核電廠儀表和控制系統縱深防御與多樣性分析

時中政 魏紹帥

摘 要：核電廠儀表和控制系統中，縱深防御與多樣性是安全性能的主要決定因素。對于縱深防御系統與多樣性兩者相結合運用的情況來看，通過對二者進行單獨的分析并找出獨特的技術來進行結合，運用在核電廠儀表和控制系統中是非常重要的，通過充分發揮縱深防御與多樣性的優勢，全面提高核電廠儀表和控制系統的性能，將先前的一些故障進行排除。本文主要通過分析核電廠儀表和控制系統縱深防御與多樣性，以此來實現上述目的。

關鍵詞：核電廠;儀表和控制;縱深防御;多樣性

引言

核電廠儀表和控制系統中的安全方面，縱深防御與多樣性占據了主要的部分。其中縱深防御與多樣性的組成主要包括為相關的設計者，組織人員以及相關設備等等。通過運用縱深防御與多樣性的功能來確保在事故發生的情況下能夠做到將事故的安全隱患降到最低或是將事故進行有效的解決。縱深防御的范圍涉及到整個核電廠，當核電廠的任意地方出現事故時，縱深防御能夠及時有效的處理問題。作為核電廠儀表和控制系統安全的重要組成部分，縱深防御系統在設計的過程中必須遵循著D3設計準則。本文對于縱深防御系統的分析將建立在D3的相關規定之中。

1 D3技術分析

D3技術主要由兩種成分組成，分別是縱深防御和多樣性。D3技術只有當兩種成分都完全具備時，才能夠充分發揮出自身的作用。縱深防御指的是一種保護的屏障，當核電廠產生核泄漏等現象時，縱深防御的屏障會充分發揮出它的保護作用，盡可能的將核能源阻擋在屏障之外。只有當屏障受損或是破裂時，核泄漏才有可能危害到人的生命安全，或是對環境造成危害。多樣性指的是D3技術具有多重特點，主要還是針對于防護措施上有著較多的不同，能夠較好的應對多種情況的發生。除此之外，D3技術還有備用功能。備用功能是建立在D3技術失效的情況下發揮作用的。D3技術有可能會因為設備的老化或是設備的損壞，在意外發生的過程中，無法正常運行設備來阻止隱患，這時候D3技術的備用功能就能夠發揮作用了。備用技術通過啟動冷卻堆芯等設備來對有關的反射性物質進行短暫性的阻止，在阻止過程中能夠給到足夠的時間讓相關的技術設備恢復正常，以此來阻止核泄漏等事故的發生。[1]

多樣性則是對縱深防御的一種加強。縱深防御是一項較為單一的防御措施，而多樣性是建立在縱深防御的基礎上進行開發的。多樣性能夠很好的應對不同的突發事故。多樣性中有著較為先進的傳感器，傳感器通過對與故障的識別，判斷出故障的類型，系統會根據故障的類型來提供最優質的解決方案。但是就我國當前的技術來看，多樣性的識別能力仍然存在不足，對于較為細分化的故障判斷會存在一定的誤差，不過這些誤差能夠在后期的篩選中進行彌補。同時，多樣性也是防止潛在故障發生的一項手段。

2 D3在I&C系統中的應用分析

2.1縱深防御應用分析

在實現控制系統功能時，通常是通過非安全級的電廠控制系統進行完成的。這個控制過程一般是讓電廠在正常的工作狀態下讓電廠保持在穩定正常的限制范圍中，同時在電廠工作時對電廠進行密切監測。在發現電廠的工作狀態出現了較大的變化且遠離了正常工作時的限制，就可以通過控制系統通過一定的方式對電廠的工作進行修正以讓電廠能夠正常的運轉，同時還能防止安全措施RT和ESF被啟動。反應堆的停堆層的功能實現需要依靠安全級的反應堆的停堆系統中的RT來完成;并且，非安全級的多樣化驅動系統也能夠為停堆層提供RT功能的自動化服務。通過此防御層，雖然能夠通過反應堆的保護系統以及多樣化驅動系統來達到防御層的功能，但是兩者之間來達到RT目的的方式有著較大的不同，這個現象表面了多樣性的原則，在這里，通過設計的多樣性以及信號的多樣性等，讓安全級的反應堆停堆系統里的ESF驅動來完成安全設施的驅動系統層的功能;并且，多樣化的驅動系統還能夠幫助一些指定的ESF部件來驅動子設備，以達到自動進行驅動的功能，此功能的實現多樣性的原則。[2]

2.2多樣性應用分析

2.2.1系統間多樣性應用分析

關于電廠的控制系統、反應堆保護系統以及多樣化的驅動系統使用的是經過分析制造的專業傳感器，這些傳感器之間存在著不同，以讓各個系統能夠在信息采集上具有更出色的能力以適應所面臨的工作，而傳感器將所采集到的有關信號發送到自動邏輯單元中進行分析處理，再讓執行器進行控制，把重要的信號發送至主控室中去處理。在電廠的控制系統中的所有數據以及反應堆保護系統的一些數據都是利用數據通信網來傳遞的，再通過控制室堆這些數據來完成非安全級的顯示。主控制室中會安裝有安全級的顯示設備，以讓反應堆保護系統能夠在控制室中能夠顯示。為讓已有的設備能夠得到較大效率的適應，需要讓反應堆保護系統將收集并且處理后的數據傳遞給電廠控制系統中的安全級傳感器。關于多樣化驅動系統，是一種獨立的系統，它所能完成的傳感器的數據采集工作以及對數據的處理能力等工作都與其它系統相互獨立。[3]

2.2.2功能中多樣性應用分析

多樣性一般是應用在安全級別的功能當中的，尤其是RT功能中，多樣性得到了非常好的利用。RT中的功能是讓反應堆能夠進行及時的引入次臨界狀態，同時保持有充足的RT裕量，而RT的能夠使將控制棒通過一定的方式插入堆芯中。[4]

3 結束語

按照NUREG/CR6303里的要求，對核電廠的I&C系統縱深防御以及多樣性的應用探究，得出了相關的結論，在進行設計的環節中將D3的設計應用到其中是非常有幫助的一種做法。在核電站的I&C系統中可以將多重屏障和多樣化的系統設備以及功能進行設置，以讓核電廠能夠擁有較高的安全能力，避免核電廠存在著隱患導致之后發生重大事故，并且系統還能夠讓核電廠擁有更好的使用能力，提高所產生的經濟效果，不僅讓核電廠更加安全，降低了危險發生的可能性，改降低了對自然環境的破壞。

參考文獻：

[1]NUREG/CR6303-1994Methodforperformingdiversityanddefense-in-depthanalysisofreactorsystems[S].1994.

[2]HAF102-2004核動力廠設計安全規定[S]·2004.

[3]HAD102.14-1988核電廠安全有關儀表和控制系統[SJ.1988.

[4]林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008：375-379.

（中國核電工程有限公司華東分公司 調試部，浙江 嘉興 314000）