核電廠地震自動停堆功能設(shè)計研究

杜德君，何慶鐳

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

核電廠地震自動停堆功能設(shè)計研究

杜德君，何慶鐳

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

1 引言

RG1.166核電廠地震前計劃和震后的及時操作（1997版）及美國聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 50附錄S-《Earthquake engineering criteria for nuclear power plant》的IV（a）（3）要求，“如果地面運(yùn)動超過運(yùn)行基準(zhǔn)地震動OBE，或者電廠發(fā)生顯著破壞，營運(yùn)單位必須停堆”；國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）最新核安全法規(guī)NS-G-1.6 2003版要求核電廠在綜合考慮多種因素情況下確定是否設(shè)置自動觸發(fā)停堆的地震儀表系統(tǒng)。福島事故發(fā)生后，世界各國都在重新評估核電廠設(shè)置地震自動停堆信號的必要性，韓國已明確要求核電廠設(shè)置地震自動停堆信號。我國《“十二五”期間新建核電廠安全要求》也建議增加此功能。

因此，為了更好地滿足核安全法規(guī)和安全評審要求，提高電廠的安全性，在“華龍一號”堆型的地震儀表系統(tǒng)設(shè)計中，增加了地震自動停堆功能，在強(qiáng)地震情況下實現(xiàn)電廠的自動停堆。

2 地震自動停堆功能設(shè)計分析

目前，在國內(nèi)已建核電廠中，只有田灣核電廠的VVER機(jī)組設(shè)計了地震儀表自動停堆功能，在其他核電廠尚無應(yīng)用。VVER堆型的地震自動停堆功能劃分為安全級。

國家核電技術(shù)公司在消化吸收西屋公司的AP1000堆型的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了CAP1400堆型。國家核安全局在2014年6月針對CAP1400示范工程若干審評問題的技術(shù)見解中明確：為減少包括人因失誤、操縱員無法完成停堆操作等在內(nèi)的不確定因素，核電廠應(yīng)設(shè)置地震自動停堆信號，同時鑒于該系統(tǒng)主要承擔(dān)縱深防御功能，新增設(shè)的地震自動停堆系統(tǒng)為非1E 級，停堆信號可不接入安全級的PMS 系統(tǒng)。

在其他新建核電機(jī)組初步安全分析報告的審評過程中，我國的核安全監(jiān)管部門也要求地震儀表系統(tǒng)需要增加地震自動停堆功能。

考慮了VVER的設(shè)計和運(yùn)行經(jīng)驗、安審部門對CAP1400示范工程及新建機(jī)組技術(shù)理解的基礎(chǔ)上，“華龍一號”堆型的地震儀表系統(tǒng)設(shè)計保留以往M310堆型的地震儀表系統(tǒng)地震監(jiān)測和報警功能的同時，增加了地震自動停堆功能。同時保證停堆邏輯的軟件可靠性，確定由地震儀表信號提供觸發(fā)信號，在多樣化驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)停堆邏輯的方案。確定了增加在多樣化驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)自動停堆邏輯的地震自動停堆功能。“華龍一號”堆型設(shè)計的地震儀表系統(tǒng)是每臺機(jī)組一套地震儀表系統(tǒng)。

3 地震自動停堆功能的實施方案

地震停堆功能設(shè)計與“華龍一號”堆型的廠房結(jié)構(gòu)特點、總體布置方案、以及儀控系統(tǒng)總體實施方案緊密結(jié)合，在保證強(qiáng)震情況下可靠執(zhí)行自動停堆功能的同時，考慮了比較完善的防誤動措施，保證電廠的經(jīng)濟(jì)性。

