核電廠繼電器機架熔絲全面檢查

黃強　李鐵英　李軍懷

【摘 要】本文以秦二廠1號、2號機組繼電器機架運行現實情況為依據。對繼電器機架進行了功能簡介；引入近兩年繼電器機架熔絲出現過的實際案例，分析了機架熔絲檢查的必要性；并對機架熔絲檢查的風險分析及應對措施進行了描述；介紹了檢查的可行方法，得出了檢查結果；最后，結合檢查情況和實際效果對機架熔絲的后續預防性維護提出了合理性建議。

【關鍵詞】繼電器；機架；熔絲；電阻；故障率

0 引言

秦山第二核電廠安裝有大量的繼電器機架為控制和保護系統服務。一個系統可分配一個或多個機架，每個系統所使用的機架數量是由工藝系統的具體情況決定的。每個機架裝配有不同功能的模板，它們是繼電器模板、端子模板和電源模板等。繼電器就安裝在繼電器模板上，繼電器邏輯回路的目的是保證對電站執行機構的手動、自動控制。它接受來自現場傳感器、主控或現場按鈕或開關的通斷信號，按工藝和運行規范的要求設置邏輯關系，對信號進行處理，并將處理結果發送給現場執行器，完成對被控設備的啟停與開關控制。

然而在繼電器邏輯回路中，我們往往忽略了一個看上去很不起眼的“？椎”標識——機架熔絲。在保護系統的電氣二次圖中此標識大小只有1mm左右，其實物也只有1cm大小左右。但在大多電氣及電子電路中都廣泛將熔絲串入負載電路中，利用其熔點低的特性來做短路保護。一般當通過熔絲的電流小于1.25倍額定電流時，熔絲長時間不會熔斷，達到1.3倍時，在1h以上熔斷，當達到1.6倍時，應在1h內熔斷， 到2倍時，在30～40s熔斷，當達到8～10倍時，能瞬間熔斷（圖1）。

圖1

1 熔絲檢查的必要性

熔絲的壽命在正常工作條件下約為100000h（11.4年），我廠2000年開始設備調試至今已10多年，電氣設備及元件包括繼電器機架保險絲，其發生老化故障的概率呈直線上升趨勢。

2013年10月，執行A列安全注入邏輯試驗，試驗期間，柴油機啟動信號（DG START ORDER）燈未亮，柴油機沒有接收到啟動信號。維修儀控和電氣進行檢查發現：A列應急母線機架的其中一個端子上的熔絲開路，導致正電源無法送達安注試驗啟動柴油機繼電器的節點，安注信號無法發出，柴油機無法接到啟動命令。核電廠的柴油機用于嚴重核事故或電氣事故時的應急電源，保證向安全注入系統、安全殼噴淋系統、輔助給水系統、一回路輔助系統的重要動力設備供電，執行安全功能。安注邏輯試驗就是驗證在可能的事故工況下，由安注信號來觸發柴油機啟動，為重要設備提供可靠的應急電源，防止和緩解事故的進一步擴大，保證反應堆堆芯安全。

2014年3月，主控室發現蒸汽發生器的水位測量的其中一個通道故障，維修儀控檢查發現有一熔絲接觸不良，進行更換后顯示正常。核電廠蒸汽發生器的主要作用是將一回路中水的熱量傳給二回路的水，使其汽化。由于一回路水流經堆芯而帶有放射性，因而蒸汽發生器與壓力容器和一回路管道共同構成防止放射性外溢的第二道屏障。在壓水堆核電廠正常運行時，二回路應不受到一回路水的污染，是不具有放射性的。蒸汽發生器的水位測量儀表的指示代表著蒸汽發生器內部的水裝量，也間接的反映了二回路帶走一回路的能力，其液位計故障可能導致蒸汽發生器液位控制異常，甚至出現停堆或安全事件。

