袁德争

中广核核电运营有限公司,广东深圳 518124

摘要：岭澳一期堆芯中子通量测量系统（RIC）的RIC002AR分配柜内控制板和继电器板件图纸等相关资料的缺失，使得维修人员很难从设计角度分析中子通量测量系统设备的相关故障。在分析RIC中子通量测量系统的基本控制原理的基础上，对RIC002AR的控制板及继电器板件进行了研究，使维修人员掌握了中子通量设备的控制与通信原理，并了解计算机指令执行的过程。研究成果可应用于中子通量测量系统相关设备的故障分析与处理中。

关键词：堆芯测量系统、中子通量测量、控制、故障分析

0  前言

岭澳一期堆芯中子通量测量系统（RIC）使用了AREVA第二代中子通量测量技术。目前，世界上仅有8台机组使用这套设备，在中国有4台机组（岭澳一期、秦山二期核电站）。由于缺乏RIC002AR分配柜内的控制板和继电器板的图纸，导致维修人员不能掌握中子通量测量系统内部控制与通信的原理，无法从设计角度快速准确分析和定位中子通量测量系统故障。因此，开展RIC002AR分配柜的控制与通信原理研究是很有必要的。通过绘制控制与通信板件的电路图，对相关的控制与通信原理进行了研究。研究成果已经应用到了岭澳一期RIC中子通量测量系统相关设备故障的分析与处理中。这些研究成果同样也可以应用于秦山二期核电站相关设备故障分析中。

1  堆芯中子测量系统

岭澳一期堆芯中子通量测量系统（RIC）包括控制监测柜、分配柜和测量通道设备等组成。堆芯仪表间的驱动装置和组选择器、路选择器构成的机电设备驱动中子探头进行中子通量测量。堆芯仪表间外的RIC002AR分配柜实现控制设备与机电设备间的接口控制。RIC001AR控制监测柜通过计算机控制中子探头到达不同的堆芯指套管通道，从而实现50个堆芯通道的中子通量测量，采集的中子通量数据存储在计算机上，用于后续的中子通量图数据处理。图1为岭澳一期堆芯中子通量测量系统的基本控制原理图。

 

图1  RIC中子通量设备控制原理图

RIC001AR控制监测柜的管理计算机将控制信号以数据包的形式通过8路串口卡发送给控制器抽屉，这些控制信号包括：前进、后退、高速、低速、组选择器转动、路选择器通道及相应电动阀门控制、泄漏监测等。控制器抽屉将接收到的串行数据通过TOR板（开关量信号板）发送给RIC002AR分配柜内的控制板CN7接口处理模块，该过程采用RS422通讯协议。操纵员也可以采用手动控制方式，直接控制中子探头送回存储通道或者紧急停止，这种方式依靠控制器抽屉面板上的BACKMOTION与STOP按钮来实现，这两个按钮通过硬接线方式直接与RIC002AR内的控制板相连，不需要通过管理计算机发送命令。

控制板将控制命令的数字量信号转换为驱动继电器板上的小型继电器的控制信号。继电器板再通过小型继电器将控制命令传送到前端的RIC机电设备上。中子探头的驱动控制与选择器、电动阀、泄漏探头等设备的控制原理是不同的。对于中子探头的驱动控制来说，还需要再通过8个接触器才能实现对380VAC双速驱动电机和48VDC绕线盘马达的控制。其他设备依靠继电器板件上的双线圈自保持型继电器来控制。这主要是由380VAC双速驱动电机的三相供电线路电流特性决定的，当电机转动时，在电机线圈中存在较高电流，而较高的电流是不能通过板件电路上的小型继电器的。

2  RIC002AR机柜控制与通信原理研究

2.1  控制板与继电器板工作原理（此章节补充继电器板和控制板的电路图）

图2为控制板和继电器板简图，图中标示了板件与RIC机电设备的连接情况。控制板主要用于建立与控制监测柜RIC001AR间的通讯，并将来自于RIC001AR控制监测柜的控制命令传递到继电器板；继电器板主要用于建立RIC机电设备与控制板间的接口。另外，当某个中子探头不可用时，需要使用救援模式，救援模式就是利用控制板来实现的，控制板可以救援其他中子探头，也可以被其他中子探头救援。图2中的CN10接口负责将控制命令实时传输到继电器板，进而起到控制RIC机电设备的作用；图2中的CN14接口负责将前端的RIC机电设备状态实时反馈给管理计算机。

 

图2  控制板和继电器板简图

在上述的中子通量设备控制原理的基础上，进一步对RIC002AR机柜的板件进行研究。通过将板件电路图与前端所有RIC机电设备的接线图结合起来分析，可以确定出继电器板件上的75个小型继电器的具体功能，可以分析出控制板对继电器板写入的控制命令信息和读取的机电设备状态信息。这些小型继电器主要包括24个12VDC双线圈自保持型继电器和51个48VDC普通的继电器。

