CENTER高通量工程試驗(yàn)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何正熙 劉宏春 肖鵬 王明星 徐建華 王遠(yuǎn)兵

【摘 要】中國工程試驗(yàn)堆（CENTER）是一種高性能、多用途、高安全性的高通量工程試驗(yàn)堆。隨著數(shù)字化技術(shù)（DCS）在核電廠的廣泛應(yīng)用以及提升CENTER工程儀控系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性等方面的需要，基于中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院自主研發(fā)的安全級(jí)DCS“龍鱗”平臺(tái)（NASPIC），CENTER工程首次在國內(nèi)試驗(yàn)堆中采用了先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)描述了保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，為其他試驗(yàn)堆建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】CENTER高通量工程試驗(yàn)堆；保護(hù)系統(tǒng)；DCS

中圖分類號(hào)： TL411.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）33-0021-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.009

【Abstract】The research reactor CENTER is a HFETR with high performance， multipurpose and high safety. Along with the widely implementation of digital technology （DCS） in nuclear power plant， and due to the requirement of enhancing I&C; system reliability and maintainability etc， It is the first time for CENTER among all the domestic research reactors to adopt advanced digital technology for implementing of reactor protection system based on the “NASPIC” platform developed by NPIC. This paper mainly describes the structure and operation principle of the reactor protection system， which can be used as reference in other similar projects.

【Key words】CENTER HFETR； Reactor protection system； DCS

0 前言

中國工程試驗(yàn)堆（CENTER）是根據(jù)我國核動(dòng)力技術(shù)發(fā)展及工程應(yīng)用需要建設(shè)的高性能、多用途、高安全性的高通量工程試驗(yàn)堆。隨著數(shù)字化技術(shù)（DCS）在核電廠的廣泛應(yīng)用以及提升CENTER工程儀控系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性等方面的需要，在CENTER工程中采用數(shù)字化技術(shù)替代原高通量工程試驗(yàn)堆（HFETR）的模擬技術(shù)設(shè)計(jì)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)已是必然選擇。因此，本項(xiàng)目首次在國內(nèi)的大型試驗(yàn)堆項(xiàng)目中采用了數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)方案，并基于中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院自主研發(fā)的安全級(jí)DCS“龍鱗”平臺(tái)（NASPIC）完成了保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備研制。目前，該系統(tǒng)已完成模擬件設(shè)計(jì)、制造和鑒定試驗(yàn)，并成功取得了國家監(jiān)管部門頒發(fā)的核安全級(jí)儀控設(shè)備制造許可證，相關(guān)供貨設(shè)備的設(shè)計(jì)制造工作正在有序進(jìn)行。CENTER反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是我國首套具備工程應(yīng)用條件的基于DCS技術(shù)的試驗(yàn)堆保護(hù)系統(tǒng)。

本文將主要從保護(hù)系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、工作原理等方面對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。

1 系統(tǒng)功能需求

CENTER工程試驗(yàn)堆采用池殼式總體布置，具有高參數(shù)、高安全性、堆芯布置靈活、輻照能力大等特點(diǎn)，同時(shí)設(shè)置了多個(gè)高溫高壓、不同瞬態(tài)性能的輻照考驗(yàn)回路，采用特殊設(shè)計(jì)的燃料元件和反射層組件以及布置了多個(gè)輻照考驗(yàn)孔道，可以滿足不同輻照任務(wù)的要求。為了保證反應(yīng)堆的運(yùn)行安全，CENTER工程試驗(yàn)堆設(shè)置了兩套獨(dú)立的具有多樣性的緊急停堆系統(tǒng)（配備了基于不同原理的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、能動(dòng)和非能動(dòng)相結(jié)合的應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)和應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)。

由于CENTER工程的功能、系統(tǒng)構(gòu)成、運(yùn)行方式等均與核電廠存在顯著差異，因此，其反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)架構(gòu)和功能特點(diǎn)等方面都與核電廠有所不同。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反應(yīng)堆安全有關(guān)的物理參數(shù)，探測(cè)這些參數(shù)的變化，在需要時(shí)觸發(fā)安全系統(tǒng)動(dòng)作，將反應(yīng)堆轉(zhuǎn)入并保持在安全狀態(tài)。在總體上，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)主要包括如下3方面功能：