相關事件就不在此逐一列舉，從最近幾年的運行經驗來看，我廠的繼電器機架熔絲的故障缺陷逐漸進入了大家的視線。由于我國的核電項目相對來說起步較晚，針對此缺陷的檢查和處理還沒有形成標準化的管理體系，缺乏參考依據。伴隨著熔絲故障導致的嚴重后果，必須引起我們的重視和實施相應行動。經過多專業的共同分析研究，確定在1號機組111大修、2號機組210大修期間，成立專項組，對繼電器機架熔絲進行全面檢查。

2 風險分析及應對措施

繼電器機架熔絲在核電廠控制和保護系統中扮演著十分重要的作用，重要控制和保護信號的傳遞、報警信號的觸發、邏輯信號的傳輸回路中大量的使用了熔絲。我廠一個機組40余個系統，所涉及的熔絲共有3000余個，數量龐大，檢查工作的任務繁重。

2.1 檢查對象極其重要，工作風險高

風險分析：機架熔絲廣泛的應用與核電廠保護和控制系統，在專設安全系統、反應堆冷卻劑系統、一回路輔助系統、乏燃料水池冷卻和處理系統等所有重要系統中都有機架熔絲。在反應堆裝料運行以后，由于核燃料衰變余熱的特殊性，任何時候都不能停止對燃料的冷卻，否則將出現后果嚴重的放射性物質釋放的核事故。

應對措施：選擇合適的工作窗口，我們的機架熔絲檢查工作選擇在大修期間一回路低低水位時進行，此時所有燃料均已卸出堆芯放置在乏燃料水池處于次臨界狀態。這此工況下，對反應堆冷卻劑系統、專設安全系統、一回路輔助系統的要求最低，很多系統已經退出運行在全面檢修狀態，風險最小。但是與核燃料冷卻相關的設備冷卻水系統、安全廠用水系統、乏燃料水池冷卻和處理系統，在機架熔絲檢查過程中不能受到任何意外情況導致系統功能受到影響。

2.2 檢查對象的多樣性，工作難度大

風險分析：熔絲檢查工作涉及約40余個系統，我們的控制和保護系統在設計時候又分為A、B列，因此，檢查對象涉及系統眾多。每個系統由于其控制和保護功能的不同，所涉及的熔絲有的是長期處于帶電狀態、有的長期處于非帶電狀態、有的則周期性的帶電和非帶電。

應對措施：根據系統的不同，在熔絲檢查的過程中要選擇不同的檢查方法，針對在低低水位期間需要保持其功能的系統，則選擇不能斷電，而且檢查時也要防止誤動；針對在此期間可以不保持其功能的系統，則可以進行斷電檢查。根據熔絲工作狀態的不同，帶電的選擇對通過端電壓測量來判斷其功能，非帶電的則采用測量電阻來判斷其功能。

2.3 涉及多部門、多專業，協調難度大

風險分析：由于機架熔絲眾多，在我廠負責部門涉及維修儀控和電氣兩個專業，每個專業又由不同的班組負責，共有儀表一班、二班，自控一班、二班，輻射儀表班、計算機班、低壓一班、繼保班八個班組的人員組成。由于只有低低水位期間的短暫幾天工期，要將八個班組的人員協調起來，并根據機組狀態的需求對40多個系統的所有熔絲全部檢查，還需要運行和大修計劃的安排和全力配合，協調難度非常大。

應對措施：我們成立了機架熔絲檢查的專項組，由運行、維修、計劃部門人員組成。大修前提前幾個月即開展準備工作，對檢查對象的匯總、責任分工、風險初步分析、計劃安排等進行了落實。維修儀控、電氣分別確認一名總工作負責人，負責協調各班組之間的工作安排。在檢查工作實際開展過程中，由運行處對系統非常了解的高級操縱員全程配合，與維修人員一起在現場工作，針對不同的系統進行風險分析，確定最終的檢查方法；針對檢查期間出現的異常情況，共同進行分析，確定處理方案。

