，但是變送器本身仍然與系統(tǒng)相連，無法消除工藝值頻繁、大幅度的波動的沖擊和影響。

一臺液位變送器就有多條輸出信號線需要被斷開，對于一個機組12 臺變送器而言，工作量大、工作控制困難（需要通過TMOD 流程），人因失誤概率加大。

5.2 主系統(tǒng)升壓完成后對變送器及其管線充壓

保持現(xiàn)有控制方式，即在主系統(tǒng)退出低水位后，仍然按照OM 要求隔離液位變送器。但是當主系統(tǒng)升至9.89 MPa 后，打開高低壓側隔離閥對各個變送器和所在管線進行逐一充壓，然后再恢復變送器隔離狀態(tài)。恢復隔離狀態(tài)后，主控確認相關AI 指示保持高IRR 并穩(wěn)定。這樣既可以避免指示的頻繁波動，又可以確保儀表隔離閥前后壓力基本一致，避免壓差大導致隔離閥損壞的事件。

該方案的缺點是，液位變送器被隔離后處于帶壓水實體狀態(tài)，如果隔離閥嚴密，則這段水實體的管線壓力受溫度影響密切，一旦溫度上升可能導致壓力迅速升高。采用此方案后，管線內(nèi)殘余的初始壓力比現(xiàn)有方式高。按照現(xiàn)有方式，液位變送器在主系統(tǒng)重力充水使集管液位高IRR 后隔離，如果變送器隔離閥隔離嚴密，在機組升至滿功率后，變送器管線的壓力仍然保持常壓（帶重力壓頭）；但是如果采用充壓的方式，則變送器管線內(nèi)初始壓力在9.89 MPa 以上，管線承壓裕量不足，壓力稍微上升就有可能導致液位變送器損壞（設計壓力2000 psi、約13.8 MPa），甚至連接法蘭泄漏重水。這樣的風險是不能接受的。

5.3 維持現(xiàn)有控制方式，不再發(fā)工作申請

維持現(xiàn)有控制方式，保持變送器正常運行期間與主系統(tǒng)隔離，考慮到隔離閥滲漏可能導致液位讀數(shù)有指示，并不是變送器本體的缺陷，在發(fā)現(xiàn)正常運行期間液位計讀數(shù)不在超量程失效狀態(tài)而是有指示時，不再發(fā)工作申請。這些液位變送器液位有指示對于機組的正常運行沒有影響，進入低水位前均會有相應的工作包對液位變送器進行檢查、標定，且運行操作規(guī)程進低水位時也有要求。如果液位變送器有問題，也能及時處理，不會影響機組進入低水位。

經(jīng)過技術人員綜合評估，維持現(xiàn)有控制方式，即使日常功率運行期間出現(xiàn)液位指示，也不再認為這是變送器本身問題，不再對變送器進行隔離檢修。