（1）緊急停堆

（2）專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)

（3）事故后監(jiān)測(cè)

根據(jù)安全分析結(jié)論，系統(tǒng)設(shè)置了如下自動(dòng)停堆保護(hù)功能：

（1）核功率超停堆

（2）源區(qū)小功率超停堆

（3）短周期停堆

（4）中子注量率負(fù)變化率高停堆

（5）熱功率高停堆

（6）反應(yīng)堆入口壓力高/低停堆

（7）反應(yīng)堆出口壓力高/低停堆

（8）反應(yīng)堆出口溫度高停堆

（9）主冷卻劑流量低停堆

（10）外電源喪失停堆

除此以外，考驗(yàn)回路的部分異常工況也會(huì)觸發(fā)緊急停堆。

在專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)方面，主要執(zhí)行如下驅(qū)動(dòng)功能：

（1）應(yīng)急余熱排出

（2）應(yīng)急堆芯冷卻

（3）應(yīng)急電源啟動(dòng)

（4）應(yīng)急二次水啟動(dòng)

（5）密閉廠房隔離

（6）應(yīng)急排風(fēng)啟動(dòng)

在事故后監(jiān)測(cè)方面，主要監(jiān)測(cè)參數(shù)包括：

（1）堆芯出口溫度

（2）反應(yīng)堆冷卻劑溫度

（3）反應(yīng)堆冷卻劑流量

（4）反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力

（5）反應(yīng)堆壓力容器水位

（6）中間區(qū)中子注量率

（7）堆水池液位

（8）密閉廠房壓力

（9）部分廠房放射性

（10）元件存儲(chǔ)池液位

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

由于試驗(yàn)堆（研究堆）類型多，技術(shù)差異大，目前國內(nèi)研究堆的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，已有專門針對(duì)研究堆的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)大多集中在總體方面，比如HAF201（研究堆設(shè)計(jì)安全規(guī)定）、EJ/T 603（研究堆安全系統(tǒng)準(zhǔn)則）等。因此，在CENTER工程設(shè)計(jì)中，必須進(jìn)行采標(biāo)分析。

CENTER工程采用固有安全性較高的池式反應(yīng)堆，運(yùn)行參數(shù)和核功率均小于核電廠，同時(shí)在廠房設(shè)計(jì)和電力設(shè)計(jì)方面參考了核電廠，配置有類似于安全殼的密閉廠房，因此，在總體上，適用于核電廠的大量標(biāo)準(zhǔn)能夠覆蓋本工程的需要?；诖?，在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和設(shè)備研制中，在滿足CENTER工程所特有要求（比如環(huán)境條件、地震條件、供電條件等）的基礎(chǔ)上，其他方面全面參考采用核電廠已有成熟法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，這樣可以在不明顯增加研制成本的條件下降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并縮短周期。通過論證，CENTER工程反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)采用的主要標(biāo)準(zhǔn)有：

（1）總體性標(biāo)準(zhǔn)：

-HAF 201 研究堆設(shè)計(jì)安全規(guī)定

-HAD102/10核電廠保護(hù)系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)施

-GB/T 4083 核反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)安全準(zhǔn)則

-GB/T 5203 核反應(yīng)堆安全邏輯裝置特性和檢驗(yàn)方法

-GB/T 5204核電廠安全系統(tǒng)定期試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)

-EJ/T 603研究堆安全系統(tǒng)準(zhǔn)則

-GB/T 13626 單一故障準(zhǔn)則應(yīng)用于核電廠安全系統(tǒng)

-GB/T 13627核電廠事故監(jiān)測(cè)儀表準(zhǔn)則

（2）設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

-HAD102/16核動(dòng)力廠基于計(jì)算機(jī)的安全重要系統(tǒng)軟件

-NB/T 20060核電廠安全重要儀表和控制系統(tǒng)隔離準(zhǔn)則

-NB/T 20054核電廠安全重要儀表和控制系統(tǒng)執(zhí)行A類功能的計(jì)算機(jī)軟件

-IEEE 7-4.3.2 核電廠安全系統(tǒng)中數(shù)字計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)則

-RCC-E壓水堆核電站核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則

（3）試驗(yàn)與驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)