3 檢查方法

根據現場機架熔絲帶電和不帶電的工作狀況，我們制定的檢查方法分為兩種，如下：

3.1 帶電熔絲的檢查方法

1）對熔絲左端測量對地電壓，顯示有電；

2）對熔絲右端測量對地電壓，顯示有電；

3）如果兩端都帶電，則量熔絲端電壓。如熔絲正常，端電壓值一般都為0-10mV；

4）如果端電壓超過10mV（經過反復驗證，端電壓超過10mV的熔絲，電阻一般都在1Ω以上），則需開票或進行充分的風險分析后，進行更換備件；

5）更換備件后，重復以上步驟，確認新換上的備件沒有故障。

3.2 不帶電熔絲的檢查方法

1）對熔絲左端測量對地電壓，電壓為0V左右；

2）對熔絲右端測量對地電壓，電壓也為0V左右；

3）測量熔絲兩端電阻，如果阻值≤0.6Ω，則認為該保險絲運行狀況良好；

4）如果阻值≥0.6Ω，則認為該熔絲已經老化，需要更換備件；

5）更換備件后，重新測量熔絲兩端電阻，直到阻值≤0.6Ω。

4 檢查結果

在多個部門的全力配合下，經過4天工期對機架熔絲的全面檢查，準確找到故障熔絲；其中電阻偏大的故障熔絲共148個，完全斷線的熔絲14個。故障、斷線熔絲，在運行、維修共同確定風險后，已全部更換完畢，相關數據如圖2。

圖2

其中，處于斷線的熔絲導致對應的保護和控制功能失效，主要的影響部分列舉如下：

1）一些報警信號無法觸發；

2）某些系統在出現異常情況，要求設備自動停運時，信號無法傳輸到執行機構；

3）一些系統之間的相互連鎖、閉鎖功能無法實現；

4）還有一些備用通道的熔絲斷線，對系統功能的實現無影響。

5 總結

繼電器機架在核電廠控制和保護系統的重要組成部分，是核安全相關E1級的重要設備，其設備及功能的可靠性直接影響著核電廠的安全運行。繼電器機架熔絲則是其保護與控制回路中的關鍵設備之一，許多熔絲的可靠性直接影響著反應堆的安全控制。我廠1號、2號機組至2000年左右開始電氣設備的安裝調試，已經運行15年左右，最近幾年繼電器機架設備的故障率呈逐年升高趨勢，已經對核電機組的安全可靠性形成了威脅。

此次繼電器機架熔絲的全面檢查，其檢查方法是有效可行的，其風險是安全可控的，能夠發現故障熔絲。但檢查結果也表明：我們機架熔絲的故障率較高，在我們的控制保護系統中存在一定數量未暴露出來的潛在威脅。由于我廠剛開始起步進行機架熔絲檢查工作，其結果參考經驗數據還不夠，還無法根據此數據來確定合理的預防性檢查和維修工作。當熔絲檢查多次開展后，可以對熔絲老化的機理進行分析，并對老化失效的范圍程度進行監測和研究，進而實現對使用中熔絲的性能狀態和剩余壽命做出評價，制訂合理的維護管理大綱，提出減輕老化的措施，既經濟又有效地防止因熔絲老化而引起的系統故障的發生，最終達到提高核電站運行安全性的目的。

在2014年進行機架熔絲全面檢查后，相關系統運行相對良好，機架熔絲的故障率得到了明顯改善，但在2015年10月又出現一次因機架熔絲故障，導致硼和水補給系統泵不能自動停運的故障。結合實際情況，針對繼電器機架熔絲的情況建議如下：

1）每5年進行一次全面的在線機架熔絲檢查工作，對故障熔絲進行更換；

2）每10年對機架熔絲進行全部更換一次，2016年2號機組已實施一次全面更換工作；

3）考慮用可靠性更高的設備對繼電器機架進行改造替換，目前，新建的一些電廠已經取消了繼電器機架，用集成性更高、可靠性更好的集成電路卡件來替代。

【參考文獻】

[1]劉立忠.熔絲使用中的疑點和誤解[J].電世界，1998.11.

[2]孫曉玲.大亞灣核電站繼電器機架改造支撐動力時程分析[J].核動力工程，2011.6.

[責任編輯：王楠]