堆外核测系统定期试验原理分析及故障处理

堆外核测系统定期试验原理分析及故障处理

黄显艺,邓振华

（国核湛江核电有限公司 广东省 湛江市）

摘要：堆外核测系统是核电厂仪控系统的重要组成部分，目前国内M310机组核电厂堆外核测系统大多使用卡件和继电器搭建系统硬件，并实现信号接收和处理的数字化。系统功能的正常运转依赖于机柜内卡件的可靠性，为此需要定期对卡件功能进行试验以及时发现和处理潜在故障。本文对M310机组核电厂堆外核测系统定期试验原理进行简析，并列举定期试验过程中常见的问题和故障以及通用处理措施。

关键字：堆外核测；卡件；定期试验

1. 前言

在M310机组核电厂中，堆外核测系统主要用于实时测量和监视核功率，并通过反应堆保护系统对核功率偏离正常范围的情况完成必要的报警提醒和保护动作。在核电厂正常运行时，堆外核测系统的输入、输出都是稳定的，采用了数字技术的堆外核测系统通过信号处理单元采集设备自身的逻辑状态来实现对运行状况的自检[1]，但通过系统自检仅能够检查系统的少部分功能。因此，为了更合理和完整地监测堆外核测系统功能，必须通过系统定期试验的方式，定期驱动那些日常极少被激活的硬件设计功能并对其进行检测，以检查是否存在通过自检无法暴露出来的潜在硬件故障。

2. 试验设备概述

堆外核测系统根据核功率测量范围不同，主要分为源量程、中间量程和功率量程三部分。在由法国Rolls-Royce Civil Nuclear供货的堆外核测系统设备中，核岛内的中子探测器将测量信号传输至核岛外系统机柜内对应量程的I/O卡件中，由I/O卡件传输至后续处理、调理卡件中进行数据分析处理，最终输出代表核功率的模拟量信号以及定值判断的数字量信号。为了验证I/O卡件和信号处理、调理卡件的可靠性，堆外核测系统定期试验使用专用试验装置（MTE）开展相关测试，由MTE模拟试验信号并将其输入到系统机柜各I/O卡件和处理、调理卡件上，MTE通过网络读取卡件返回信号，对比返回值和期望值并给出试验结果[2]。

执行定期试验所需的硬件被集成在MTE中。MTE是一个自带滑轮的可移动机柜。它包含以下设备：

(1)一个带有屏幕的工业级计算机，键盘和光标轨迹球；

(2)一台打印机；

(3)一台电流发生器，用于模拟电流；

(4)若干将MTE连接到测试机架的电缆；

(5)若干扩展的I/O卡，用于模拟输入并读取来自系统机柜的输出。

MTE与系统机柜间用于定期试验的信号传输电缆共有3根，分别是试验和绘图电缆、通道测试电缆和网络线。试验和绘图电缆传输的信号主要包括由电流发生器产生的功率量程六段电流信号、中间量程电流信号、高压信号、补偿高压和甄别电压信号，以及试验控制信号和绘图控制信号。通道测试电缆传输的信号主要包括用于测试系统机柜模拟量I/O卡件的模拟量信号，用于测试系统机柜数字量I/O卡件的数字量信号、部分卡件的置试验位信号以及用于脉冲放大卡测试的源量程脉冲信号。网络线用于MTE与系统机柜间的通讯信号传输。

试验通过在MTE工控机中使用专用的应用程序执行，该应用程序是基于Spinline标准的产品。

3. 试验过程概述

   1. 源量程试验

源量程卡件试验是模拟从探测器信号输入到模拟量、布尔量信号输出的全过程测试。试验执行过程中，需要从信号处理、调理卡件上通过与实际运行几乎相同的方式获取返回信号。试验对象包括：调理卡件、模拟量输入卡件16EANA、数字量输入卡件32ETOR和数字量输出卡件32ACT。

