模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

馮威 俞赟 羅煒

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041）

模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

馮威 俞赟 羅煒

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041）

模塊式小型堆作為采用三代核電技術(shù)的多用途小型壓水堆，在設(shè)備的建造和設(shè)計(jì)上與以往工程項(xiàng)目相比有其自身的特點(diǎn)。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高小堆的經(jīng)濟(jì)性，本文將分析小堆項(xiàng)目反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RRP）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論證系統(tǒng)簡(jiǎn)化的可行性。

模塊式小型堆；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)

0 引言

模塊式小型堆作為采用三代核電技術(shù)的多用途小型壓水堆，在設(shè)備的建造和設(shè)計(jì)上與以往工程項(xiàng)目相比有其自身的特點(diǎn)。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高小堆的經(jīng)濟(jì)性，本文將分析小堆項(xiàng)目反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RRP）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論證系統(tǒng)簡(jiǎn)化的可行性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)目前的設(shè)計(jì)，小堆保護(hù)系統(tǒng)由四重冗余的序列A、B、C、D組成（見圖1），各序列之間以及安全系統(tǒng)與非安全級(jí)系統(tǒng)之間在物理、功能和電氣方面都是相互隔離的。反應(yīng)堆停堆和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)功能都在四個(gè)冗余的序列中執(zhí)行。

四個(gè)冗余序列使用四套獨(dú)立的傳感器。每個(gè)序列從對(duì)應(yīng)的傳感器/變送器采集信號(hào)，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過光纖I/O總線被送往其它序列進(jìn)行邏輯表決從而完成以下功能：反應(yīng)堆緊急停堆，汽機(jī)剎車，啟動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施和支持系統(tǒng)。

總共有八個(gè)停堆斷路器（分為四組，分別由四個(gè)序列控制），布置成四取二邏輯，任何兩個(gè)序列同時(shí)產(chǎn)生停堆信號(hào)都將導(dǎo)致停堆。

圖1 小堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

關(guān)于雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)，目前應(yīng)用比較成熟的是M310型核電廠中采用的保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為以下兩種：

1）福清/方家山項(xiàng)目

對(duì)于反應(yīng)堆緊急停堆系統(tǒng)，冗余的邏輯部分包含4個(gè)獨(dú)立的保護(hù)組（IP，IIP，IIIP和IVP），每一個(gè)保護(hù)組都從對(duì)應(yīng)的傳感器/變送器采集信號(hào)，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過光纖I/O總線被送往其余保護(hù)組和邏輯系列進(jìn)行邏輯表決從而完成以下功能：反應(yīng)堆緊急停堆，汽機(jī)剎車，啟動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施和支持系統(tǒng)。總共有8個(gè)停堆斷路器（每個(gè)系列4個(gè)，其中保護(hù)組I和III對(duì)應(yīng)A系列，保護(hù)組II和IV對(duì)應(yīng)B系列），它們以四取二的方式連接，每個(gè)保護(hù)組控制兩個(gè)停堆斷路器。

專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的儀表采集處理及閾值比較部分同緊急停堆系統(tǒng)一樣，在保護(hù)組里實(shí)現(xiàn)，是四重冗余的結(jié)構(gòu)。專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的邏輯部分是在邏輯處理系列里實(shí)現(xiàn)的，它被分成兩個(gè)系列（A系列和B系列）。每個(gè)系列從保護(hù)組獲取“局部脫扣”信號(hào)，經(jīng)過邏輯表決產(chǎn)生系統(tǒng)級(jí)的專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)下游設(shè)備。

專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含兩個(gè)完全獨(dú)立的邏輯系列，A系列和B系列的輸出信號(hào)提供給相應(yīng)系列的安全驅(qū)動(dòng)器。