双线圈自保持型继电器的控制作用主要包括：中子探头的驱动控制（高速、低速、前进、后退）、指套管/密封段泄漏监视、组选择器转动控制、路选择器通道及相应电动阀门控制、48VDC控制供电、泄漏测试、热敏复位等。通过研究这些小型继电器的作用，发现10通道路选择器任意通道的接线均与同一个通道的电动阀门接线相连，说明两者是由同一个继电器进行控制的，10个通道对应10个双线圈自保持型继电器，也就是说，管理计算机软件发出选择1#通道的指令，1#电动阀门打开，同时路选择器便会选择1#通道。

48VDC继电器的功能是将前端机电设备的状态反馈给控制板。这些机电设备的状态主要包括：中子探头处于1010初始位置状态、中子探头到达存储通道末端位置状态、中子探头运动状态、组选择器转动到位状态、路选择器转动到位状态、电动阀关闭状态、某个通道阀开状态、指套管/密封段泄漏状态、第一个安全开关动作状态、380VAC供电在线状态、48VDC控制供电在线状态、高/低速度超时状态、002AR机柜温度开关动作状态、驱动单元热敏继电器动作状态。

当现场设备内微动开关动作或者泄漏探头导通后，继电器板内部的相应48VDC继电器将会励磁，同时该状态指示灯被点亮，然后，状态信息将转换为CN14接口中不同端子间的导通，更新后的设备状态信息以数字量的形式保存到控制板内相应的芯片上。控制板再读取芯片内数据，通过RS422串行通信协议将数据包发送给RIC001AR控制器抽屉的TOR板，点亮TOR板件的前面板状态指示灯，最终数据包通过8路串口板传回给管理计算机，管理计算机再在中子通量图软件中显示出当前机电设备的状态。

2.2 继电器板CN10接口

见图2，CN10接口是控制板用来将控制命令写入继电器板的接口。该接口插线排共有15个针脚，11#到15#针脚为双线圈自保持型继电器的置位线圈和复位线圈提供12VDC正电；1#到10#针脚为两个线圈的负端提供0V控制信号，其中1#、3#、5#、7#、9#针脚是置位线圈的负端，2#、4#、6#、8#、10#针脚是复位线圈的负端。当系统初始化通过后，这22个继电器置位线圈和复位线圈的正端同时带上12VDC电，当管理计算机发出控制命令后，CN10接口利用1#到10#针脚将0V控制信号引入某个继电器的置位线圈或者复位线圈的负端，从而实现某个具体的控制功能，控制命令信息见表1。例如，如果管理计算机发出控制中子探头高速前进的命令，则控制命令0V信号将引入CN10的9#针脚和3#针脚。

表1  控制板写入继电器板控制命令信息

CN10 11 12 13 14 15

10 组选

转动 路选择器和电动阀通道定位 5# 路选择器和电动阀通道定位 10# 高速控制

9

8 密封段泄漏监视 6#~10# 4# 

  9# 低速控制

7

6 1#~5# 3# 8# 后退控制

5

4 指套管泄漏监视 6#~10# 2# 7# 前进控制 热敏复位

3

2 1#~5# 1# 

6# 48V控制供电 泄漏测试

1

2.3 继电器板CN14接口

见图2，CN14接口是控制板用来从继电器板读取RIC机电设备状态的接口，该接口插线排共有13个针脚。利用不同端子间的导通表示不同RIC机电设备状态信号的输入，利用9#到13#针脚与1#到8#针脚间的导通组成RIC机电设备的状态表。机电设备的状态信息见表2。例如，CN14的9#针脚与4#针脚的导通表示6#电动阀关闭状态信息。

表2  控制板读取继电器板信息

CN14 9 10 11 12 13

1 1#和6#无泄漏 2#和7#无泄漏 3#和8#无泄漏 4#和9#无泄漏 5#和10#无泄漏

2 组选在“N” 组选在“E” 组选在“R” 组选在“P” 某个通道阀开

3 1#阀关 2#阀关 3#阀关 4#阀关 5#阀关

4 6#阀关 7#阀关 8#阀关 9#阀关 10#阀关

5 路选择器到位 前进 后退 低速 高速

6 驱动单元热敏动作 48V控制供电在线 探头到达存储通道 探头在1010初始位置 第一个安全开关动作

7 温度开关动作 高速

超时 低速

超时 380V供电在线

8 无指套管/密封段泄漏

2.4 继电器板上的状态指示灯

将继电器板件上所有的小型继电器作用研究清楚后，确定出了板件上63个状态指示灯的用途，这63个指示灯直接指示现场所有前端机电设备的状态及中子探头的运动状态。在处理中子探头卡涩相关故障时，维修人员需要控制故障的中子探头到达指定的位置，比较常用的操作包括表3中的三大类，根据中子探头的运动状态及组选择器选择通道的不同（正常通道“N”、救援通道“E”、存储通道“P”、参考通道“R”），可以进一步对类型进行细分。确定出每种细分类型对应的一组指示灯组合。所以，在故障处理过程中，当计算机房间RIC001AR控制监测机柜发出控制命令时，通过观察核岛外环廊RIC002AR分配柜内继电器板上的状态指示灯的点亮情况，与表3进行比对，找出异同点后进行下一步的故障点排查。

