核電廠地震自動停堆功能設計研究

杜德君，何慶鐳

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

核電廠地震自動停堆功能設計研究

杜德君，何慶鐳

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

1 引言

RG1.166核電廠地震前計劃和震后的及時操作（1997版）及美國聯邦法規10 CFR 50附錄S-《Earthquake engineering criteria for nuclear power plant》的IV（a）（3）要求，“如果地面運動超過運行基準地震動OBE，或者電廠發生顯著破壞，營運單位必須停堆”；國際原子能機構（IAEA）最新核安全法規NS-G-1.6 2003版要求核電廠在綜合考慮多種因素情況下確定是否設置自動觸發停堆的地震儀表系統。福島事故發生后，世界各國都在重新評估核電廠設置地震自動停堆信號的必要性，韓國已明確要求核電廠設置地震自動停堆信號。我國《“十二五”期間新建核電廠安全要求》也建議增加此功能。

因此，為了更好地滿足核安全法規和安全評審要求，提高電廠的安全性，在“華龍一號”堆型的地震儀表系統設計中，增加了地震自動停堆功能，在強地震情況下實現電廠的自動停堆。

2 地震自動停堆功能設計分析

目前，在國內已建核電廠中，只有田灣核電廠的VVER機組設計了地震儀表自動停堆功能，在其他核電廠尚無應用。VVER堆型的地震自動停堆功能劃分為安全級。

國家核電技術公司在消化吸收西屋公司的AP1000堆型的基礎上，自主研發了CAP1400堆型。國家核安全局在2014年6月針對CAP1400示范工程若干審評問題的技術見解中明確：為減少包括人因失誤、操縱員無法完成停堆操作等在內的不確定因素，核電廠應設置地震自動停堆信號，同時鑒于該系統主要承擔縱深防御功能，新增設的地震自動停堆系統為非1E 級，停堆信號可不接入安全級的PMS 系統。

在其他新建核電機組初步安全分析報告的審評過程中，我國的核安全監管部門也要求地震儀表系統需要增加地震自動停堆功能。

考慮了VVER的設計和運行經驗、安審部門對CAP1400示范工程及新建機組技術理解的基礎上，“華龍一號”堆型的地震儀表系統設計保留以往M310堆型的地震儀表系統地震監測和報警功能的同時，增加了地震自動停堆功能。同時保證停堆邏輯的軟件可靠性，確定由地震儀表信號提供觸發信號，在多樣化驅動系統內實現停堆邏輯的方案。確定了增加在多樣化驅動系統實現自動停堆邏輯的地震自動停堆功能?！叭A龍一號”堆型設計的地震儀表系統是每臺機組一套地震儀表系統。

3 地震自動停堆功能的實施方案

地震停堆功能設計與“華龍一號”堆型的廠房結構特點、總體布置方案、以及儀控系統總體實施方案緊密結合，在保證強震情況下可靠執行自動停堆功能的同時，考慮了比較完善的防誤動措施，保證電廠的經濟性。

3.1 參與地震自動停堆功能的傳感器測點確定

首先，為了防止地震儀表系統發生誤觸發事件導致兩臺機組同時停堆，每臺機組分別設置一套地震儀表系統；其次，為了防止因局部振動引起同時誤觸發多臺儀表超出限值導致誤停堆，設置了4臺加速度儀參與地震自動停堆功能，且保證4臺加速度儀空間上保證一定的距離，盡可能分布在不同房間內，且所在房間無大型轉動、撞擊設備。結合以上考慮因素，以及“華龍一號”堆型三維圖紙的房間內設備布置情況確定了參與地震自動停堆的測點布置。以福清5、6號機組為例，參與地震自動停堆的三軸向加速度儀分別位于每臺機組的R162、R163、R161、R160房間；此四個房間位于核島環廊的四個邊角上，保證了加速度儀的空間距離。

3.2 停堆邏輯設計

當加速度儀測到超過預定閾值的強震動時，就發出停堆觸發信號至地震儀表系統的中央處理機柜報警箱。報警箱將8個地震觸發信號（每個加速度儀對應兩個ON/OFF信號輸出）送往多樣化驅動系統參與表決，在多樣化驅動系統的兩個處理單元上分別完成退防表決邏輯（4個有效輸入的一般情況：2/4，1個無效輸入：2/3，2個無效輸入：2/2，3個無效輸入：不產生有效輸出）；再將多樣化驅動系統兩個處理器的表決后信號通過“2取2”邏輯處理，送出停堆信號。以降低出現誤停堆事件的概率，保證電廠可用性。同時確定了報警箱與多樣化驅動系統之間硬接線的連接性試驗方案，以及對應的報警指示。具體邏輯如圖1所示：

圖1 地震事件引發停堆及報警邏輯圖

圖1 中， 001KG為定期試驗按鈕，003~010SY為地震自動停堆觸發信號，XISI003~010SKS為各個地震自動停堆觸發信號的單獨報警，XISI005KA為非試驗情況下地震自動停堆觸發信號總的報警，XISI003KA為地震自動停堆報警。