3.1.1.调理卡件试验

这项试验涉及的卡件有高压卡件AIMP5、接口卡件AIR和信号放大卡件ICTO。在将机架置于试验位后，MTE向机柜注入测试脉冲，通过即时读取计数率信号输出检查卡件的测量精度。试验通过两种方式执行，首先使用AIR卡件的测试输入，然后使用ICTO卡件的测试输入。试验过程中一共会输入17个不同的值以检测ICTO卡件在不同模式下的精度和线性。MTE最终通过网络读取计数率并与期望值对比。

3.1.2.模拟量输入卡件16EANA试验

试验会设置两个模拟量输入信号，高压信号及甄别电压信号。试验开始前，16EANA卡件会被MTE置于试验位。测试高压和甄别电压模拟量输入的方法是输入不同的电压值。每个输入是独立进行测试的，其它信号为默认值。MTE最终通过网络读取16EANA输入信号，并与期望值对比。

3.1.3.数字量输入卡件32ETOR试验

试验开始前，MTE将32ETOR卡件置于试验位，并将卡件所有输入设置为1。试验时，依次改变输入信号，每个输入的测试都是独立的。卡件的输入通过MTE模拟。MTE最终通过网络读取32ETOR输入信号，并与期望值对比。

3.1.4.数字量输出卡件32ACT试验

试验会设置以下开关量信号：SR Reactor trip、SR channel test or fault、SR HV cut-off test check back、HV Cut-Off、SR Channel fault、High flux at shutdown、SR Channel test。

MTE最终通过网络读取32ACT输出信号和源量程一致性对比模块中对应继电器的动作报告，并将其与期望值进行对比。

3.2.中间量程试验

中间量程卡件试验对象包括：调理卡件、模拟量输入卡件16EANA、数字量输入卡件32ETOR、模拟量输出卡件6SANA和数字量输出卡件32ACT。

3.2.1.调理卡件试验

这项试验涉及的卡件有信号放大卡件ACCG4、数字量输入卡件16ITOR和高压卡件AHTS。将机架置于试验位后，MTE向机柜注入试验电流信号，通过检查中子通量输出信号检查测量精度。由于电流输入涉及到较宽的量程，MTE使用电流发生器产生参考信号。通过21个输入值（每个数量级3个）验证测量结果的精度。MTE最终通过网络读取中子通量信号，并与期望值对比。

3.2.2.模拟量输出卡件6SANA试验

试验会设置2个模拟量输出信号。试验开始前，MTE会将数字量输入卡件32ETOR置于试验位。为了进行模拟量输出卡件试验，32ETOR上的两个信号会在试验中翻转，翻转状态对应不同的模拟量输出信号。MTE最终通过网络读取6SANA输出信号，并与期望值对比。

3.2.3.模拟量输入卡件16EANA试验

试验会设置三个模拟量输入信号：正高压信号，补偿高压信号和负高压信号。试验开始前，MTE会将16EANA置于试验位。测试+HV、-HV和负高压信号模拟量输入的方法是输入不同的电压值。每个信号的测试是独立的，其他信号保持默认值。MTE最终通过网络读取16EANA输入信号，并与期望值对比。

3.2.4.数字量输入卡件32ETOR试验

中间量程的32ETOR卡件试验与源量程方法一致。

3.2.5.数字量输出卡件32ACT试验

中间量程32ACT卡件试验与源量程方法一致，但试验中需要设置的信号不同，包括以下信号：IR Reactor trip、IR channel test or fault、P6、Threshold IRC for ATWT、C1、Dupl.Time valid.by NOT-P10、IR Channel fault、IR Channel test。

3.3.功率量程试验

功率量程卡件试验对象包括：调理卡件、模拟量输入卡件16EANA、数字量输入卡件32ETOR、模拟量输出卡件6SANA和数字量输出卡件32ACT。

3.3.1.调理卡件试验

这项试验涉及的卡件有信号放大卡件ACGF6、数字量输入卡件16ITOR、高压卡件AHT1。将机架置于试验位后，依次注入六段电流试验信号，通过对应的网络输出信号检查卡件的测量精度。由于涉及到较宽量程的电流输入，MTE采用电流发生器产生参考信号。一共需要试验六次，一次检查一段电流。MTE最终通过网络读取对应测量值，并与期望值进行对比。

