ACP100模塊化小型堆安全級(jí)DCS設(shè)備方案研究

黃奇 曾山 劉明明 陳書(shū)瓊 劉全東

摘 要

核電技術(shù)是改善能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)氣候變化的有效途徑。ACP100模塊化小型堆是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的堆型，所依托的工程項(xiàng)目目前已經(jīng)進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。本文結(jié)合該堆型反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)目前的設(shè)計(jì)方案，對(duì)安全級(jí)DCS設(shè)備方案進(jìn)行研究，結(jié)合自主研發(fā)的安全級(jí)DCS平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，提出安全級(jí)DCS設(shè)備的總體配置方案，對(duì)工程項(xiàng)目的后續(xù)實(shí)施有積極的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞

ACP100;反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng);安全級(jí)DCS;設(shè)備方案

中圖分類(lèi)號(hào)： TM623.8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.048

0 引言

核電技術(shù)是改善能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)霧霾天氣、淡水缺乏、城市區(qū)域制冷和供熱的有效途徑。ACP100模塊化小型堆是中核集團(tuán)從2004年開(kāi)始自主研發(fā)的一種堆型，采用經(jīng)驗(yàn)證和工程實(shí)踐的輕水堆技術(shù)，有望成為模塊化小型堆領(lǐng)域率先商業(yè)部署的堆型。ACP100滿足核電站所具有的基本安全功能和縱深防御要求，具有嚴(yán)重事故預(yù)防措施，在使用成熟技術(shù)的同時(shí)采用成熟設(shè)備。ACP100在工程安全性上采用非能動(dòng)技術(shù)，達(dá)到或超過(guò)第三代核電站相關(guān)要求[1]。海南昌江廠址項(xiàng)目作為ACP100堆型的目標(biāo)工程，目前已進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。

核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）是核電站的神經(jīng)中樞，也是核電站最重要和價(jià)值最高的成套設(shè)備之一，控制著核電站上百個(gè)系統(tǒng)近萬(wàn)個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。其中，安全級(jí)DCS主要完成事故工況下反應(yīng)堆安全停堆和事故緩解功能，對(duì)核電站的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)由安全級(jí)DCS設(shè)備實(shí)現(xiàn)，是核反應(yīng)堆最重要的安全級(jí)系統(tǒng)之一，它是一個(gè)邏輯保護(hù)系統(tǒng)，前端連接所有的保護(hù)儀表組，包括熱工儀表組和核儀表組，這些儀表組監(jiān)測(cè)選定的物理參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)的變化達(dá)到或超過(guò)由安全分析確定的保護(hù)動(dòng)作整定值時(shí)，給出保護(hù)動(dòng)作的初始信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯組合，滿足一定條件時(shí)，觸發(fā)保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆緊急停堆或?qū)ＴO(shè)安全設(shè)施動(dòng)作。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)由四重冗余的序列A、B、C、D組成[2]，各序列之間以及安全系統(tǒng)與非安全級(jí)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(zhuān)設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)功能都在四個(gè)冗余的序列中執(zhí)行。結(jié)合中核集團(tuán)中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院自主研發(fā)的安全級(jí)DCS平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)，配置保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

2 約束條件和假設(shè)條件

2.1 約束條件

a）IO點(diǎn)數(shù)

根據(jù)全廠DCS設(shè)備技術(shù)規(guī)格書(shū)中的要求，安全級(jí)的I/O點(diǎn)數(shù)如表1所示。

結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)有核電廠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，停堆的輸出信號(hào)每序列20個(gè)，剩余DO為執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)信號(hào)。同時(shí)，每個(gè)執(zhí)行器按照2個(gè)信號(hào)計(jì)算，執(zhí)行器為88個(gè)左右。

b）其他特殊要求

在進(jìn)行安全級(jí)DCS系統(tǒng)機(jī)柜配置時(shí)，還應(yīng)/宜滿足下述特殊要求：

宜將RPC相關(guān)的機(jī)箱和ESFAC相關(guān)的機(jī)箱布置在不同機(jī)柜中;

