秦二廠保護系統ATWT分析與改進

黃 遠，李 捷

（中核核電運行管理有限公司 維修三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

反應堆保護系統是核電站重要的控制系統，作為保護系統的一部分，ATWT系統是為了解決預期瞬態不停堆而增設的一套系統[1]。ATWT系統監測蒸發器給水流量，在兩臺蒸發器給水流量均低于定值時觸發啟動輔助給水、汽機剎車以及緊急停堆信號。ATWT系統的邏輯處理和輸出線路由繼電器組成，包含多個單一故障點，這使得ATWT系統試驗具有較高的停機停堆風險。2013年，秦二廠2號機組發生了在ATWT系統試驗期間由于試驗閉鎖回路故障導致的停機停堆事件，自事件以來，秦二廠陸續對ATWT系統實施了多項改進，包括試驗流程改進以及閉鎖回路改進，這些改進尤其是ATWT閉鎖回路改進，有效地提高了ATWT閉鎖可靠性，大大降低了試驗風險，降低了系統誤動概率，進一步完善了保護系統，對電廠的安全穩定運行具有重要意義。

圖1 反應堆保護系統結構方框圖Fig.1 Block diagram of reactor protection system structure

1 保護系統ATWT概述

由所有電器件、機械器件和線路（從傳感器一直到執行機構的輸入端）組成的產生保護信號的系統稱為反應堆保護系統，反應堆保護系統的邏輯處理裝置簡稱RPR，它包括緊急停堆系統、專設安全系統和ATWT系統。反應堆保護系統的結構方框圖如圖1所示。

反應堆保護系統的主要功能是在異常工況或事故工況下，通過停堆和（或）啟動專設安全設施，以防止或減輕堆芯和冷卻劑系統部件的損壞，保護三大核安全屏障的完整性，避免引起放射性物質大量逸出，保護核電廠周圍環境不受污染以及人員的安全。當電站運行到某種狀態時允許手動或自動閉鎖某些保護動作，防止系統誤動作；當反應堆出現異常，但還不至于馬上危及反應堆安全時，為確保電站連續正常運行，保護系統向主控室操作人員發出報警信號或閉鎖相關系統提供安全措施，如停棒（啟堆時）或插棒（功率運行時）使反應堆恢復到安全運行狀態；當運行參數超過停堆整定值時，能快速緊急停堆；當出現超過停堆保護能力的事故時，能快速停堆并啟動相應的專設安全設施，控制事故進一步發展和防止放射性物質擴散。

圖2 ATWT系統邏輯圖Fig.2 ATWT System logic diagram

作為保護系統的一部分，ATWT系統是為了解決預期瞬態不停堆而增設的一套系統(ATWT是預期瞬態不停堆的英文縮寫：Anticipated Transient Without Trip )，ATWT系統采用不同于反應堆保護系統所使用的CMOS邏輯線路，它的邏輯處理和輸出線路由繼電器組成，與反應堆保護系統在電氣上以及實體上進行隔離，并與緊急停堆系統在設備上體現了多樣性。ATWT系統監測蒸發器給水流量，在兩臺蒸發器給水流量均低于定值時觸發啟動輔助給水、汽機剎車以及緊急停堆信號，在堆外核測系統兩個中間量程均大于30%FP前，ATWT信號是被閉鎖的。對預期瞬態不停堆工況的研究表明：如果能啟動輔助給水，汽輪機能剎車，則其后果是可以接受的[2]。ATWT系統邏輯圖如圖2所示。

2 ATWT系統分析

2.1 ATWT系統單一故障點分析

單一故障準則是反應堆保護系統重要的設計準則，它是指某設備組合（某系統）在其任何部位發生可信的單一隨機故障時仍能執行其正常功能，即系統內的單一故障既不會妨礙系統完成要求的保護功能，也不會給出虛假的保護動作信號。簡而言之，就是單個部位故障既不會造成系統拒動，也不會造成系統誤動。下面所指的單一故障點就是自身故障會引起系統拒動或誤動的單個系統零部件（包括試驗開關、繼電器、電源等）。ATWT原理簡圖如圖3所示。

