反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量

張建平，張建兵，祝偉健，唐 龍

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是核電廠重要的安全系統(tǒng)，它對(duì)于限制核電廠事故的發(fā)展，減輕事故后果，保證反應(yīng)堆及核電廠設(shè)備和人員的安全，防止放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境的釋放具有十分重要的作用[1]。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是關(guān)系到核電廠安全與否的重要系統(tǒng)之一，因此必須驗(yàn)證保護(hù)系統(tǒng)從傳感器響應(yīng)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作之間的時(shí)間不大于最終安全分析報(bào)告中所允許的最大值。在系統(tǒng)調(diào)試后期進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間測(cè)量，是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并予以解決，保證保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作的快速性，確保核電廠的安全運(yùn)行。

1 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的功能與組成

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是反應(yīng)堆安全系統(tǒng)的一部分，功能主要是保護(hù)三大核安全屏障（燃料包殼、一回路壓力邊界和安全殼）的完整性。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)達(dá)到危及三大屏障完整性的閾值時(shí)，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆和啟動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施[2]。

反應(yīng)堆保護(hù)邏輯設(shè)備包括兩個(gè)冗余的邏輯系列（系列A和B），A系列邏輯和B系列邏輯分別放在實(shí)體分隔的機(jī)柜中，連接電纜分隔敷設(shè)，緊急停堆邏輯獨(dú)立于專設(shè)安全系統(tǒng)邏輯，另外邏輯柜與信號(hào)柜之間、邏輯柜與輸出柜之間在電氣上也是相互隔離的，以保證最大限度的實(shí)體分隔與電氣隔離[3]。每個(gè)系列包括7個(gè)緊急停堆系統(tǒng)機(jī)柜、8個(gè)專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)柜和4個(gè)隔離柜，此外A列還有1個(gè)ATWT系統(tǒng)機(jī)柜。每個(gè)系列的緊急停堆系統(tǒng)和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括邏輯柜、信號(hào)柜、輸出柜、T3試驗(yàn)柜和繼電器及電源分配柜。邏輯柜處理來自隔離柜和主控室的信號(hào)，包括完全相同的兩個(gè)半邏輯機(jī)柜，分別是X半邏輯柜和Y半邏輯柜。信號(hào)柜處理來自邏輯柜的信號(hào)，產(chǎn)生指示燈信號(hào)、報(bào)警信號(hào)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)。輸出柜處理來自邏輯柜的信號(hào)，當(dāng)X半邏輯和Y半邏輯同時(shí)動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生安全驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。

從廣義上講，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)包括KRG（過程儀表系統(tǒng)，通常稱為SIP）、RPN（核儀表系統(tǒng)）、RPR（反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)），以及所有專設(shè)安全系統(tǒng)（如RIS安全注入系統(tǒng)、EAS安全殼噴淋系統(tǒng)等）。KRG和RPN系統(tǒng)有4個(gè)相互獨(dú)立的通道，分別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器送出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，模擬信號(hào)達(dá)到設(shè)定值后轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號(hào)送至RPR系統(tǒng)的A、B兩個(gè)系列，作為保護(hù)系統(tǒng)的輸入信號(hào)。輸入信號(hào)首先進(jìn)入保護(hù)系統(tǒng)的隔離卡件，每個(gè)輸入信號(hào)通過隔離卡件產(chǎn)生與輸入信號(hào)隔離且相互獨(dú)立的兩個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，分別送去X半邏輯柜和Y半邏輯柜。隔離卡件的輸出信號(hào)分別在X半邏輯柜和Y半邏輯柜中進(jìn)行同樣的邏輯運(yùn)算，當(dāng)X半邏輯和Y半邏輯同時(shí)給出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，形成保護(hù)指令，最終送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。

圖1 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)組成及響應(yīng)時(shí)間區(qū)間劃分Fig.1 Composition of reactor protection system and division of response time interval

2 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)量

保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指該系統(tǒng)的每一個(gè)輸入變量從超越保護(hù)整定值起，到觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)保護(hù)命令所需要的時(shí)間。系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)保護(hù)變量的響應(yīng)時(shí)間有不同的要求。本文主要描述保護(hù)系統(tǒng)邏輯部分響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量，傳感器的響應(yīng)時(shí)間由廠家提供；模擬部分的響應(yīng)時(shí)間（T’）由制造廠測(cè)量，測(cè)量方法是先把動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)調(diào)為零，然后測(cè)量從輸入階躍信號(hào)（幅值是整定值的95%～105%）起，到閾值繼電器動(dòng)作為止的響應(yīng)時(shí)間；停堆斷路器斷開時(shí)間（T3）由調(diào)試電氣組提供；如圖2所示，保持鉤爪釋放時(shí)間（T4），是保持線圈小電流下降到額定值的33%開始到棒位探測(cè)器原邊線圈感應(yīng)電壓出現(xiàn)拐點(diǎn)為止；控制棒下落的時(shí)間（T5），是棒位探測(cè)器原邊線圈電壓波形上升開始直到其出現(xiàn)下降拐點(diǎn)為止；控制棒插入時(shí)間（T6），是棒位探測(cè)器原邊線圈電壓波形出現(xiàn)下降拐點(diǎn)起，到第一次降為零為止；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間由各相關(guān)系統(tǒng)提供。