圖2 福清/方家山項(xiàng)目保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，福清/方家山項(xiàng)目中采用的雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)只針對(duì)專設(shè)邏輯處理部分，停堆部分仍然采用四重冗余方式。這主要是因?yàn)橄掠?個(gè)停堆斷路器組成4取2邏輯，每個(gè)保護(hù)通道控制一對(duì)斷路器可降低誤動(dòng)概率，也便于試驗(yàn)與維護(hù)。基于這種結(jié)構(gòu)，停堆邏輯處理機(jī)柜和專設(shè)邏輯處理機(jī)柜都需要進(jìn)行4取2邏輯表決，增加了通訊模塊及網(wǎng)絡(luò)的使用。而對(duì)于小堆項(xiàng)目，由于下游工藝涉及的驅(qū)動(dòng)器沒有變化，不能減少輸出模塊的數(shù)量。因此，采用該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法簡(jiǎn)化保護(hù)系統(tǒng)的硬件規(guī)模。

2）嶺澳二期項(xiàng)目

整個(gè)系統(tǒng)由四個(gè)保護(hù)儀表組IP、IIP、IIIP、IVP和兩個(gè)邏輯系列A、B組成。緊急停堆系統(tǒng)和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都設(shè)計(jì)了兩個(gè)完全獨(dú)立的邏輯系列A和B。A系列和B系列的輸出信號(hào)提供給相應(yīng)系列的安全驅(qū)動(dòng)器，對(duì)應(yīng)地有兩套完全獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

儀表部分其冗余方式與邏輯部分不同，有四套冗余的保護(hù)儀表組。每一個(gè)保護(hù)組都從對(duì)應(yīng)的傳感器/變送器采集信號(hào)，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號(hào)。這些信號(hào)通過光纖通訊網(wǎng)分別送到半邏輯X、Y中進(jìn)行邏輯處理，X半邏輯與Y半邏輯設(shè)計(jì)成“與”的關(guān)系，即只有X和Y同時(shí)滿足時(shí)才產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的觸發(fā)信號(hào)，最后將觸發(fā)信號(hào)送到停堆斷路器和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)器。

總共有8個(gè)停堆斷路器（每個(gè)系列4個(gè)），每個(gè)系列控制四個(gè)停堆斷路器。

圖3 嶺澳二期項(xiàng)目保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嶺澳二期項(xiàng)目保護(hù)系統(tǒng)也采用了雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是停堆功能也在邏輯處理系列中實(shí)現(xiàn)，一個(gè)系列同時(shí)控制四個(gè)斷路器。為了降低誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)系列都設(shè)置了X、Y半邏輯，在半邏輯中進(jìn)行相同的邏輯處理，只有X和Y同時(shí)滿足時(shí)才產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的觸發(fā)信號(hào)。該結(jié)構(gòu)的硬件規(guī)模與四重冗余序列的結(jié)構(gòu)相當(dāng)。

2 總結(jié)

綜上所述，在小堆項(xiàng)目采用雙邏輯處理系列后的硬件規(guī)模與原四重序列的結(jié)構(gòu)基本相同。本項(xiàng)目中工藝系統(tǒng)參考了AP1000的設(shè)計(jì)，而保護(hù)系統(tǒng)也參考AP1000采用四重序列結(jié)構(gòu)與下游驅(qū)動(dòng)器相匹配。修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要對(duì)下游驅(qū)動(dòng)器的功能逐一分析，并根據(jù)冗余配置的原則分配到兩個(gè)系列中，如果分析不當(dāng)將存在安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，采用雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)需要修改保護(hù)系統(tǒng)的布置與供電方案。每個(gè)系列都要布置在獨(dú)立的房間并單獨(dú)配置兩路不間斷電源。鑒于上述原因，小堆項(xiàng)目保護(hù)系統(tǒng)宜維持原四重冗余序列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

［1］劉宏春.嶺澳二期核電站數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)[J].核動(dòng)力工程,2008(2).

［2］IEEE 603.IEEE Standard Criteria for Safety Systems for Nuclear Power Generating Stations[S].1998.

馮威（1982—），男，漢族，四川成都人，工程師，從事核電站儀控設(shè)計(jì)工作。

楊玉潔］