華龍一號核電站后備盤多樣性分析

王占元，孫 娜

（華龍國際核電技術(shù)有限公司 電氣儀控所，北京 100036）

后備盤在國內(nèi)最早始于廣東嶺澳核電站2×980MW和秦山二期核電站2×600MW主控室，自從國內(nèi)核電站有了數(shù)字化DCS系統(tǒng)，后備盤就始終作為KIC失效的后備在電站設(shè)計(jì)上延續(xù)至今。本文主要介紹三代核電華龍一號后備盤，及其多樣性分析。

1 主控室和后備盤功能

主控室是一個電氣、機(jī)械和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合的設(shè)備組，集合了從主控室去實(shí)現(xiàn)操縱整個電站的基本功能所需要的所有控制和監(jiān)測設(shè)備?？刂剖野?個部分，電站信息與控制系統(tǒng)（KIC）、主控室后備盤（BUP/ACP）、緊急停堆盤（ECP）和遠(yuǎn)程緊急停堆站（RSS）。文中BUP：特指采用模擬技術(shù)的后備盤，ACP：輔助控制盤，特指采用數(shù)字技術(shù)的后備盤。主控室四部分構(gòu)筑了主控室的四層縱深方案體系，見圖1主控室縱深防御設(shè)計(jì)示意圖[1]。

圖1 主控室縱深防御設(shè)計(jì)示意圖Fig.1 Diagram of defense-in-depth design of main control room

表1 BUP、ACP和KIC多樣性屬性分析表Table 1 Diversity attribute analysis table for BUP, ACP and KIC

后備盤作為主控室縱深防御控制的第二層防御，作為計(jì)算機(jī)信息與控制系統(tǒng)的后備，在不同工況下完成不同功能。如果喪失了KIC，當(dāng)電廠處于穩(wěn)定功率運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，要求后備盤可以維持電廠穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，同時(shí)對計(jì)算機(jī)信息與控制系統(tǒng)進(jìn)行維修；當(dāng)超過這段時(shí)間計(jì)算機(jī)信息與控制系統(tǒng)仍然不能使用，則通過后備盤將電站帶到安全狀態(tài)并維持在安全狀態(tài)；當(dāng)電廠處于事故狀態(tài)時(shí)，通過后備盤監(jiān)視電廠安全動作運(yùn)行，尤其是自動保護(hù)功能動作，按照事故規(guī)程，在后備盤將電廠帶到安全停堆狀態(tài)并維持此狀態(tài)、監(jiān)視PAMS參數(shù)?？傮w來說，后備盤的配置主要與安全有關(guān)，而且只設(shè)置最少的達(dá)到安全停堆并維持安全停堆狀態(tài)的設(shè)備。

2 后備盤多樣性設(shè)計(jì)

后備盤的設(shè)計(jì)原則包含安全原則、獨(dú)立性原則、人因工程原則和抗震要求等。

國內(nèi)外法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確要求后備盤設(shè)計(jì)必須考慮多樣性設(shè)計(jì)，但后備盤作為主控室縱深防御體系的第二層防線，作為KIC失效后的后備手段，后備盤與KIC兩個系統(tǒng)之間應(yīng)不受共模故障的影響，后備盤設(shè)計(jì)需要盡可能地考慮多樣性原則。

3 華龍一號后備盤技術(shù)方案

華龍一號后備盤根據(jù)股東方和廠址不同極其特殊性，在當(dāng)前現(xiàn)有階段有兩種設(shè)計(jì)方案，分別為模擬技術(shù)BUP盤設(shè)計(jì)方案，和數(shù)字技術(shù)ACP盤設(shè)計(jì)方案。無論是BUP盤還是ACP盤都是作為KIC失效的后備而存在的，也就是說兩者雖然實(shí)現(xiàn)技術(shù)有很大差別，但兩者的功能和作用是相同的。

表2 BUP與KIC系統(tǒng)多樣性評分表Table 2 Diversity scoring table for BUP and KIC systems

3.1 BUP盤技術(shù)

BUP盤特指模擬技術(shù)的馬賽克盤。BUP盤在國內(nèi)最早始于廣東嶺澳核電站2×980MW和秦山二期核電站2×600MW主控室，自國內(nèi)核電站有了數(shù)字化DCS系統(tǒng)，BUP盤就始終作為KIC失效后備在電站設(shè)計(jì)上延續(xù)至今。BUP盤采用硬接線和獨(dú)立電源設(shè)計(jì)，獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，為立式控制臺形式，采用站姿操作，主要用于安裝常規(guī)監(jiān)控設(shè)備，用于事故后監(jiān)視的安全參數(shù)顯示裝置也安裝在后備盤上。