3.1 參與地震自動停堆功能的傳感器測點確定

首先，為了防止地震儀表系統(tǒng)發(fā)生誤觸發(fā)事件導(dǎo)致兩臺機(jī)組同時停堆，每臺機(jī)組分別設(shè)置一套地震儀表系統(tǒng)；其次，為了防止因局部振動引起同時誤觸發(fā)多臺儀表超出限值導(dǎo)致誤停堆，設(shè)置了4臺加速度儀參與地震自動停堆功能，且保證4臺加速度儀空間上保證一定的距離，盡可能分布在不同房間內(nèi)，且所在房間無大型轉(zhuǎn)動、撞擊設(shè)備。結(jié)合以上考慮因素，以及“華龍一號”堆型三維圖紙的房間內(nèi)設(shè)備布置情況確定了參與地震自動停堆的測點布置。以福清5、6號機(jī)組為例，參與地震自動停堆的三軸向加速度儀分別位于每臺機(jī)組的R162、R163、R161、R160房間；此四個房間位于核島環(huán)廊的四個邊角上，保證了加速度儀的空間距離。

3.2 停堆邏輯設(shè)計

當(dāng)加速度儀測到超過預(yù)定閾值的強(qiáng)震動時，就發(fā)出停堆觸發(fā)信號至地震儀表系統(tǒng)的中央處理機(jī)柜報警箱。報警箱將8個地震觸發(fā)信號（每個加速度儀對應(yīng)兩個ON/OFF信號輸出）送往多樣化驅(qū)動系統(tǒng)參與表決，在多樣化驅(qū)動系統(tǒng)的兩個處理單元上分別完成退防表決邏輯（4個有效輸入的一般情況：2/4，1個無效輸入：2/3，2個無效輸入：2/2，3個無效輸入：不產(chǎn)生有效輸出）；再將多樣化驅(qū)動系統(tǒng)兩個處理器的表決后信號通過“2取2”邏輯處理，送出停堆信號。以降低出現(xiàn)誤停堆事件的概率，保證電廠可用性。同時確定了報警箱與多樣化驅(qū)動系統(tǒng)之間硬接線的連接性試驗方案，以及對應(yīng)的報警指示。具體邏輯如圖1所示：

圖1 地震事件引發(fā)停堆及報警邏輯圖

圖1 中， 001KG為定期試驗按鈕，003~010SY為地震自動停堆觸發(fā)信號，XISI003~010SKS為各個地震自動停堆觸發(fā)信號的單獨報警，XISI005KA為非試驗情況下地震自動停堆觸發(fā)信號總的報警，XISI003KA為地震自動停堆報警。

3.3 地震自動停堆功能的可靠性設(shè)計

可靠性能設(shè)計：在此設(shè)計中，用于停堆的地震信號測量和處理回路之間相互獨立，避免了共模故障，其采集信號通過硬接線直接與中央處理機(jī)柜的報警箱連接，送往多樣化驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)柜，中間不涉及任何軟件處理，避免地震監(jiān)測系統(tǒng)工控機(jī)的可靠性能影響地震自動停堆功能的實現(xiàn)。

防止誤觸發(fā)設(shè)計：每個加速度儀對應(yīng)兩個ON/OFF信號輸出，并分別在不同多樣化驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)柜中進(jìn)行邏輯運(yùn)算，保證在一個硬接線信號出現(xiàn)故障時，另外一個信號可以正常工作，防止出現(xiàn)誤觸發(fā)地震停堆功能（如實現(xiàn)多樣化驅(qū)動多樣化驅(qū)動系統(tǒng)功能的平臺具有回路短接監(jiān)測功能的輸入模件，則建議采用此類模件）；系統(tǒng)或者預(yù)期瞬態(tài)未停堆系統(tǒng)對地震自動停堆信號的表決邏輯采用了退防邏輯，如果監(jiān)測到某個信號為故障信號，則完成退防表決邏輯，保證地震自動停堆觸發(fā)信號的可靠性。

故障功能報警的設(shè)計：在正常運(yùn)行時，如果出現(xiàn)單個傳感器或硬接線回路故障，通過設(shè)置任何一個硬接線帶電，產(chǎn)生一個二層報警指示，確保及時發(fā)現(xiàn)并排除加速度儀及其信號通路的故障。

