AP1000多樣化驅動系統爆破閥控制分析

摘要：文章從AP1000多樣化驅動系統（Diverse Actuation System，DAS）功能、爆破閥的特點及其在AP1000核電站的應用出發，對DAS爆破閥的控制驅動時序進行介紹和分析。根據分析，得出爆破閥的硬件延時繼電器延時時間設定值方面存在的潛在故障。修訂延時設定值后，在事故工況下，DAS可以可靠地觸發爆破閥動作，緩解事故。

關鍵詞：AP1000；DAS；爆破閥；延時繼電器

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0073-03

AP1000是西屋公司開發的第三代非能動先進壓水堆核電站，其與傳統的壓水堆核電站最大的不同，就是其采用了“非能動”技術，而爆破閥正是實現非能動系統觸發的關鍵設備之一。DAS提供了觸發專設安全設施包括爆破閥的功能。本文將對AP1000核電站DAS中爆破閥的控制驅動方法進行分析，并對其中的硬件延時模塊存在的隱患提出改進措施。

1 DAS系統及爆破閥簡介

1.1 DAS系統簡介

AP1000的DAS是一個非安全相關系統，它使用與保護和安全監測系統（Protection and Safety Monitoring System，PMS）不同的專用工藝儀表、信號處理單元、先進邏輯處理平臺、2oo2的邏輯運算、驅動裝置來實現如下功能：（1）自動反應堆停堆、跳機以及自動觸發安全專設的功能；（2）手動反應堆停堆、跳機以及手動觸發安全專設的功能；（3）電廠關鍵參數的監測功能。

PMS從設計的角度防止了共模故障的發生，不過，萬一發生小概率的共模故障時，DAS將提供一個后備保護。DAS整定值和延時的設計策略是：在PMS有機會發揮其設計功能之前，DAS所有的自動停堆及安全專設功能將不會觸發。

1.2 爆破閥簡介

爆破閥是AP1000核電機組特有的設備。此類閥門具有無泄漏、耐高壓、耐腐蝕等特點。上述特點使其在正常運行時，可以保證閥門本體零泄漏，從而能夠可靠地應用在主回路上，承擔系統一次壓力邊界功能。爆破閥所在處的系統壓力過高，一般的操作動力機構不足以保證閥門可靠開啟。所以只能采用炸藥定向爆破技術，克服阻力，迅速有效地打開閥門。

AP1000電站中共有12個爆破閥，分為4組，分別為自動卸壓系統第4級（ADS-4）的4臺14”爆破閥，打開爆破閥，實現對反應堆冷卻劑系統的卸壓；安全殼內置換料水箱注入（IRWST Injection）的4臺8” 爆破閥，打開爆破閥，IRWST的水靠重力向反應堆堆芯注水；安全殼再循環至反應堆的2臺8”爆破閥，打開爆破閥，實現對堆芯的長期冷卻；IRWST疏水至安全殼的2臺8”爆破閥，打開爆破閥，實現對堆芯的長期冷卻。

2 DAS中爆破閥的控制分析

破閥。

正常運行工況下，通過主控室的DAS專用盤驅動爆破閥，主控室發生故障撤離時，通過DAS就地處理器機柜驅動爆破閥。

2.1 DAS爆破閥控制器驅動時序

12個爆破閥的點火器通過硬接線一一對應地連接至DAS系統爆破閥控制器機柜內的12個爆破閥控制器。每個爆破閥控制器接收兩個信號ARM和ACTUATE，如圖1。為了驅動一個爆破閥，首先將“ARM”開關打到“ARM”位置并維持至少1s。這個動作將使繼電器K1得電，K1b觸點斷開，電容器與爆破閥點火器隔離開，允許電容器充電。在電容器充好電后，需要將ARM開關打回到“NEUTRAL”位置，這個動作使得K1繼電器失電，K1b觸點閉合。在ARM開關返回到“NEUTRAL”后的27.5s內，將“ACTUATE”驅動開關打到“ACTUATE”位置，為了保證ACTUATE命令的有效下達，須使ACTUATE開關維持在ACTUATE位置最少10ms以上。這個動作將使K2繼電器得電，K2b觸點斷開，電容器停止充電，K2a觸點閉合，充好電的電容器與爆破閥點火器電路接通，爆破閥點火器電路的電阻值約為4歐姆，當流過爆破閥點火器電路的電流大于等于3.7安培時，爆破閥爆管才能點火驅動爆破閥。

2.2 放炮器

DAS爆破閥機柜內有一個Blasting device（放炮器），正常情況下放炮器是放置在專門配置的箱子內的。當控制爆破閥驅動的開關或電路出現問題不能驅動爆破閥時，拿出放炮器，將來自爆破閥現場的信號線手動接到放炮器的接線端口，利用放炮器的輸出電源，手動實現爆破閥的點火驅動。

3 存在的問題及建議的改進措施

3.1 問題介紹

3.2 建議的改進措施

修改ARM的TDDO時間延時繼電器的設定值，建議修改后的值見表1。將ARM繼電器時間延時的設定值減少2.5s能夠保證在最壞的情況下也有0.5s的時間域量來保證ACTUATE在ARM完全失電后動作。

3.3 改進后的分析

4 結語

AP1000核電站發生異常情況需要爆破閥動作時，首先可以通過PMS驅動爆破閥，當PMS發生小概率的共模故障失效時，DAS將起到PMS的備用系統作用。DAS系統手動驅動、ARM電容充電和ACTUATE驅動的爆破閥控制器控制回路、爆破閥放炮器的設計保證了在事故情況下DAS可以可靠地驅動爆破閥動作，緩解事故。硬件延時繼電器延時時間設定值方面存在的潛在故障問題，設計方美國西屋公司正在計劃出具相關設計變更，修改時間設定值。

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作者簡介：王廣通（1985—），男，江蘇淮安人，三門核電有限公司助理工程師，研究方向：第三代AP1000核電站保護和安全監測系統（PMS）及多樣化驅動系統（DAS）的調試。

（責任編輯：秦遜玉）