由ATWT原理圖可以看出，ATWT系統有以下單一故障點：

1）延時繼電器

延時繼電器拒動或其觸點接觸不良，將導致ATWT輸出繼電器無法動作，ATWT系統拒動。

2）試驗信號繼電器

圖3 ATWT原理簡圖Fig.3 ATWT Principle diagram

試驗信號繼電器拒動或其觸點粘連，若此時進行ATWT試驗將導致系統誤動；試驗信號繼電器誤動或其觸點接觸不良，將導致ATWT系統拒動。

3）輸出繼電器

輸出繼電器誤動或其觸點接觸不良，將導致ATWT系統誤動；同理，輸出繼電器拒動或其觸點粘連將導致ATWT系統拒動。

4）閉鎖繼電器

在閉鎖ATWT時，若閉鎖繼電器拒動或其觸點接觸不良將導致ATWT系統誤動；反之同理。

5）RPA462CC

此轉換開關直接控制閉鎖繼電器，故障時對系統的影響同上。

6）RPA/B318CC

RPA/B318CC與閉鎖繼電器觸點共同組成閉鎖回路，故障時對系統的影響同閉鎖繼電器。

7）RPA724UD

此電源是為延時繼電器、輸出繼電器以及閉鎖繼電器供電，當其故障時，ATWT系統將拒動。

8）RPA731UD

此電源為試驗信號繼電器供電，當其故障時，試驗信號繼電器拒動，若此時進行ATWT試驗將導致系統誤動。

2.2 ATWT試驗分析

2.2.1 ATWT試驗簡介

ATWT系統在投運后，每兩個月執行一次周期試驗。ATWT試驗使用的設備是ATWT機柜本身，機柜里有旋轉開關和試驗按鈕。試驗分兩個階段進行：第一階段試驗輸入繼電器，分別試驗主給水流量和中間量程中子注量率輸入信號，檢查其單個及符合信號的正確性。當然如果主給水流量本身就低于6%NF或中間量程中子注量率≥30%FP，則分別不做上兩項試驗；第二階段試驗總體符合輸出繼電器電路，此時，保護動作觸發信號的輸出是被禁止的，利用機柜內的指示燈判斷繼電器的動作是否正常。具體試驗流程如圖4所示。

圖4 ATWT試驗流程Fig.4 ATWT Test flow

2.2.2 ATWT試驗風險分析

在進行ATWT試驗時，中間量程允許信號、SG1/2給水流量低信號試驗開關動作，會觸發試驗信號，試驗信號繼電器動作后使ATWT輸出繼電器無法動作，而ATWT輸出試驗時，閉鎖繼電器會動作，即整個試驗過程中，ATWT系統處于拒動狀態。

1）中間量程允許信號試驗

在進行中間量程允許信號試驗時，若SG1/2給水流量低信號存在，則會產生ATWT信號，但被試驗信號繼電器閉鎖。

2）SG1/2給水流量低試驗

進行SG1/2給水流量低試驗時，若中間量程允許信號存在，又同時觸發SG2/1給水流量低信號，則會產生ATWT信號，但被試驗信號繼電器閉鎖。

3）ATWT組合邏輯試驗

組合邏輯試驗時會直接產生ATWT信號，同樣被試驗信號繼電器閉鎖。

4）ATWT輸出試驗（或停堆ATWT試驗）

輸出試驗時，試驗信號不存在，延時繼電器動作后，輸出繼電器動作，但其輸出被閉鎖繼電器以及RPA/B318CC閉鎖。

圖5 改進后ATWT試驗流程Fig.5 Improved ATWT test process

綜上所述，在進行ATWT試驗時，風險主要在于試驗信號繼電器、閉鎖繼電器以及RPA/B318CC閉鎖有效性。試驗信號繼電器是靠其常閉觸點斷開閉鎖，閉鎖繼電器靠其常開觸點閉合閉鎖（停堆信號、GCT聯鎖信號），PRA/B318CC同樣靠其觸點閉合來閉鎖，根據經驗，繼電器觸點斷開或閉合故障較為少見，而轉換開關觸點閉合故障卻時有發生。因此，ATWT試驗（包括停堆ATWT試驗）高風險點在于閉鎖回路有效性，也就是RPA/B318CC轉換開關觸點性能是否良好。