-HAD102/02核電廠的抗震設(shè)計(jì)與鑒定

-HAF.J0053核設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)指南

-GB/T 12727核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定

-EJ/T 1197核電廠安全級(jí)電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定試驗(yàn)方法與環(huán)境條件

-RG 1. 180安全相關(guān)的儀表和控制系統(tǒng)電磁和無線電頻率干擾評(píng)估準(zhǔn)則

-IEEE 1012系統(tǒng)和軟件的V&V;

2.2 系統(tǒng)總體方案

與目前核電廠中大量采用四重冗余的保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)不同[1]，由于CENTER工程試驗(yàn)堆具有固有安全性高、運(yùn)行周期短等特點(diǎn)，為了降低系統(tǒng)不必要的復(fù)雜性和建設(shè)成本，本項(xiàng)目在保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中總體上采用了三個(gè)冗余的保護(hù)通道和兩個(gè)冗余專設(shè)邏輯系列的結(jié)構(gòu)。

為了滿足單一故障準(zhǔn)則，保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)保護(hù)功能處理部分包含三個(gè)保護(hù)組（保護(hù)組I、保護(hù)組II和保護(hù)組III）和兩個(gè)邏輯系列（A系列和B系列），緊急停堆系統(tǒng)相關(guān)的信號(hào)采集及邏輯處理在三個(gè)保護(hù)組內(nèi)實(shí)現(xiàn)，專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能由保護(hù)組和邏輯系列共同實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)軟件共模故障，還配置了旁通數(shù)字化部分的手動(dòng)控制手段和基于模擬技術(shù)的第二停堆安全監(jiān)測(cè)邏輯裝置。

自動(dòng)保護(hù)功能所需的現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)（含模擬量輸入/開關(guān)量輸入/鉑電阻溫度計(jì)信號(hào)）首先被送至保護(hù)儀表預(yù)處理系統(tǒng)（PIPS），由PIPS機(jī)柜中的信號(hào)供電/采集/隔離/分配模塊處理后送至保護(hù)組處理機(jī)柜（RPC）中。

在RPC中，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)將在進(jìn)行必要的處理后（例如，開方，濾波，超前-滯后等）與保護(hù)定值進(jìn)行比較從而產(chǎn)生用于保護(hù)系統(tǒng)邏輯表決的“局部脫扣”信號(hào)。

對(duì)于緊急停堆功能，該“局部脫扣”信號(hào)除了參與自身所屬保護(hù)組的邏輯表決之外，同時(shí)通過光纖網(wǎng)絡(luò)送至其他兩個(gè)保護(hù)組。由于每個(gè)保護(hù)組均采取這種處理方式，從而每個(gè)保護(hù)組都能獲得與傳感器冗余度相當(dāng)?shù)摹熬植棵摽邸毙盘?hào)。然后，每個(gè)保護(hù)組對(duì)這些“局部脫扣”信號(hào)進(jìn)行邏輯表決，產(chǎn)生通道級(jí)的緊急停堆信號(hào)，該緊急停堆信號(hào)將被送往主停堆斷路器和第二停堆斷路器。

對(duì)于專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為了提高專設(shè)驅(qū)動(dòng)功能的可靠性、可維護(hù)性以及定期試驗(yàn)的方便性，每個(gè)邏輯系列設(shè)計(jì)了兩套專設(shè)系列處理單元（ESFAC-A1/ESFAC-A2和ESFAC-B1/ESFAC-B2）用于處理專設(shè)系統(tǒng)相關(guān)的功能。來自RPC單元與專設(shè)功能相關(guān)的“局部脫扣”信號(hào)不再在三個(gè)保護(hù)組之間進(jìn)行交換，而是被直接分別送往兩個(gè)邏輯系列并在其中完成邏輯表決及專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的其他邏輯運(yùn)算。ESFAC-A1和ESFAC-A2的輸出分別被送往相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊（ACM），并在ACM模塊中進(jìn)行“或”運(yùn)算后與來自其他安全等級(jí)的控制命令進(jìn)行優(yōu)選，然后由ACM將優(yōu)選后的控制命令送往現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

