核電廠安全級(jí)儀控系統(tǒng)需求描述淺談

劉吉亮

國(guó)核工程有限公司 上海 200233

1 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)系統(tǒng)的功能，整個(gè)系統(tǒng)可分為2個(gè)主要部分和7個(gè)主要系統(tǒng)。第一部分是與控制室相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，第二部分是執(zhí)行保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控功能的系統(tǒng)。

1.1 控制室相關(guān)系統(tǒng)

1.1.1 運(yùn)行控制中心系統(tǒng)（OCS）

它由主控室、遠(yuǎn)程控制站、應(yīng)急控制設(shè)施、技術(shù)支持中心和局部控制站組成。主控制室是運(yùn)行控制中心的重要組成部分之一。它由操作臺(tái)、長(zhǎng)值臺(tái)、大屏幕顯示、控制和顯示設(shè)備組成，采用分布式計(jì)算機(jī)儀表控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，新型的運(yùn)行控制中心中間不再有大量的控制儀器、控制開(kāi)關(guān)、按鈕等東西組成。而是所有的控制都將由操作員通過(guò)控制臺(tái)的軟操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。主控室的核心是控制臺(tái)，具有一套彩色圖型顯示器和軟件操作設(shè)備組成。操作中心的報(bào)警信息系統(tǒng)十分的先進(jìn)，可以將工廠的所有異常狀態(tài)以及與報(bào)警信號(hào)相關(guān)的信息都顯示在操作中心[1]。

1.1.2 數(shù)據(jù)顯示與處理系統(tǒng)（DDS）

數(shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)包括主控制室的顯示和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)，顯示和處理設(shè)備的技術(shù)支持中心，及安全分析設(shè)備的AP1000全數(shù)字儀表控制系統(tǒng)，包括核電站的顯示和處理系統(tǒng)。n報(bào)警系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)操作和事故處理調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主控制室還包括一個(gè)安全級(jí)數(shù)據(jù)顯示裝置。它的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是顯示保護(hù)系統(tǒng)和核電站重要安全狀態(tài)和參數(shù)的保護(hù)和安全系統(tǒng)。

1.2 執(zhí)行保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)

1.2.1 防護(hù)安全監(jiān)督體系（PMS）

保護(hù)安全監(jiān)察系統(tǒng)是具有反應(yīng)堆關(guān)閉、特殊安全設(shè)施等功能的核安全等級(jí)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備（包括傳感器、關(guān)機(jī)開(kāi)關(guān)裝置等）多采用四倍冗余，按“二取四”邏輯工作。可靠性高。當(dāng)其中一個(gè)冗余段或獨(dú)立通道發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)將2-4邏輯轉(zhuǎn)換為2-3邏輯，便于維護(hù)和定期測(cè)試。系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)都連接到一個(gè)單獨(dú)的計(jì)算機(jī)總線，以防止故障傳播，提高系統(tǒng)的高可用性。

1.2.2 電廠控制系統(tǒng)（PLS）

工廠控制系統(tǒng)為工廠提供從冷停到全功率運(yùn)行所需的各種功能。上述功能是通過(guò)主控制室或遠(yuǎn)程控制站對(duì)非安全相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)由與安全無(wú)關(guān)的儀器和控制裝置組成。它具有對(duì)反應(yīng)堆功率、控制調(diào)壓器壓力、水位、控制主給水流量等與發(fā)電有關(guān)的各種功能進(jìn)行控制的作用，并在停機(jī)過(guò)程中提供一個(gè)不安全的衰變熱去除系統(tǒng)。該系統(tǒng)有自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式兩種控制類(lèi)型，可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行使用，當(dāng)自動(dòng)控制失效的時(shí)候，可以通過(guò)手動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的目的。電廠控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是連接各系統(tǒng)的高速通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)操作人員具有重要意義。通信網(wǎng)絡(luò)屬于非安全級(jí)別。安全級(jí)控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)的連接應(yīng)采用網(wǎng)關(guān)和核級(jí)隔離裝置，使安全級(jí)控制儀的功能不受非安全級(jí)系統(tǒng)故障的影響，從而實(shí)現(xiàn)一旦有問(wèn)題發(fā)生，可以迅速的實(shí)現(xiàn)對(duì)于其進(jìn)行控制的目的。

1.2.3 分集驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（DAS）

分集驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能是為保護(hù)系統(tǒng)提供額外的分集備份。該系統(tǒng)是一個(gè)基于微處理器的冗余體系結(jié)構(gòu)，是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它采用了不同于保護(hù)和安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、硬件和軟件，這是AP1000在被動(dòng)設(shè)計(jì)之外提高安全措施的重要措施。雖然分集驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有安全功能，但它仍然是不安全的[2]。

1.2.4 專(zhuān)用監(jiān)控系統(tǒng)（SMS）

該專(zhuān)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括金屬碰撞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)中金屬碎片對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部部件的影響。該系統(tǒng)檢測(cè)器和信號(hào)處理器確保在發(fā)生單探頭或處理器故障時(shí)仍然進(jìn)行監(jiān)視。

1.2.5 核心測(cè)量系統(tǒng)（IIS）

巖心測(cè)量系統(tǒng)包括巖心流量測(cè)量系統(tǒng)和巖心出口溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。堆芯通量測(cè)量系統(tǒng)提供了堆芯三維通量分布圖，用于校準(zhǔn)保護(hù)系統(tǒng)中子探測(cè)器，支持堆芯特性的優(yōu)化。鐵芯測(cè)量采用固定磁通檢測(cè)器。堆芯出口溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，監(jiān)測(cè)發(fā)生事故后堆芯冷卻不當(dāng)情況。

2 安全評(píng)價(jià)

核安全的終極目的是建立和維持有效的對(duì)于輻射危害進(jìn)行防御體系，保護(hù)核電站內(nèi)部員工、周邊居民以及自然環(huán)境的安全。AP1000控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)壓水堆技術(shù)的基礎(chǔ)上改善而來(lái)的新型反應(yīng)堆控制系統(tǒng)。深度防御的原則下，傳統(tǒng)的壓水反應(yīng)堆采用一系列措施如冗余設(shè)計(jì)，物理隔離的安全系統(tǒng)，嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系，防火、地震預(yù)防和緩解措施，和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)反饋，這樣壓水反應(yīng)堆具有十分有效的安全性能[3]。

在此基礎(chǔ)上，AP1000采用被動(dòng)安全系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了AP1000的系統(tǒng)配置。通過(guò)減少保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)，大大減少了操作者的干預(yù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，AP1000在設(shè)計(jì)上嚴(yán)格遵循七個(gè)原則：（1）故障安全原則；（2）單失效原理；（3）多樣性原則；（4）獨(dú)立性原則；（5）冗余原則；6）最小共模故障原理；（7）經(jīng)濟(jì)原則。

利用風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向設(shè)計(jì)原理，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和AP1000事故處理流程，減少過(guò)度保守，加強(qiáng)對(duì)弱化風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)，使AP1000設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)重要性進(jìn)行平衡。同時(shí)，AP1000控制系統(tǒng)采用集成硬件的思想，具有一套功能，能夠在電廠暫態(tài)狀態(tài)下快速反應(yīng)，并采用一些特殊的設(shè)計(jì)要求，從而限制了單臺(tái)設(shè)備故障的影響。因此，AP1000是在傳統(tǒng)成熟可靠技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和優(yōu)化的，其安全性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)壓水堆技術(shù)。