AP1000電站保護和安全監(jiān)控系統(tǒng)預運行測試分析

張思成，許江

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

0 引言

AP1000核電站的保護和安全監(jiān)控系統(tǒng)(PMS)采用數(shù)字化儀控平臺Common Q進行搭建，主要承擔反應堆停堆(RT)、專設安全設施驅(qū)動(ESF)和核級數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(QDPS)3項主要功能，其安全、穩(wěn)定運行對電站至關(guān)重要?；诖?，從測試的可靠性和嚴密性出發(fā)，采用交疊測試方法對PMS進行預運行測試，其目的是驗證PMS各個組成部分及功能是否滿足系統(tǒng)設計要求。本文結(jié)合PMS的結(jié)構(gòu)特點，對現(xiàn)場PMS預運行測試情況進行介紹和分析。

1 PMS功能結(jié)構(gòu)及預運行測試方法

1.1 PMS結(jié)構(gòu)組成

圖1 PMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PMS結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PMS主要包含:傳感器;核儀表子系統(tǒng)(NIS)，用于堆外探測器接口;雙穩(wěn)態(tài)處理器邏輯(BPL)，用于信號采集和產(chǎn)生局部停堆信號;局部符合邏輯(LCL)，用于表決、產(chǎn)生停堆信號和產(chǎn)生ESF系統(tǒng)驅(qū)動信號;集成邏輯處理器(ILP)，用于設備控制和輸出;集成通信處理器(ICP)，用于序列間的接口和外部接口;集成測試處理器(ITP)，用于測試和診斷;維護和測試面板(MTP)，用于維修、測試、校準及與非安全系統(tǒng)的通信;核級數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(QDPS)，只有B和C序列有，用于關(guān)鍵安全參數(shù)的顯示;主控室安全顯示器(SD)，用于顯示安全系統(tǒng)狀態(tài)、信息、選定的安全系統(tǒng)設備的控制以及變化的核儀表熱常數(shù)。

從上述結(jié)構(gòu)組成可以看出，PMS各個組成部分在功能和硬件組成上是相互獨立的。在功能上，現(xiàn)場傳感器的輸入信號經(jīng)過BPL雙穩(wěn)態(tài)表決后，通過高速數(shù)據(jù)鏈路(HSL)輸出至本序列和其他冗余序列的LCL。在LCL內(nèi)部，信號經(jīng)過4取2表決后將產(chǎn)生停堆信號和專設安全設施觸發(fā)信號。其中，停堆信號通過停堆矩陣輸出至停堆斷路器，以驅(qū)使停堆斷路器打開。專設安全設施觸發(fā)信號則通過ILP進一步邏輯運算后，輸出至設備接口模塊(CIM)驅(qū)動現(xiàn)場閥門動作。

1.2 PMS預運行測試方法

為保證PMS測試的連續(xù)性和嚴密性，在PMS預運行測試中采用了交疊測試方法。該方法結(jié)合PMS自身結(jié)構(gòu)特點而設立，因PMS各部分功能相對獨立，而且每個獨立的功能邏輯數(shù)據(jù)都可通過MTP訪問，為使用交疊測試創(chuàng)造了條件。通過使用交疊測試方法，將整個PMS預運行測試分成了若干測試區(qū)間段，如圖2所示。

2 預運行測試介紹

按照PMS各部分執(zhí)行功能的不同，在預運行測試中將整個PMS劃分為PMS功能測試、PMS響應時間測試、QDPS預運行測試、停堆斷路器預運行測試及堆外儀表系統(tǒng)預運行測試。其總體測試階段及先決條件如圖3所示。

2.1 PMS功能測試

PMS功能測試的主要目的是在熱態(tài)試驗前驗證PMS相關(guān)的停堆功能(RT)和專設安全設施驅(qū)動功能(ESF)的相關(guān)邏輯執(zhí)行情況，其驗證主要包括以下幾個方面:

(1)PMS機柜電源功率消耗試驗。檢查BCC，MTC等機柜電壓和電流輸入情況，并計算出電源功率消耗，計算公式為:功率損耗=電壓×電流×0.8，其中，0.8為功率因數(shù)。