RPC以及ESFAC單元送往主控制室或者輔助控制室安全盤的信號(hào)通過傳輸單元（TU）進(jìn)行接口，它們送2層計(jì)算機(jī)化操作員工作站顯示和記錄的信號(hào)也需經(jīng)過TU單元送至網(wǎng)關(guān)單元后再送出。來自ESFAC-A1和ESFAC-A2（或ESFAC-B1和ESFAC-B2）的信號(hào)需要在TU-A（或TU-B）進(jìn)行“或”運(yùn)算后再送控制室進(jìn)行顯示和記錄。當(dāng)來自三個(gè)保護(hù)組的信號(hào)不需要進(jìn)行表決即可直接送控制室時(shí)，這些信號(hào)直接由所在保護(hù)組的TU單元送出。當(dāng)來自三個(gè)保護(hù)組的信號(hào)需要進(jìn)行表決后（例如：1/3或者2/3處理）再送控制室時(shí)，由保護(hù)組中的RPC單元先送至所屬保護(hù)組的TU單元，然后再由該TU單元分送至TU-A和TU-B進(jìn)行邏輯表決后，再由TU-A和TU-B送出。

保護(hù)系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)單元（GW）與控制室非安全級(jí)的控制系統(tǒng)進(jìn)行接口，滿足IEEE7-4.3.2的隔離準(zhǔn)則。

特別地，針對(duì)CENTER工程的特殊需要，在TU-A和TU-B之間設(shè)置了光纖通信網(wǎng)絡(luò)可以使A、B系列之間交換控制聯(lián)鎖信號(hào)。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3 定期試驗(yàn)方案

根據(jù)可試驗(yàn)性要求和GB/T 5204的規(guī)定，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行定期試驗(yàn)以對(duì)安全功能進(jìn)行定期驗(yàn)證。由于采用了全數(shù)字化的保護(hù)系統(tǒng)方案，在NASPIC平臺(tái)所固有的自診斷功能之外，定期試驗(yàn)方案中還充分考慮了數(shù)字化設(shè)備的特點(diǎn)，首先，系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在工程應(yīng)用軟件層面設(shè)置了如下連續(xù)自監(jiān)測(cè)功能：

（1）輸入通道的可運(yùn)行性監(jiān)測(cè)

-冗余通道輸入信號(hào)的交叉比較

-模擬量輸入信號(hào)的超量程判斷

（2）每個(gè)邏輯系列子組（如ESFAC-A1和ESFAC-A2）輸出一致性比較

（3）控制室互斥型開關(guān)觸點(diǎn)狀態(tài)規(guī)則檢查（監(jiān)測(cè)觸點(diǎn)異常狀態(tài)）

除上述自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能之外，保護(hù)系統(tǒng)還可以通過測(cè)量通道試驗(yàn)（T1試驗(yàn)）、系統(tǒng)邏輯功能試驗(yàn)（T2試驗(yàn)）、輸出通道及相關(guān)驅(qū)動(dòng)器試驗(yàn)（T3試驗(yàn)）以及系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)等一系列定期試驗(yàn)進(jìn)行完整的試驗(yàn)。

在定期試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，必須滿足GB/T 5204第5節(jié)要求。具體試驗(yàn)方案如下：

（1）T1試驗(yàn)

用于驗(yàn)證保護(hù)系統(tǒng)輸入通道的準(zhǔn)確度，從PIPS的輸入端注入試驗(yàn)信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)輸出保護(hù)定值閾值比較器前的模擬量信號(hào)和比較器后的開關(guān)量信號(hào)并與預(yù)期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可同時(shí)完成模擬量采集通道的精度驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)與T2試驗(yàn)的重疊。

（2）T2試驗(yàn)

