AP1000多樣化驅動系統爆破閥控制分析
2014-06-25 12:14:10王廣通
中國高新技術企業 2014年9期
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
爆破閥驅動一旦觸發就不可逆，直到爆破閥爆破完成為止。因此為了防止虛假信號的誤觸發，DAS沒有自動觸發爆破閥的功能，DAS只能通過主控室的DAS專用盤、DAS就地處理器機柜或爆破閥放炮器手動觸發以上12個爆
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。
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。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。
同時輸入ARM和ACTUATE兩個信號或在ARM信號給電容器完全充電之前，操縱員意外地觸發了ACTUATE信號都將不能導致爆破閥的驅動，因為電容器保持與爆破閥點火器的電氣隔離，還因為ARM信號沒有足夠的能量來導致爆管點火。如果在ARM信號取消后的27.5s內沒有給爆破閥控制器提供ACTUATE信號，那么電容器上的電壓將會隨著電容器內部的放電而降低，不足以完成點燃爆管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
目前DAS設計中ARM與ACTUATE的延時值都默認設置為同一值，IRWST注入設置為5s，ADS第四級設置為60s。DAS系統的設計文件中規定了DAS在驅動IRWST注入、ADS第四級爆破閥驅動時的時間延遲
按照系統設計規范書描述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
將ARM繼電器的時間延時減少2.5s這個改進將提高DAS爆破閥電路的可靠性，并不會影響爆破閥點火信號的實際延時時間，爆破閥點火信號的實際延時時間由ACTUATE的延時時間決定。
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。
參考文獻
[1] 黃來，張建玲，彭敏.第3代核電技術AP1000核島技術分析[J].湖南電力，2009，（4）.
[2] 楊燁.核電多樣性驅動（DAS）系統硬件設計[C].第一屆中國（國際）核電儀控技術大會[A].
[3] 周曉寧.AP1000全數字化儀表控制系統的分析[C].第一屆中國（國際）核電儀控技術大會[A].
[4] 王大勇，張小冬，張豐平，等.AP1000核電廠基礎培訓教材（第3版）[M].教材編號KHS001：283-284.
[5] 劉湘波，劉學強.電容式發爆器起爆能力評估[J].西部探礦工程，2011，（1）.
[6] 俞金波.AP1000的多樣性驅動系統（DAS）分析[J].黑龍江科技信息，2008，（33）.
[7] 張建華，楊海峰，李斌.淺談時間繼電器的應用[J].江西煤炭科技，2008，（4）.
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）
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
爆破閥驅動一旦觸發就不可逆，直到爆破閥爆破完成為止。因此為了防止虛假信號的誤觸發，DAS沒有自動觸發爆破閥的功能，DAS只能通過主控室的DAS專用盤、DAS就地處理器機柜或爆破閥放炮器手動觸發以上12個爆
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。
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。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。
同時輸入ARM和ACTUATE兩個信號或在ARM信號給電容器完全充電之前，操縱員意外地觸發了ACTUATE信號都將不能導致爆破閥的驅動，因為電容器保持與爆破閥點火器的電氣隔離，還因為ARM信號沒有足夠的能量來導致爆管點火。如果在ARM信號取消后的27.5s內沒有給爆破閥控制器提供ACTUATE信號，那么電容器上的電壓將會隨著電容器內部的放電而降低，不足以完成點燃爆管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
目前DAS設計中ARM與ACTUATE的延時值都默認設置為同一值，IRWST注入設置為5s，ADS第四級設置為60s。DAS系統的設計文件中規定了DAS在驅動IRWST注入、ADS第四級爆破閥驅動時的時間延遲
按照系統設計規范書描述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
將ARM繼電器的時間延時減少2.5s這個改進將提高DAS爆破閥電路的可靠性，并不會影響爆破閥點火信號的實際延時時間，爆破閥點火信號的實際延時時間由ACTUATE的延時時間決定。
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。
參考文獻
[1] 黃來，張建玲，彭敏.第3代核電技術AP1000核島技術分析[J].湖南電力，2009，（4）.
[2] 楊燁.核電多樣性驅動（DAS）系統硬件設計[C].第一屆中國（國際）核電儀控技術大會[A].
[3] 周曉寧.AP1000全數字化儀表控制系統的分析[C].第一屆中國（國際）核電儀控技術大會[A].
[4] 王大勇，張小冬，張豐平，等.AP1000核電廠基礎培訓教材（第3版）[M].教材編號KHS001：283-284.
[5] 劉湘波，劉學強.電容式發爆器起爆能力評估[J].西部探礦工程，2011，（1）.
[6] 俞金波.AP1000的多樣性驅動系統（DAS）分析[J].黑龍江科技信息，2008，（33）.
[7] 張建華，楊海峰，李斌.淺談時間繼電器的應用[J].江西煤炭科技，2008，（4）.
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）
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
爆破閥驅動一旦觸發就不可逆，直到爆破閥爆破完成為止。因此為了防止虛假信號的誤觸發，DAS沒有自動觸發爆破閥的功能，DAS只能通過主控室的DAS專用盤、DAS就地處理器機柜或爆破閥放炮器手動觸發以上12個爆
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。
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。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。
同時輸入ARM和ACTUATE兩個信號或在ARM信號給電容器完全充電之前，操縱員意外地觸發了ACTUATE信號都將不能導致爆破閥的驅動，因為電容器保持與爆破閥點火器的電氣隔離，還因為ARM信號沒有足夠的能量來導致爆管點火。如果在ARM信號取消后的27.5s內沒有給爆破閥控制器提供ACTUATE信號，那么電容器上的電壓將會隨著電容器內部的放電而降低，不足以完成點燃爆管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
目前DAS設計中ARM與ACTUATE的延時值都默認設置為同一值，IRWST注入設置為5s，ADS第四級設置為60s。DAS系統的設計文件中規定了DAS在驅動IRWST注入、ADS第四級爆破閥驅動時的時間延遲
按照系統設計規范書描述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
將ARM繼電器的時間延時減少2.5s這個改進將提高DAS爆破閥電路的可靠性，并不會影響爆破閥點火信號的實際延時時間，爆破閥點火信號的實際延時時間由ACTUATE的延時時間決定。
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。
參考文獻
[1] 黃來，張建玲，彭敏.第3代核電技術AP1000核島技術分析[J].湖南電力，2009，（4）.
[2] 楊燁.核電多樣性驅動（DAS）系統硬件設計[C].第一屆中國（國際）核電儀控技術大會[A].
[3] 周曉寧.AP1000全數字化儀表控制系統的分析[C].第一屆中國（國際）核電儀控技術大會[A].
[4] 王大勇，張小冬，張豐平，等.AP1000核電廠基礎培訓教材（第3版）[M].教材編號KHS001：283-284.
[5] 劉湘波，劉學強.電容式發爆器起爆能力評估[J].西部探礦工程，2011，（1）.
[6] 俞金波.AP1000的多樣性驅動系統（DAS）分析[J].黑龍江科技信息，2008，（33）.
[7] 張建華，楊海峰，李斌.淺談時間繼電器的應用[J].江西煤炭科技，2008，（4）.
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）