3.3 地震自動停堆功能的可靠性設計

可靠性能設計：在此設計中，用于停堆的地震信號測量和處理回路之間相互獨立，避免了共模故障，其采集信號通過硬接線直接與中央處理機柜的報警箱連接，送往多樣化驅動系統機柜，中間不涉及任何軟件處理，避免地震監測系統工控機的可靠性能影響地震自動停堆功能的實現。

防止誤觸發設計：每個加速度儀對應兩個ON/OFF信號輸出，并分別在不同多樣化驅動系統機柜中進行邏輯運算，保證在一個硬接線信號出現故障時，另外一個信號可以正常工作，防止出現誤觸發地震停堆功能（如實現多樣化驅動多樣化驅動系統功能的平臺具有回路短接監測功能的輸入模件，則建議采用此類模件）；系統或者預期瞬態未停堆系統對地震自動停堆信號的表決邏輯采用了退防邏輯，如果監測到某個信號為故障信號，則完成退防表決邏輯，保證地震自動停堆觸發信號的可靠性。

故障功能報警的設計：在正常運行時，如果出現單個傳感器或硬接線回路故障，通過設置任何一個硬接線帶電，產生一個二層報警指示，確保及時發現并排除加速度儀及其信號通路的故障。

定期試驗的設計：通過在地震儀表系統中央處理機柜側注入測試信號，在多樣化驅動系統或者預期瞬態未停堆系統側進行相應信號讀取的方式，進行兩者之間硬接線連接性的定期試驗，同時保證測試信號不會觸發報警，避免對操縱員產生不必要的干擾。多樣化驅動系統內的地震自動停堆表決及退防邏輯將在其系統定期試驗期間完成；通過定期試驗，保證地震自動停堆功能的可用性和可靠性。

4 設計方案總結

與目前我國役及在建的核電廠地震儀表系統設計比較，在保證地震儀表系統的報警和地震信息記錄功能的基礎上，充分利用了已有的系統設計，本著簡單可靠的原則，沒有過多地增加設備及設計的復雜性，實現核電廠地震自動停堆功能。本設計符合國內最新地震儀表標準NB/T 20076-2012的要求。

另外，在發生超過預置閾值的強地震情況下，核電廠自動停堆極大地減小了核電廠結構、設備的損壞程度，從而有效降低強地震帶來的經濟損失和人員傷害。

綜上所述，ACP1000堆型的地震自動停堆功能設計方案，在保證地震儀表系統報警功能的基礎上，增加了地震自動停堆功能，減輕了操縱員在地震情況下的工作負擔，且有助于提高電廠的安全可靠性和經濟性。

[1] NB/T 20076-2012, 核電廠地震儀表準則[S].

[2] GB/T 13625-1992, 核電廠安全系統電氣設備抗震鑒定[S].

[3] RCC-E-2005, 壓水堆核電站核島電氣設備設計和建造規則[S].

[4] RG1.166-1997, Pre-Earthquake Planning and Immediate Nuclear Power Plant Operator Post-Earthquake Actions[S].

[5] “十二五”期間新建核電廠安全要求[Z].

Design Study of Earthquake Automatic Reactor Trip Function of NPP

核電廠正常運行期間發生地震，地震儀表系統的三軸向加速度儀將檢測的地震動加速度值與預先設定的閾值進行比較。如果加速度值超過閾值，則此加速度儀觸發送往多樣化驅動系統的地震停堆信號。多樣化驅動系統在接收到觸發信號后，經過符合邏輯運算后，最后發出送往反應堆棒控系統電源柜的地震自動停堆觸發信號。

核電廠；地震；自動停堆

During the nuclear power plant in the normal operation, if there is an earthquake, the tri-axial accelerator of seismic instrumentation system shall compare the measured acceleration value and with preset value. If the acceleration value exceeds the preset value, the corresponding accelerator shall issue an earthquake trip reactor signal to diversity actuation system. After the diversity actuation system receives the trigger signal and executes the related logic, it will send the final signal to the reactor rod control system’s power supply cabinet for implementing earthquake automatic reactor trip function.

Nuclear power plant; Earthquake; Automatic reactor trip

B

1003-0492(2016)03-0076-02

TM623

杜德君（1977-），男，吉林公主嶺人，工程師，畢業于哈爾濱工程大學控制理論與控制工程專業，獲工學碩士學位，現就職于中國核電工程有限公司，長期從事核電站儀控系統設計工作，先后參與秦山二期擴建核電工程、嶺澳二期核電工程、方家山、福清等多個核電工程地震儀表系統設計工作，對核電廠地震儀表系統具有較深的研究。

何慶鐳（1981-），男，山西人，工程師，碩士，現就職于中國核電工程有限公司，主要研究方向為儀表與控制。