雖然采用了數(shù)字化技術(shù)，保護(hù)系統(tǒng)主要邏輯功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，不存在“軟件老化”的問題，但由于軟件的運(yùn)行依賴于計(jì)算機(jī)硬件，通過對(duì)軟件的測(cè)試可以間接地檢查硬件中可能存在的問題，并且基于正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)系統(tǒng)并不觸發(fā)真實(shí)動(dòng)作這一事實(shí)，以及作為檢查軟件未產(chǎn)生未授權(quán)修改的補(bǔ)充手段，本項(xiàng)目中仍然設(shè)計(jì)了T2試驗(yàn)。由于“龍鱗”系統(tǒng)具有輸入變量強(qiáng)制和輸出閉鎖功能（所有輸出保持上一時(shí)可有效值，不受程序計(jì)算值的影響），因此，T2試驗(yàn)時(shí)，只需將被試驗(yàn)通道（或系列）設(shè)置為試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，通過工程師站對(duì)所有輸入信號(hào)（傳感器或來自其他處理單元的網(wǎng)絡(luò)變量輸入）進(jìn)行強(qiáng)制并從通道（或系列）的輸出端回讀程序計(jì)算結(jié)果，然后與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行比較，從而完成邏輯功能驗(yàn)證。T2試驗(yàn)?zāi)軌蚶霉こ處熣靖鶕?jù)測(cè)試腳本自動(dòng)完成。

由于T2試驗(yàn)是從閾值比較器的前端（模擬了傳感器輸入）開始，因此與T1試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了重疊。

由于T2試驗(yàn)會(huì)改變邏輯運(yùn)算程序的輸入，因此，邏輯運(yùn)算程序中如果有記憶單元（比如RS觸發(fā)器），則試驗(yàn)的最后必須通過強(qiáng)制部分輸入信號(hào)使相關(guān)記憶單元的輸出恢復(fù)到試驗(yàn)前的狀態(tài)，否則可能發(fā)生試驗(yàn)恢復(fù)時(shí)觸發(fā)錯(cuò)誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）T3試驗(yàn)

T3試驗(yàn)主要包括停堆斷路器動(dòng)作試驗(yàn)、ACM輸出閉鎖試驗(yàn)、輸出至外部系統(tǒng)的連接試驗(yàn)以及手動(dòng)緊急停堆試驗(yàn)等。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)停堆斷路器動(dòng)作試驗(yàn)和ACM輸出閉鎖試驗(yàn)進(jìn)行說明。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，為了在降低系統(tǒng)的誤動(dòng)和拒動(dòng)概率的同時(shí)提升系統(tǒng)的可維修性可試驗(yàn)性，緊急停堆信號(hào)的輸出采用了圖3的驅(qū)動(dòng)方案（圖中DO1～DO4輸出之后的“與”和“或”均是通過對(duì)相關(guān)繼電器輸出端進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，并無邏輯器件），其中DO1～DO4被分配到4個(gè)獨(dú)立的開關(guān)量輸出模塊。試驗(yàn)時(shí)，通過工程師站分別強(qiáng)制輸出DO1～DO4，通過DI1和DI2分別查看輸出繼電器和停堆斷路器的狀態(tài)，從而完成緊急停堆信號(hào)輸出通道上的部件功能及電氣連接的試驗(yàn)驗(yàn)證。

ACM輸出閉鎖試驗(yàn)用于驗(yàn)證ACM與ESFAC的信號(hào)連接狀態(tài)。試驗(yàn)在保護(hù)系統(tǒng)沒有真實(shí)動(dòng)作命令的狀態(tài)下進(jìn)行。ACM設(shè)計(jì)了輸出信號(hào)閉鎖端口，試驗(yàn)時(shí)，需要事先閉鎖ACM 上來自ESFAC輸入端口信號(hào)對(duì)ACM輸出的影響，然后通過工程師站強(qiáng)制ESFAC相應(yīng)的DO輸出，發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)至ACM 的ESFAC輸入端口，TU單元將采集ACM響應(yīng)試驗(yàn)輸入信號(hào)的反饋，從而完成ESFAC與ACM之間的信號(hào)連接檢查。為保證定期試驗(yàn)的透明性，如果試驗(yàn)期間產(chǎn)生真實(shí)保護(hù)動(dòng)作命令時(shí)，ACM輸出閉鎖信號(hào)將自動(dòng)取消，試驗(yàn)將自動(dòng)退出，系統(tǒng)立即恢復(fù)到執(zhí)行保護(hù)功能的狀態(tài)。

（4）響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)

響應(yīng)時(shí)間分為停堆響應(yīng)時(shí)間和專設(shè)響應(yīng)時(shí)間。兩者的試驗(yàn)方案均是通過信號(hào)發(fā)生器模擬前端測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)狀態(tài)，通過示波器測(cè)量輸入信號(hào)與動(dòng)作觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)間差獲得系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