3.3.2.模拟量输入卡件16EANA试验

功率量程16EANA卡件的试验与其他两个量程的测试过程一致，但试验的信号不同，包括以下信号：High voltage remote control、CBL26 detector signals IH1 to IB3、Average Temperature、Primary pumps speed。

3.3.3.数字量输入卡件32ETOR试验

功率量程的32ETOR卡件试验与源量程方法一致。

3.3.4.模拟量输出卡件6SANA试验

试验会设置5个模拟量输出信号：4个平均功率信号和1个轴向功率偏差信号。试验开始前，MTE会将数字量输入卡件32ETOR置于试验位。为了进行模拟量输出卡件试验，32ETOR卡件上的两个信号会在试验中翻转，翻转状态对应不同的模拟量输出信号。MTE最终通过网络读取6SANA输出信号，并与期望值对比。

3.3.5.数字量输出卡件32ACT试验

功率量程32ACT卡件试验与源量程方法一致，但试验中需要设置的信号不同，包括以下信号：High Setpoint Reactor trip、Low Setpoint Reactor trip、High Positive Variation Reactor trip、High Negative Variation Reactor trip、PR channel test or fault、P8、P10、P16、C20、C2、PR Channel fault、PR Channel test。

4. 定期试验失败分析

定期试验执行后，会在工控机人机接口的应用程序上直接给出试验结果，当设备可靠性降低时，试验则存在失败的可能，原因可以分为三种：一是堆外核测系统机柜硬件故障，二是MTE自身故障，三是MTE与系统机柜信号传输线路故障。

若在MTE可靠的理想情况下，我们可以根据试验结果，仅对系统机柜卡件、继电器、接线或其它硬件展开故障分析，但事实上，许多试验失败都不是系统机柜自身的功能故障引起的。下面对非系统机柜功能故障引起的试验失败进行总结。

(1)试验电缆与MTE或系统机柜接触不良

执行定期试验前，因试验电缆需要手动连接MTE和系统机柜，若连接不到位则可能引起试验失败。

(2)试验接头插针回缩

试验接头包括试验电缆接头和系统机柜上的试验插座，若试验电缆接头或试验插座插针回缩，电缆接触不良，则引起试验失败。

(3)电流发生器开关未打开

在这种情况下，工控机中的应用程序无法进入试验，尝试进入试验时就会返回故障信息。

(4)电流发生器未正确设置

试验过程中，MTE会控制电流发生器输出不同的电流信号，若电流发生器地址、通讯协议设置不正确，MTE就无法正常控制电流发生器，导致试验失败。

(5)设计缺陷

中间量程数字量输出卡件32ACT测试，可能在time number 2时因参数INT1XO1012和A21_INTRSL的返回值错误而失败，因为这些参数输出的触发是动态的，试验执行则是静态的。如果发生了这种情况，则需重新执行一次试验。

据此，可提炼出部分应对定期试验失败的通用操作步骤：

(1)若无法运行试验脚本，应用程序报错，则检查电流发生器开关是否打开，并正确设置电流发生器；

(2)若运行试验脚本后试验失败，则执行以下步骤后重新执行试验：

重新连接、紧固试验电缆；

检查电流发生器设置是否正确；

重启机架电源；

使用另一机组试验电缆；

使用另一机组MTE。

若试验仍失败，则更换系统机柜中试验失败的卡件，或检查系统机柜其他硬件。

5. 结束语

堆外核测系统定期试验是判断系统功能的重要手段，在堆外核测系统定期试验执行过程中，试验设备的可靠性直接影响试验结果判断的准确率，甚至影响试验的正常执行。为了提高试验设备的可靠性，需不断总结试验设备使用过程中的经验反馈，通过不断暴露的问题和解决措施，最终在后续的变更改造和设计创新中实现试验设备的改进和优化。

参考文献

[1]王银丽,罗炜,陈乐等.方家山核电工程核仪表系统改进[J].科技视界,2015,23.

[2]王银丽,罗炜,朱攀等.福清核电厂一期数字化核仪表系统设计[J].核动力工程,2015,36(2):72-76.

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