定期試驗的設(shè)計：通過在地震儀表系統(tǒng)中央處理機(jī)柜側(cè)注入測試信號，在多樣化驅(qū)動系統(tǒng)或者預(yù)期瞬態(tài)未停堆系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行相應(yīng)信號讀取的方式，進(jìn)行兩者之間硬接線連接性的定期試驗，同時保證測試信號不會觸發(fā)報警，避免對操縱員產(chǎn)生不必要的干擾。多樣化驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)的地震自動停堆表決及退防邏輯將在其系統(tǒng)定期試驗期間完成；通過定期試驗，保證地震自動停堆功能的可用性和可靠性。

4 設(shè)計方案總結(jié)

與目前我國役及在建的核電廠地震儀表系統(tǒng)設(shè)計比較，在保證地震儀表系統(tǒng)的報警和地震信息記錄功能的基礎(chǔ)上，充分利用了已有的系統(tǒng)設(shè)計，本著簡單可靠的原則，沒有過多地增加設(shè)備及設(shè)計的復(fù)雜性，實現(xiàn)核電廠地震自動停堆功能。本設(shè)計符合國內(nèi)最新地震儀表標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20076-2012的要求。

另外，在發(fā)生超過預(yù)置閾值的強(qiáng)地震情況下，核電廠自動停堆極大地減小了核電廠結(jié)構(gòu)、設(shè)備的損壞程度，從而有效降低強(qiáng)地震帶來的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。

綜上所述，ACP1000堆型的地震自動停堆功能設(shè)計方案，在保證地震儀表系統(tǒng)報警功能的基礎(chǔ)上，增加了地震自動停堆功能，減輕了操縱員在地震情況下的工作負(fù)擔(dān)，且有助于提高電廠的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

[1] NB/T 20076-2012, 核電廠地震儀表準(zhǔn)則[S].

[2] GB/T 13625-1992, 核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備抗震鑒定[S].

[3] RCC-E-2005, 壓水堆核電站核島電氣設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則[S].

[4] RG1.166-1997, Pre-Earthquake Planning and Immediate Nuclear Power Plant Operator Post-Earthquake Actions[S].

[5] “十二五”期間新建核電廠安全要求[Z].

Design Study of Earthquake Automatic Reactor Trip Function of NPP

核電廠正常運(yùn)行期間發(fā)生地震，地震儀表系統(tǒng)的三軸向加速度儀將檢測的地震動加速度值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。如果加速度值超過閾值，則此加速度儀觸發(fā)送往多樣化驅(qū)動系統(tǒng)的地震停堆信號。多樣化驅(qū)動系統(tǒng)在接收到觸發(fā)信號后，經(jīng)過符合邏輯運(yùn)算后，最后發(fā)出送往反應(yīng)堆棒控系統(tǒng)電源柜的地震自動停堆觸發(fā)信號。

核電廠；地震；自動停堆

During the nuclear power plant in the normal operation, if there is an earthquake, the tri-axial accelerator of seismic instrumentation system shall compare the measured acceleration value and with preset value. If the acceleration value exceeds the preset value, the corresponding accelerator shall issue an earthquake trip reactor signal to diversity actuation system. After the diversity actuation system receives the trigger signal and executes the related logic, it will send the final signal to the reactor rod control system’s power supply cabinet for implementing earthquake automatic reactor trip function.

Nuclear power plant; Earthquake; Automatic reactor trip

B

1003-0492(2016)03-0076-02

TM623

杜德君（1977-），男，吉林公主嶺人，工程師，畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國核電工程有限公司，長期從事核電站儀控系統(tǒng)設(shè)計工作，先后參與秦山二期擴(kuò)建核電工程、嶺澳二期核電工程、方家山、福清等多個核電工程地震儀表系統(tǒng)設(shè)計工作，對核電廠地震儀表系統(tǒng)具有較深的研究。

何慶鐳（1981-），男，山西人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國核電工程有限公司，主要研究方向為儀表與控制。