表3  故障处理时常用操作对应的指示灯组合

运动状态 操作类型 速度状态 点亮的状态指示灯 状态指示灯含义

前进

中子探头进入“N”正常通道 高速 LD33/LD29/LD57 LD33：前进/接触器*04JA动作（*代表1~5）

LD41：后退/接触器*05JA动作（*代表1~5）

LD57 ：高速/接触器*06JA动作（*代表1~5）

LD49 ：低速/接触器*07JA动作（*代表1~5）

LD29：组选择器转到正常通道“N”位置

LD52：组选择器转到存储通道“P” 位置

LD36：组选择器转到救援通道“E”位置

LD44：组选择器转到参考通道“R”位置

LD40：中子探头到达存储通道末端位置

LD48：中子探头到达组选择器1010初始位置

低速 LD33/LD29/LD49

中子探头进入“P”存储通道 高速 LD33/LD52/LD57

低速 LD33/LD52/LD49

中子探头进入“E”救援通道 高速 LD33/LD36/LD57

低速 LD33/LD36/LD49

中子探头进入“R”参考通道 高速 LD33/LD44/LD57

低速 LD33/LD44/LD49

后退

中子探头从“N”正常通道回抽 高速 LD41/LD29/LD57

低速 LD41/LD29/LD49

中子探头从“P”存储通道回抽 高速 LD41/LD52/LD57

低速 LD41/LD52/LD49

中子探头从“E”救援通道回抽 高速 LD41/LD36/LD57

低速 LD41/LD36/LD49

中子探头从“R”参考通道回抽 高速 LD41/LD44/LD57

低速 LD41/LD44/LD49

静止 到达存储通道末端位置 静止 LD52/LD40

到达初始位置 静止 LD48

3  研究成果在岭澳一期的应用

根据对继电器板、控制板控制机理的研究成果（主要包括中子探头控制原理、选择器控制原理、状态指示灯作用、泄漏监视原理、板件CN接口针脚作用），对岭澳一期RIC中子通量测量系统发生的中子探头卡涩、拒动等现场疑难故障分析提供了依据，使得维修人员可以在核岛内外环廊RIC002AR分配柜处定位故障点，无需直接进入辐射风险极高的RIC房间，提高了故障诊断效率。表4为自2011年以来通过以上研究成果处理岭澳一期RIC中子通量系统设备故障的统计表。

表4  2011年以来岭澳一期RIC中子通量设备故障情况统计

时间 故障类型 故障分析的依据

2011年 L1RIC001MA组选择器转动控制异常故障 选择器控制原理

L1RIC003MA组选择器无状态显示故障 状态指示灯作用

L1RIC004MA组选择器转动控制异常故障 选择器控制原理

L1RIC005MA偶发不能从存储通道抽出故障 板件CN接口针脚作用

2012年 L1RIC泄漏探头48VDC供电失去故障 泄漏监视原理

L2RIC004MA中子探头卡涩故障 中子探头控制原理

2013年 L1RIC003MA的初始位置开关故障 状态指示灯作用

L1RIC003MA路选择器30#通道定位故障 板件CN接口针脚作用

2014年 L1RIC002MA通道无法检测到380VAC故障 状态指示灯作用

2015年 L2RIC004MA探头救援43#通道出现卡涩 状态指示灯作用

4  结束语

在缺乏岭澳一期RIC002AR分配柜内板件图纸资料的情况下，通过绘制板件内部电路图并开展板件控制与通信原理的研究，使维修人员掌握了岭澳一期RIC中子通量设备的控制原理与过程，提高了维修人员处理中子探头卡涩、拒动故障和其它RIC机电设备故障的能力，有助于日常或者大修再鉴定期间出现故障的快速分析与处理。研究成果已多次成功应用到了岭澳一期RIC中子通量测量系统的故障处理中，并适用于秦山二期核电站相关设备的故障分析。

参考文献

［1］岭澳一期核电站RIC系统手册[内部资料]．

［2］绘制的RIC控制板电路图[内部资料]．

［3］绘制的RIC继电器板件电路图[内部资料]．