核電廠多樣性驅(qū)動系統(tǒng)邏輯優(yōu)化分析

摘? 要：為解決在二代改進型反應(yīng)堆的數(shù)字化保護系統(tǒng)中存在的共因故障，控制系統(tǒng)設(shè)計中增加了多樣化驅(qū)動系統(tǒng)。針對保護系統(tǒng)與多樣性驅(qū)動系統(tǒng)邏輯接口處存在安注閉鎖邏輯的不合理設(shè)計進行必要的邏輯優(yōu)化，從而降低人因失誤的風(fēng)險，提高反應(yīng)堆保護的有效性、可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：核電? 保護系統(tǒng)? 多樣性驅(qū)動系統(tǒng)? 安注閉鎖? 人因失誤

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0026-02

1.? 背景概述

核電廠反應(yīng)堆數(shù)字化保護系統(tǒng)（下文簡稱保護系統(tǒng)）是保護反應(yīng)堆三道安全屏障最重要的手段之一，在設(shè)計準(zhǔn)則上需要滿足單一故障準(zhǔn)則、冗余性和獨立性準(zhǔn)則、多樣性準(zhǔn)則、故障安全準(zhǔn)則和可試驗可維修性準(zhǔn)則。在單一故障準(zhǔn)則與冗余性和獨立性準(zhǔn)則下的設(shè)計使數(shù)字化保護系統(tǒng)共因故障的概率被控制在非常低的限值內(nèi)。隨著反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展，對反應(yīng)堆安全的要求也不斷提高，因此，為提高核電廠的安全性，不斷向三代核電的要求進步，保護系統(tǒng)的共因故障也成為提升改進的著手點。

由于功能集中、共用軟件和廣泛應(yīng)用通信技術(shù)，保護系統(tǒng)易受軟件共因故障的影響。為了有效地防止保護系統(tǒng)受共因故障的影響，二代改進型壓水堆相對二代壓水堆新增了儀控多樣化驅(qū)動系統(tǒng)（下文簡稱多樣性系統(tǒng)）。按照縱深防御和多樣性相關(guān)的最新法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的多樣性系統(tǒng)，可以更好地滿足儀控系統(tǒng)縱深防御方面的要求，提高電站的安全性;同時，多樣性系統(tǒng)的設(shè)計可以取消繁雜的旁路數(shù)字化的硬接線邏輯，優(yōu)化數(shù)字化保護系統(tǒng)的接口，提高數(shù)字化保護系統(tǒng)的可靠性。在保護系統(tǒng)發(fā)生共因故障時，通過多樣化驅(qū)動系統(tǒng)來緩解事故的后果，可將電站維持在安全狀態(tài)。

二代改進型壓水堆機組保護系統(tǒng)與多樣性系統(tǒng)之間存在安全注入信號閉鎖邏輯。多樣性系統(tǒng)的安全等級低于保護系統(tǒng)，因此在邏輯交互上存在一定的差異，也給保護系統(tǒng)的運行帶來一定影響，該文就此問題通過邏輯優(yōu)化進行分析。

2.? 系統(tǒng)介紹

2.1 儀控多樣性驅(qū)動系統(tǒng)保護原理

多樣性系統(tǒng)，屬于二代改進型壓水堆新增系統(tǒng)，目的是緩解保護系統(tǒng)軟件共模故障。多樣性系統(tǒng)由3個部分構(gòu)成：多樣性驅(qū)動機柜、多樣性人機接口盤、維護工具。

多樣性系統(tǒng)在選定的參數(shù)達(dá)到設(shè)定的運行限值時，并通過相應(yīng)的狀態(tài)或工藝參數(shù)反饋保護系統(tǒng)確實沒有驅(qū)動對應(yīng)功能的條件下，會觸發(fā)反應(yīng)堆停堆和驅(qū)動專設(shè)安全設(shè)施，以緩解數(shù)字化保護系統(tǒng)出現(xiàn)軟件共因失效時發(fā)生設(shè)計基準(zhǔn)事故的后果。

在多樣性系統(tǒng)中也提供了相應(yīng)的允許信號用來閉鎖或允許特定工況下的保護動作。多樣性系統(tǒng)中各安全功能自動動作的整定值和延遲時間的設(shè)置主要是為了確保多樣性系統(tǒng)的各自動安全動作的觸發(fā)時間要晚于保護系統(tǒng)對應(yīng)動作的觸發(fā)時間。

多樣性系統(tǒng)自動驅(qū)動保護功能如下：

（1）緊急停堆;

（2）安注系統(tǒng)驅(qū)動;

（3）安注再循環(huán);

（4）主蒸汽隔離;

（5）主給水隔離;

（6）輔助給水啟動;

（7）汽輪機跳閘。

多樣性系統(tǒng)同時提供了專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動和緊急停堆以及汽機跳閘的手動操作，這些手動操作都為硬手操并被設(shè)置在主控室的人機接口盤臺上。在主控室的人機接口盤臺上可以手動閉鎖和復(fù)位部分功能。

2.2 穩(wěn)壓器壓力低4安注保護閉鎖原理

核電站穩(wěn)壓器壓力設(shè)置有3個壓力變送器，壓力變送器量程為11.0～18.0MPa。3個通道參與保護邏輯，當(dāng)穩(wěn)壓器壓力低4后，3取2邏輯觸發(fā)安注信號。機組上下行階段，當(dāng)壓力達(dá)到允許閉鎖安注的定值時通過手動閉鎖安注信號，實現(xiàn)機組安注信號的閉鎖。當(dāng)壓力大于允許閉鎖安注定值時，閉鎖功能自動解除。其中保護系統(tǒng)壓力定值為11.8MPa，多樣性系統(tǒng)壓力定值為11.4MPa。