2.4 缺省值方案

與模擬技術(shù)的保護(hù)系統(tǒng)無法判斷信號(hào)是否有效不同，基于“龍鱗”安全級(jí)DCS的保護(hù)系統(tǒng)可以為每一個(gè)信號(hào)分配“質(zhì)量位”，當(dāng)質(zhì)量位為“好”時(shí)表示數(shù)據(jù)可信，反之則表示數(shù)據(jù)不可信。輸入信號(hào)的連接狀態(tài)、電氣范圍、設(shè)備故障、設(shè)備是否處于試驗(yàn)狀態(tài)等均可以影響質(zhì)量位。通過質(zhì)量位更加準(zhǔn)確的確定一個(gè)信號(hào)的可信度并根據(jù)質(zhì)量位進(jìn)行智能處理，在提高安全性的同時(shí)提高了系統(tǒng)的可用性。

針對(duì)輸入和輸出信號(hào)，缺省值均可以設(shè)置為“上一刻有效值”、“預(yù)設(shè)值”以及“不干預(yù)（AS IS）”。

在CENTER工程中，缺省值的設(shè)計(jì)主要遵循如下原則：

（1）來自0層傳感器的信號(hào)不設(shè)置缺省值，質(zhì)量位直接傳遞；

（2）模擬量輸出缺省值設(shè)為“上一刻有效值”

（3）緊急停堆信號(hào)設(shè)置為“產(chǎn)生緊急停堆”

（4）專設(shè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為“不產(chǎn)生專設(shè)驅(qū)動(dòng)”。

3 系統(tǒng)驗(yàn)證

系統(tǒng)驗(yàn)證采用了試驗(yàn)驗(yàn)證和分析驗(yàn)證相結(jié)合的方式進(jìn)行。針對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證，制造了模擬件樣機(jī)，樣機(jī)分為鑒定設(shè)備和配試設(shè)備兩部分。鑒定設(shè)備涵蓋了一個(gè)完整的保護(hù)通道I、部分ESFAC-A1和ACM-A等設(shè)備，配試設(shè)備包含保護(hù)通道II、保護(hù)通道III以及其他模擬現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的設(shè)備。

樣機(jī)在通過完整的功能性能試驗(yàn)驗(yàn)證后，按照鑒定試驗(yàn)大綱要求開展了電磁兼容試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)（電壓變化和溫度變化試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、溫度變化試驗(yàn)、交變濕熱試驗(yàn)、恒定濕熱試驗(yàn)）、振動(dòng)試驗(yàn)、長期運(yùn)行試驗(yàn)和地震試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計(jì)滿足工程要求。

在可靠性方面，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了故障模式及后果分析（FMEA），然后采用故障樹（FTA）和馬爾科夫法（Markov）對(duì)系統(tǒng)的拒動(dòng)概率和誤動(dòng)概率進(jìn)行了計(jì)算，在定期試驗(yàn)周期不超過3個(gè)月的條件下，系統(tǒng)的拒動(dòng)率低于1×10-6/命令，誤動(dòng)率低于10年一次。其次，還設(shè)置了可靠性試驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的可靠性（拒動(dòng)和誤動(dòng)率）進(jìn)行測(cè)試。直接進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)拒動(dòng)率（1×10-6/命令）測(cè)試需要耗費(fèi)大量的設(shè)備和時(shí)間，因此必須根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行等效試驗(yàn)。

通過上述方法，在確保試驗(yàn)結(jié)果可信的前提下，測(cè)試時(shí)間減少為原系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的0.6%，顯著提高了測(cè)試效率。

經(jīng)過對(duì)單個(gè)保護(hù)通道的可靠性測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)可靠性滿足工程要求。

4 結(jié)論

CENTER工程是我國首個(gè)儀表與控制系統(tǒng)全面采用了基于DCS技術(shù)的大型試驗(yàn)堆。通過CENTER工程數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)工作，為我國試驗(yàn)堆在儀表與控制領(lǐng)域的“數(shù)字化”積累了寶貴工程經(jīng)驗(yàn)，其在標(biāo)準(zhǔn)采用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)及驗(yàn)證方法等方面均可作為其他試驗(yàn)堆建設(shè)或技術(shù)改造的參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉宏春，等.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，2008，29（1）：1-4.