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的（4～20）mA傳感器信號(hào)在進(jìn)入AI模塊之前均需要在PIPS單元中進(jìn)行隔離，必要時(shí)進(jìn)行分配;

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如果其直接參與緊急停堆功能或?qū)ＴO(shè)驅(qū)動(dòng)功能，則需要進(jìn)行隔離后再由RPC或者ESFAC采集;

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器狀態(tài)反饋信號(hào)，如果其不直接參與緊急停堆功能或?qū)ＴO(shè)驅(qū)動(dòng)功能，則由PLM模塊直接采集，否則，需要進(jìn)行隔離后由RPC或者ESFAC采集;

RPC/ESFAC/TU機(jī)柜采用熱備配置，主控模塊2個(gè)，通訊模塊冗余。根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)圖的通訊鏈路，主控機(jī)箱配置10～11個(gè)通訊模塊。

2.2 假設(shè)條件

a）儀控報(bào)警及旁通點(diǎn)數(shù)預(yù)估的說(shuō)明

儀控報(bào)警主要包括：PIPS（信號(hào)預(yù)處理模塊）故障報(bào)警，機(jī)柜門(mén)開(kāi)報(bào)警，風(fēng)扇故障報(bào)警，電源故障報(bào)警，浪涌抑制器故障報(bào)警。每個(gè)RPC單元、ESFAC單元、TU單元各配置1個(gè)DI模塊和1個(gè)DO模塊即可滿足儀控報(bào)警要求。

旁通功能主要包括：通道旁通和參數(shù)旁通。

每個(gè)保護(hù)通道需要通道旁通，涉及停堆或邏輯退化的信號(hào)都需要參數(shù)旁通。每個(gè)RPC和ESFAC單元配置1個(gè)DI模塊和1個(gè)DO模塊即可滿足旁通要求。

b）電源柜的約束條件說(shuō)明

電源柜用于放置電源模塊，電源模塊數(shù)量與控制柜功耗，供電方式，電源模塊選型有關(guān)。

3 設(shè)備配置方案

3.1 RPC機(jī)柜數(shù)量計(jì)算

RPC機(jī)柜采用的模塊屬于6U模塊，機(jī)柜可布置3個(gè)機(jī)箱，I/O模塊超過(guò)19個(gè)即增加一個(gè)機(jī)柜（每個(gè)機(jī)柜提供至少20%的備用模塊插槽，每類(lèi)模塊按照至少20%備用通道計(jì)算），每1個(gè)主控機(jī)箱可以放置2個(gè)主控模塊，最高可負(fù)載4個(gè)I/O機(jī)箱。需要RPC機(jī)柜采集和輸出的信號(hào)點(diǎn)數(shù)量如表2所示。

同時(shí)，結(jié)合上述約束條件和假設(shè)條件，可得RPC機(jī)柜數(shù)量計(jì)算如表3所示。

3.2 保護(hù)系統(tǒng)機(jī)柜數(shù)量

PIPS、ESFAC、PLM、TU和電源柜的計(jì)算方式與3.1節(jié)類(lèi)同，此處不再贅述。經(jīng)計(jì)算，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)機(jī)柜配置如表4所示。

4 結(jié)論

根據(jù)ACP100模塊化小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，結(jié)合設(shè)備規(guī)格書(shū)等設(shè)計(jì)輸入的要求，同時(shí)結(jié)合安全級(jí)DCS平臺(tái)自身特點(diǎn)及現(xiàn)有核電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，ACP100反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)每個(gè)序列包含電源柜在內(nèi)共7個(gè)機(jī)柜，機(jī)柜數(shù)量總計(jì)28個(gè)。該結(jié)論可作為ACP100工程項(xiàng)目在電氣廠房設(shè)計(jì)、設(shè)備供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)等方面的重要設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)工程項(xiàng)目的后續(xù)實(shí)施有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]宋丹戎，秦鐘，程慧平.ACP100模塊化小型堆研發(fā)進(jìn)展.中國(guó)核電，2017（2）：172 -177.

[2]馮威，俞赟，尤愷，羅煒.模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2015（23）：256-257.