2.3 多樣性驅(qū)動系統(tǒng)安注保護閉鎖原理

安注手動閉鎖可以通過保護系統(tǒng)邏輯和多樣性系統(tǒng)手動閉鎖操作：當(dāng)未切換至多樣性模式時，安注閉鎖邏輯聽從于保護系統(tǒng)中的安注閉鎖邏輯;當(dāng)切換至多樣性模式時，安注閉鎖邏輯聽從于多樣性人機接口盤臺多樣性手動閉鎖。

當(dāng)多樣性系統(tǒng)中安注信號閉鎖邏輯通過保護系統(tǒng)進行操作時，保護系統(tǒng)的閉鎖信號送至多樣性系統(tǒng)后通過RS觸發(fā)器后，在組態(tài)邏輯中取反觸發(fā)1s的脈沖動作，通過DO點輸出送至多樣性系統(tǒng)DI板卡中，解除邏輯自保持功能，從而實現(xiàn)安注閉鎖功能。

2.4 多樣性驅(qū)動系統(tǒng)安注保護閉鎖邏輯問題

保護系統(tǒng)與多樣性系統(tǒng)之間存在安注信號閉鎖邏輯接口，當(dāng)手動保護系統(tǒng)中觸發(fā)安注閉鎖信號后，經(jīng)4取2邏輯運算后，產(chǎn)生一個脈沖信號，脈沖信號被多樣性接收，多樣性側(cè)的安注信號即被閉鎖;若多樣性側(cè)無復(fù)位信號出現(xiàn)時，僅在保護側(cè)再次進行閉鎖時，多樣性側(cè)的安注信號無法被閉鎖。

在機組下行過程中，保護系統(tǒng)需進行閉鎖操作以閉鎖安注信號，防止安注信號誤觸發(fā)。而在上行過程中，保護系統(tǒng)不需要手動復(fù)位進行解鎖，根據(jù)穩(wěn)壓器壓力自行解鎖，這也是防止人因失誤的重要設(shè)計，但是多樣性側(cè)則需要重新復(fù)位，才能在第二次下行時將安注閉鎖成功，這樣就增加了人因失誤的風(fēng)險，在沒有復(fù)位的情況下，機組下行勢必會引起誤安注。

3? 優(yōu)化方案及驗證

3.1 多樣性系統(tǒng)安注閉鎖功能優(yōu)化方案

從問題分析中可以看出，要閉鎖必須先復(fù)位這一操作并非專門的設(shè)計，是為了實現(xiàn)閉鎖多樣性側(cè)安注信號所帶來的“副作用”。將閉鎖和復(fù)位功能綁定存在人因風(fēng)險，并且在壓力低于保護系統(tǒng)安注定值時，執(zhí)行復(fù)位操作將會導(dǎo)致保護安注啟動的嚴(yán)重后果。

為消除多樣性安注信號被誤觸發(fā)的隱患，降低人因風(fēng)險，提高多樣性系統(tǒng)的可靠性，對當(dāng)前閉鎖方案進行優(yōu)化：優(yōu)化保護送多樣性的安注閉鎖信號，取消原有的RS觸發(fā)器閉鎖邏輯，將保護送多樣性的安注閉鎖信號改在保護安注閉鎖自保持邏輯之后，使用短命令（1S脈沖信號）送往多樣性系統(tǒng)實現(xiàn)安注閉鎖功能，閉鎖信號同保護側(cè)使用短命令保持一致，保證與保護側(cè)一致性;多樣性側(cè)的邏輯不做修改。

多樣性系統(tǒng)安注信號優(yōu)化方案實現(xiàn)以下功能：

（1）保護系統(tǒng)正常在線時，保護系統(tǒng)及多樣性系統(tǒng)中的穩(wěn)壓器壓力低低觸發(fā)安注的閉鎖是同步的。

（2）保護共模失效時，多樣性系統(tǒng)中的穩(wěn)壓器壓力低低觸發(fā)安注的功能不會被誤閉鎖，多樣性系統(tǒng)的安注功能保持在線。

（3）穩(wěn)壓器壓力高于允許閉鎖信號定值時，安注功能自動投用，穩(wěn)壓器壓力低于允許閉鎖信號定值時，安注功能手動閉鎖。

該優(yōu)化方案能實現(xiàn)在保護側(cè)手閉鎖安注邏輯的同時閉鎖多樣性側(cè)安注信號，不會影響保護系統(tǒng)發(fā)生共模故障時多樣性側(cè)的功能。

3.2 優(yōu)化方案安全分析及驗證

該優(yōu)化方案是在保護系統(tǒng)正常可用時，通過保護系統(tǒng)的閉鎖操作來實現(xiàn)對多樣性系統(tǒng)安注功能的閉鎖，僅修改保護系統(tǒng)與多樣性系統(tǒng)之間的安注信號閉鎖邏輯，保護系統(tǒng)的跳堆和安全專設(shè)保護邏輯沒有修改，多樣性系統(tǒng)的保護邏輯也沒有修改，不會對兩個應(yīng)對事故的安全分析造成影響。

4? 結(jié)語

針對該設(shè)計缺陷，對問題根本原因進行分析及優(yōu)化方案的研究，通過優(yōu)化儀控多樣性驅(qū)動系統(tǒng)安注閉鎖方案，消除多樣性安注信號被誤觸發(fā)的隱患，降低人因風(fēng)險，提高多樣性系統(tǒng)的可靠性。優(yōu)化方案在全范圍模擬機及工廠測試平臺進行試驗，驗證方案可行并最終應(yīng)用于二代改進型核電機組。

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