3.2 ACP盤技術(shù)

ACP盤與BUP盤的功能相同，也是作為主控制室KIC備用控制手段。ACP盤包括核島輔助控制盤，常規(guī)島輔助控制盤以及一個簡化的僅用于監(jiān)視的機(jī)組長輔助控制盤3個部分，同時(shí)還有硬接線盤，在控制盤對面墻上設(shè)置了4個滿足抗震要求的大屏幕。核島輔助控制盤和常規(guī)島輔助控制盤主要采用數(shù)字化技術(shù)，通過系統(tǒng)顯示單元和安全級控制顯示設(shè)備為操縱員提供電廠狀態(tài)信息和控制手段。

4 多樣性設(shè)計(jì)分析

多樣性設(shè)計(jì)是防御共因故障的重要手段，多樣性設(shè)計(jì)更視作對獨(dú)立性的補(bǔ)充以提高系統(tǒng)抵御不確定的共因故障能力，不具有獨(dú)立性的多樣性設(shè)計(jì)將因?yàn)橄到y(tǒng)間的相互作用導(dǎo)致系統(tǒng)同時(shí)故障。以下將根據(jù)NUREG/CR6303和NUREG/CR 7007準(zhǔn)則對BUP盤和ACP盤的多樣性進(jìn)行分析與評估[2]。

表3 ACP與KIC系統(tǒng)多樣性評分表Table 3 ACP and KIC system diversity scoring table

4.1 參照NUREG/CR6303多樣性分析

NUREG/CR 6303中明確了多樣性屬性，包括：設(shè)計(jì)多樣性、設(shè)備多樣性、軟件多樣性、人員多樣性、功能多樣性和信號多樣性6個方面。每個項(xiàng)目中又細(xì)分多個子項(xiàng)目，詳見表1 BUP、ACP和KIC多樣性屬性分析表[3]。

通過表1中設(shè)計(jì)、設(shè)備、軟件、功能、人員和信號6個方面對比分析可知，BUP盤和ACP盤都與KIC系統(tǒng)具有很大差異。相比較BUP盤的多樣性差異更大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ACP盤。

4.2 參照NUREG/CR 7007多樣性評估

參照NUREG/CR 7007，對BUP、ACP和KIC進(jìn)行多樣性定量的評估，給每個屬性的準(zhǔn)則按照分值評估，INT表示由系統(tǒng)設(shè)計(jì)或應(yīng)用特意引入的多樣性，若系統(tǒng)中存在，則填寫“X”，否則為空。INH為表示產(chǎn)品自身的多樣性，即固有多樣性，若存在則填寫“i”，否則為空。SCORE是根據(jù)INT和INH的值計(jì)算出的，若INT=X或INH=i，則得分為每項(xiàng)準(zhǔn)則的得分之和。每個屬性的最后DAE WT得分為DCT WT與SCORE的乘積。計(jì)算結(jié)果與定值1進(jìn)行比較，如大于1說明多樣性屬性強(qiáng)[3]。

通過表2和表3的評估結(jié)果可以得出：

一、采用模擬技術(shù)的BUP盤多為產(chǎn)品自身的多樣性，而ACP盤多為系統(tǒng)設(shè)計(jì)或應(yīng)用特意引入的多樣性。

二、BUP盤的歸一化分?jǐn)?shù)為1.1178＞1，而ACP盤的歸一化分?jǐn)?shù)為0.9455＜1，說明BUP盤和KIC之間相比ACP盤與KIC之間具有更多的多樣性屬性。

5 結(jié)束語

本文介紹華龍一號后備盤當(dāng)前的兩種技術(shù)方案，并通過NUREG/CR6303和NUREG/CR 7007準(zhǔn)則對BUP盤和ACP盤的多樣性進(jìn)行分析與評估。在華龍一號后備盤設(shè)計(jì)中還需要從可用性角度考慮，與KIC具有充分多樣性，確保KIC與后備盤不會發(fā)生共因失效而切換至多樣性保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行操作（此種情況會降低電廠可用率），本文對國內(nèi)核電站研究后備盤設(shè)計(jì)具有參考意義。