(2)檢查機柜柜門報警。此項檢查主要穿插在各個試驗子項中完成，驗證報警在遠程的顯示情況。

(3)過程儀表輸入驗證。驗證現(xiàn)場儀表輸入滿足允許誤差范圍，并能在主控室進行正常顯示;通過仿真現(xiàn)場儀表輸入，驗證在不同電廠狀態(tài)下，停堆、專設等連鎖邏輯;驗證PMS與主控室及其他儀控系統(tǒng)通信是否正常。

(4)RT和ESF邏輯計算驗證。通過對過程量仿真，驗證PMS各子系統(tǒng)信號輸出是否正常，是否滿足允許誤差要求。檢查相關(guān)控制信號(包括允許值、聯(lián)鎖值和閉鎖值)運算和觸發(fā)是否正常，以及在PMS中顯示是否正常等。

(5)RT和ESF的自動觸發(fā)驗證。通過仿真輸入，驗證序列內(nèi)和序列間的邏輯運算在觸發(fā)條件(比如4取2邏輯)滿足時，是否能夠自動觸發(fā)反應堆停堆和專設安全設施動作。

(6)RT和ESF的手動觸發(fā)驗證。通過在主控室(MCR)和遠程停堆室(RSR)內(nèi)的手動開關(guān)觸發(fā)，驗證反應堆停堆和專設安全設施的動作情況。

2.2 PMS響應時間測試

PMS響應時間測試的主要目的是驗證PMS專設安全設施的動作響應時間是否滿足設計要求。其驗證主要包括以下幾個方面:

(1)在CIM上預先安裝響應時間測試儀(Data Logger)，并手動觸發(fā)閥門動作，驗證專設安全設施驅(qū)動時間是否滿足設計要求。

(2)驗證現(xiàn)場設備通過CIM的反饋信號是否能夠在主控室正常顯示。

2.3 QDPS預運行測試

QDPS預運行測試是針對QDPS專門設置的，其目的主要是驗證QDPS相關(guān)的信號處理以及通信、報警、顯示等功能是否滿足要求，并驗證在PMS功能試驗中未驗證的QDPS內(nèi)容。其驗證方法可根據(jù)信號和儀表類型的不同而分為以下幾類:

(1)對于堆芯出口熱電偶(CET)，通過對熱電偶信號進行仿真輸入，驗證通道精度及相應信號在主控室的報警和顯示。

(2)對于壓力和差壓變送器輸入，通過現(xiàn)場對變送器全量程的打壓試驗，驗證通道精度、過程設定值和相應信號在主控室的報警和顯示。

(3)對于一般閥門遠程狀態(tài)顯示，通過在設備接口模塊(CIM)側(cè)對現(xiàn)場閥門進行手動操作，驗證主控室閥門開關(guān)狀態(tài)顯示。

(4)對于爆破閥遠程狀態(tài)顯示，由于爆破閥操作具有不可逆性，需要試驗人員在現(xiàn)場手動觸發(fā)行程開關(guān)，其他試驗人員在主控室驗證閥門開關(guān)狀態(tài)顯示。

(5)驗證QDPS與主控室、遠程停堆室遠程通信、顯示和報警。

2.4 停堆斷路器預運行測試

進行停堆斷路器預運行測試，主要驗證反應堆停堆斷路器相關(guān)功能的執(zhí)行情況，包括以下幾個方面:

(1)驗證RTCB是否可以手動關(guān)閉和打開。

(2)收到自動反應堆停堆信號時RTCB是否打開。

(3)RTCB是否可以單獨依靠UV線圈，通過主控室和每個遠程停堆室手動反應堆停堆開關(guān)和PMS模擬信號。

(4)RTCB是否可以單獨依靠ST線圈，通過主控室和每個遠程停堆室手動反應堆停堆開關(guān)和PMS模擬信號。

(5)在MTP上，通過UV TEST測試按鈕驗證單獨的UV線圈失電是否可以打開RTCB。

(6)在MTP上，通過ST TEST測試按鈕驗證單獨的ST線圈得電是否可以打開RTCB。

(7)驗證當反應堆停堆信號存在時，RTCB是否無法復位。

(8)驗證并計算RTCB打開時其所消耗功率的情況。

2.5 堆外儀表系統(tǒng)預運行測試

對于堆外儀表系統(tǒng)預運行測試，主要驗證堆外儀表系統(tǒng)相關(guān)功能的執(zhí)行情況，包括以下幾個方面:

(1)驗證NIS是否正確運行。

(2)驗證NIS源量程(SR)、中間量程(IR)及功率量程(PR)堆外探頭向PMS的輸出是否滿足容錯要求。

(3)驗證NIS供電和高壓供電的可靠性。

(4)驗證NIS報警器和在主控室和遠程停堆室的顯示。

(5)驗證單通道失去交流電時是否不會引發(fā)停堆。

3 預運行測試潛在問題分析

3.1 PMS房間分散問題

由于PMS測試房間相對分散，且房間之間并無為測試配置的電纜貫穿孔，這將對序列間及機柜間的測試造成一定程度的影響。為預運行測試和后續(xù)電廠維護考慮，在后續(xù)機組的設計和建造中，建議通過以下2種方法加以解決。一是可以考慮在房間之間預留一定數(shù)量的電纜貫穿孔洞。這種方法要求房間設計施工階段充分考慮房間防火要求、房間彼此隔離要求以及墻壁承重要求等內(nèi)容，從而確保這種改造不會對房間和系統(tǒng)的運行造成影響。二是事先敷設一定數(shù)量的試驗電纜，并預留出端接口。這種方法需要在設計階段從電纜橋架的布置、電纜敷設、電纜抗干擾、電纜長度對測試的影響及試驗前電纜的連續(xù)性檢查等多個方面進行考慮和評估。

3.2 PMS響應時間測試問題

對部分PMS響應時間進行測試，其閥門由PMS發(fā)送控制信號，而反饋信號直接送回到電廠控制系統(tǒng)(PLS)。對于這部分測試，設計方并未明確給出測試方法，結(jié)合實際情況分析后，建議采用以下2種方法解決。一是通過PMS的事件順序記錄機柜(SOE)將觸發(fā)信號傳遞到PLS側(cè)，通過Ovation歷史站中的趨勢圖工具，將PMS觸發(fā)信號和現(xiàn)場閥門反饋信號同時調(diào)出，進而計算出響應時間，但此種方法需要進一步探討PLS的掃描周期是否能夠滿足PMS響應時間的要求，以及是否能夠完整地掃描到PMS的動作和反饋情況。二是通過Data Logger同時連接PMS的觸發(fā)信號和閥門的反饋信號，該種方法類似于其他指令和反饋均位于PMS內(nèi)部的做法，但由于PMS和PLS房間布置比較遠(部分機柜在常規(guī)島側(cè))，故該方法需要事先布置足夠長的測試電纜。在實施時需要考慮過長的測試電纜引入現(xiàn)場會造成干擾的情況，以及電纜對測試回路信號的強度的影響情況等，其在實際調(diào)試中的可行性有待后續(xù)驗證。

4 預運行測試的意義

PMS預運行測試在電廠冷態(tài)下進行，其測試成功與否對電廠后續(xù)調(diào)試有著至關(guān)重要的影響。首先，預運行測試作為工廠測試的補充，可以對設備出廠后的設計變更、修改等進行補充測試。其次，在工廠測試階段，PMS并未直接與現(xiàn)場儀表、斷路器和閥門等設備進行連接，信號測試完全通過仿真的形式進行，而預運行測試則可通過實際帶載設備進一步驗證系統(tǒng)運行情況，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題。最后，設備出廠后，經(jīng)過長途運輸、裝卸及安裝后，難免會出現(xiàn)一些問題，通過預運行測試，可以對設備安裝后的運行情況進行檢查，確保PMS設備和系統(tǒng)功能的完整性?？傊?，PMS預運行測試從PMS設備組成、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)接口和通信、軟件邏輯、報警和顯示等多個方面對系統(tǒng)進行了驗證，為電廠后續(xù)調(diào)試和運行打下了基礎。

［1］中國核工業(yè)集團公司.AP1000核電廠系統(tǒng)與設備［M］.北京:原子能出版社，2010.