3 ATWT系統改進

3.1 ATWT試驗流程改進

在進行ATWT兩月周期試驗時，除了ATWT輸出部分試驗，其余部分均依賴試驗信號繼電器閉鎖，若試驗期間試驗信號繼電器故障，可能使ATWT信號觸發，直接造成停機停堆等嚴重后果。為了防止這種情況發生，可在試驗開始前，將RPA462CC打至P3位置，即讓閉鎖繼電器動作，閉鎖ATWT輸出信號。改進后流程如圖5所示，這樣便消除了試驗繼電器這個單一故障點，降低了ATWT試驗風險。

3.2 ATWT閉鎖回路改進

ATWT輸出閉鎖會將緊急停堆、啟動輔助給水泵等所有輸出信號閉鎖，停堆閉鎖則是重中之重。停堆閉鎖由318CC和閉鎖繼電器的觸點串聯而成，318CC開關觸點性能是影響閉鎖回路有效性的重要因素。2013年8月21日，秦二廠2#機組停堆ATWT試驗期間，曾發生了由于試驗開關2RPA318CC的25-025觸點閉合不良而引起的停堆閉鎖失效，導致停堆停機的事件。

圖6 318CC改進前后Fig.6 318CC Before and after improvement

圖7 ATWT停堆閉鎖回路優化后Fig.7 After the ATWT shutdown latch loop is optimized

318CC開關觸點性能不穩定且停堆閉鎖回路狀態缺乏有效監測手段，是造成試驗風險過高的主要原因。為解決這一問題，秦二廠對ATWT停堆閉鎖回路先后進行了兩項改進。

3.2.1 318CC開關觸點并聯

將閉鎖回路中318CC開關觸點再并聯一副觸點，這樣只有兩副觸點同時故障才會導致閉鎖失效，大大降低了閉鎖失效概率，改進前后如圖6所示。

3.2.2 ATWT閉鎖回路優化

為了實現ATWT停堆閉鎖回路狀態監測，同時優化閉鎖回路，秦二廠提出了“通過繼電器實現閉鎖和監測”方案，在保證繼電器自身可靠性的前提下，可完成閉鎖以及回路監測，避免誤停堆?；芈穬灮笕鐖D7所示。

這樣優化不僅實現了停堆閉鎖監測，還有以下優點：

1）318CC觸點不直接參與停堆閉鎖，停堆閉鎖僅靠繼電器的一副觸點實現，有效降低了閉鎖回路對318CC的敏感性，提高了ATWT停堆閉鎖的可靠性。

2）通過觸點并聯使閉鎖開關462CC的閉鎖觸點由一副增加為兩副，大大降低了閉鎖指令失效的概率，提高了ATWT輸出閉鎖可靠性。

3）閉鎖成功后，新增繼電器通過自身觸點自保持，能夠完全避免318CC失效帶來的影響，進一步提高了ATWT停堆閉鎖的可靠性。

ATWT閉鎖回路的優化有效地提高了ATWT輸出閉鎖、停堆閉鎖的可靠性，大大降低了試驗風險，通過閉鎖監測，基本避免了停堆閉鎖失效情況下試驗人員繼續試驗導致停堆的事件發生，進一步完善了保護系統，對于電廠安全穩定運行具有重要意義。但需要注意的是：

a）在ATWT停堆閉鎖成功后，只能通過閉鎖繼電器也就是開關462CC解除閉鎖，318CC不再具有解除閉鎖功能。只有在停堆回路沒閉鎖時，318CC才具有禁止閉鎖功能。

b）閉鎖繼電器、新增繼電器都僅有一副觸點直接參與閉鎖，可通過再并聯一副自身觸點的方法，簡單、直接地進一步提高閉鎖回路可靠性。

4 總結

作為保護系統的一部分，ATWT系統在正常運行或試驗時一旦誤動將造成停機、停堆等嚴重后果，嚴重影響電廠的經濟效益。本文簡單介紹了ATWT系統，通過對ATWT系統的仔細分析，找出了ATWT系統的單一故障點；同時，根據ATWT試驗方法和流程，結合故障經驗，詳細地列出了ATWT試驗存在的風險，并一針見血地指出了試驗高風險點。重要的是，本文細致地講解了針對試驗風險的系統改進并指出了改進需要注意的地方，這些改進尤其是ATWT閉鎖回路改進，有效地提高了ATWT閉鎖可靠性，大大降低了試驗風險，降低了系統誤動概率，進一步完善了保護系統，對電廠的安全穩定運行具有重要意義。上述內容都具有重要的借鑒意義和工程實際應用價值，可供相關工程技術人員參考。