模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

馮威 俞赟 羅煒

（中國核動力研究設(shè)計院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室，四川 成都 610041）

模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

馮威 俞赟 羅煒

（中國核動力研究設(shè)計院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室，四川 成都 610041）

模塊式小型堆作為采用三代核電技術(shù)的多用途小型壓水堆，在設(shè)備的建造和設(shè)計上與以往工程項目相比有其自身的特點。為了優(yōu)化設(shè)計，提高小堆的經(jīng)濟(jì)性，本文將分析小堆項目反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RRP）的結(jié)構(gòu)特點，論證系統(tǒng)簡化的可行性。

模塊式小型堆；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)

0 引言

模塊式小型堆作為采用三代核電技術(shù)的多用途小型壓水堆，在設(shè)備的建造和設(shè)計上與以往工程項目相比有其自身的特點。為了優(yōu)化設(shè)計，提高小堆的經(jīng)濟(jì)性，本文將分析小堆項目反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RRP）的結(jié)構(gòu)特點，論證系統(tǒng)簡化的可行性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)目前的設(shè)計，小堆保護(hù)系統(tǒng)由四重冗余的序列A、B、C、D組成（見圖1），各序列之間以及安全系統(tǒng)與非安全級系統(tǒng)之間在物理、功能和電氣方面都是相互隔離的。反應(yīng)堆停堆和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動功能都在四個冗余的序列中執(zhí)行。

四個冗余序列使用四套獨立的傳感器。每個序列從對應(yīng)的傳感器/變送器采集信號，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號。這些信號經(jīng)過光纖I/O總線被送往其它序列進(jìn)行邏輯表決從而完成以下功能：反應(yīng)堆緊急停堆，汽機(jī)剎車，啟動專設(shè)安全設(shè)施和支持系統(tǒng)。

總共有八個停堆斷路器（分為四組，分別由四個序列控制），布置成四取二邏輯，任何兩個序列同時產(chǎn)生停堆信號都將導(dǎo)致停堆。

圖1 小堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

關(guān)于雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)，目前應(yīng)用比較成熟的是M310型核電廠中采用的保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為以下兩種：

1）福清/方家山項目

對于反應(yīng)堆緊急停堆系統(tǒng)，冗余的邏輯部分包含4個獨立的保護(hù)組（IP，IIP，IIIP和IVP），每一個保護(hù)組都從對應(yīng)的傳感器/變送器采集信號，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號。這些信號經(jīng)過光纖I/O總線被送往其余保護(hù)組和邏輯系列進(jìn)行邏輯表決從而完成以下功能：反應(yīng)堆緊急停堆，汽機(jī)剎車，啟動專設(shè)安全設(shè)施和支持系統(tǒng)。總共有8個停堆斷路器（每個系列4個，其中保護(hù)組I和III對應(yīng)A系列，保護(hù)組II和IV對應(yīng)B系列），它們以四取二的方式連接，每個保護(hù)組控制兩個停堆斷路器。

專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動系統(tǒng)的儀表采集處理及閾值比較部分同緊急停堆系統(tǒng)一樣，在保護(hù)組里實現(xiàn)，是四重冗余的結(jié)構(gòu)。專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動系統(tǒng)的邏輯部分是在邏輯處理系列里實現(xiàn)的，它被分成兩個系列（A系列和B系列）。每個系列從保護(hù)組獲取“局部脫扣”信號，經(jīng)過邏輯表決產(chǎn)生系統(tǒng)級的專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動信號，驅(qū)動下游設(shè)備。

專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動系統(tǒng)包含兩個完全獨立的邏輯系列，A系列和B系列的輸出信號提供給相應(yīng)系列的安全驅(qū)動器。

圖2 福清/方家山項目保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，福清/方家山項目中采用的雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)只針對專設(shè)邏輯處理部分，停堆部分仍然采用四重冗余方式。這主要是因為下游8個停堆斷路器組成4取2邏輯，每個保護(hù)通道控制一對斷路器可降低誤動概率，也便于試驗與維護(hù)?；谶@種結(jié)構(gòu)，停堆邏輯處理機(jī)柜和專設(shè)邏輯處理機(jī)柜都需要進(jìn)行4取2邏輯表決，增加了通訊模塊及網(wǎng)絡(luò)的使用。而對于小堆項目，由于下游工藝涉及的驅(qū)動器沒有變化，不能減少輸出模塊的數(shù)量。因此，采用該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法簡化保護(hù)系統(tǒng)的硬件規(guī)模。

2）嶺澳二期項目

整個系統(tǒng)由四個保護(hù)儀表組IP、IIP、IIIP、IVP和兩個邏輯系列A、B組成。緊急停堆系統(tǒng)和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動系統(tǒng)都設(shè)計了兩個完全獨立的邏輯系列A和B。A系列和B系列的輸出信號提供給相應(yīng)系列的安全驅(qū)動器，對應(yīng)地有兩套完全獨立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

儀表部分其冗余方式與邏輯部分不同，有四套冗余的保護(hù)儀表組。每一個保護(hù)組都從對應(yīng)的傳感器/變送器采集信號，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號。這些信號通過光纖通訊網(wǎng)分別送到半邏輯X、Y中進(jìn)行邏輯處理，X半邏輯與Y半邏輯設(shè)計成“與”的關(guān)系，即只有X和Y同時滿足時才產(chǎn)生保護(hù)動作的觸發(fā)信號，最后將觸發(fā)信號送到停堆斷路器和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動器。

總共有8個停堆斷路器（每個系列4個），每個系列控制四個停堆斷路器。

圖3 嶺澳二期項目保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嶺澳二期項目保護(hù)系統(tǒng)也采用了雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)，其特點是停堆功能也在邏輯處理系列中實現(xiàn)，一個系列同時控制四個斷路器。為了降低誤動的風(fēng)險，每個系列都設(shè)置了X、Y半邏輯，在半邏輯中進(jìn)行相同的邏輯處理，只有X和Y同時滿足時才產(chǎn)生保護(hù)動作的觸發(fā)信號。該結(jié)構(gòu)的硬件規(guī)模與四重冗余序列的結(jié)構(gòu)相當(dāng)。

2 總結(jié)

綜上所述，在小堆項目采用雙邏輯處理系列后的硬件規(guī)模與原四重序列的結(jié)構(gòu)基本相同。本項目中工藝系統(tǒng)參考了AP1000的設(shè)計，而保護(hù)系統(tǒng)也參考AP1000采用四重序列結(jié)構(gòu)與下游驅(qū)動器相匹配。修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要對下游驅(qū)動器的功能逐一分析，并根據(jù)冗余配置的原則分配到兩個系列中，如果分析不當(dāng)將存在安全風(fēng)險。此外，采用雙邏輯處理系列結(jié)構(gòu)需要修改保護(hù)系統(tǒng)的布置與供電方案。每個系列都要布置在獨立的房間并單獨配置兩路不間斷電源。鑒于上述原因，小堆項目保護(hù)系統(tǒng)宜維持原四重冗余序列結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

［1］劉宏春.嶺澳二期核電站數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)[J].核動力工程,2008(2).

［2］IEEE 603.IEEE Standard Criteria for Safety Systems for Nuclear Power Generating Stations[S].1998.

馮威（1982—），男，漢族，四川成都人，工程師，從事核電站儀控設(shè)計工作。

楊玉潔］