圖2 落棒時(shí)間測(cè)量波形Fig.2 Measuring wave opening of falling rod time

圖3列出了響應(yīng)時(shí)間的組成。下面解釋各部分響應(yīng)時(shí)間的定義，同時(shí)列出了安全準(zhǔn)則所要求的時(shí)間范圍。

圖3 保護(hù)通道響應(yīng)時(shí)間分解圖Fig.3 Decomposition diagram of response time of protection channel

TRT緊急停堆通道響應(yīng)時(shí)間為：

式（1）中，T0——流體傳輸時(shí)間（參數(shù)為溫度時(shí)，T0=1s，其余參數(shù)為T0=0s）。

T1——傳感器響應(yīng)時(shí)間（由廠家提供）。

T2——模擬通道和邏輯通道響應(yīng)時(shí)間（T2'≤0.10s，T2"≤ 0.20s）。

T3——反應(yīng)堆緊急停堆斷路器打開時(shí)間（T3≤0.15s）。

圖4 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試原理圖Fig.4 Schematic diagram of response time test

T4——棒控系統(tǒng)保持鉤爪的釋放時(shí)間（T4≤0.15s）。

T5——落棒時(shí)間（從開始下落到緩沖段）：T5≤2.15s。

T6——從緩沖段到堆芯底部的時(shí)間（T5+T6≤3.0s）。

緊急停堆系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間≤30ms（從隔離柜的輸入到輸出柜中輸出繼電器的接點(diǎn)）。

專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間≤50ms（從隔離柜的輸入到輸出柜中輸出繼電器的接點(diǎn)）。

ATWT系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間≤80ms（從系統(tǒng)的輸入接點(diǎn)到輸出接點(diǎn)）。

TESF專設(shè)安全設(shè)施通道響應(yīng)時(shí)間為：

其中，T10 = T11+T12+T13；T11：柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間；T12：重新加載時(shí)間，對(duì)于非應(yīng)急供電的驅(qū)動(dòng)器T11 =T12 = 0；T13：在電廠系統(tǒng)試驗(yàn)中測(cè)量的驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作時(shí)間。

對(duì)于一個(gè)給定的保護(hù)動(dòng)作，TESF應(yīng)根據(jù)具有最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間的驅(qū)動(dòng)器來計(jì)算；只對(duì)那些在保護(hù)動(dòng)作中實(shí)際動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)那些通常處于安全位置的驅(qū)動(dòng)器（只接受來自反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的真實(shí)信號(hào)），在計(jì)算TESF時(shí)不予考慮。

2.1 測(cè)試條件

RPR系統(tǒng)功能試驗(yàn)已經(jīng)完成，且處于試驗(yàn)狀態(tài)（與下游系統(tǒng)隔離）。系統(tǒng)沒有緊急停堆和專設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)220V交流電源LNA/LNB/LNC/LND/LNE及48V直流電源LCA/LCB/LCC可用。

2.2 安全措施

利用RPR模擬輸入裝置，將RPR置于非動(dòng)作的狀態(tài)，由繼電器的開觸點(diǎn)輸出的信號(hào)應(yīng)在端子排上斷開，由繼電器的閉合觸點(diǎn)輸出的信號(hào)應(yīng)由短接片在端子排上短接，緊急停堆主斷路器和旁通斷路器應(yīng)抽出。

表1 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試記錄Table 1 Response time test record

3 測(cè)試方法及結(jié)果

3.1 測(cè)試方法

在T2響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試中，主要測(cè)量邏輯通道的響應(yīng)時(shí)間。測(cè)試時(shí)，從保護(hù)系統(tǒng)隔離柜的輸入端注入模擬的輸入信號(hào)來代替模擬通道輸出信號(hào)，同時(shí)用響應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀（4通道記錄儀），記錄從注入模擬的輸入信號(hào)到RPR機(jī)柜輸出保護(hù)動(dòng)作命令所占用的時(shí)間，具體步驟如下：

1）檢查測(cè)試條件（如2.1所述）。

2）預(yù)置相關(guān)邏輯狀態(tài)（由于保護(hù)系統(tǒng)中符合邏輯和邏輯運(yùn)算的不同，需要設(shè)置一些相關(guān)的邏輯狀態(tài)，使被測(cè)信號(hào)能產(chǎn)生動(dòng)作信號(hào)輸出）。

3）注入模擬的輸入信號(hào)：在調(diào)試臺(tái)上，將隔離柜的信號(hào)輸入接到反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的模擬裝置上，利用試驗(yàn)按鈕產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，用響應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀記錄響應(yīng)時(shí)間。

下面以超溫ΔT的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試為例，說明測(cè)試方法。

如圖4所示，把電源、試驗(yàn)按鈕、記錄儀連接完畢，且再預(yù)置一路超溫ΔT信號(hào)。此時(shí)，輸入Ⅰ有24V電壓信號(hào)，輸入Ⅱ有48V電壓信號(hào)。當(dāng)按下試驗(yàn)按鈕時(shí)，輸入Ⅰ立即為0，而輸入Ⅱ要經(jīng)過邏輯處理后驅(qū)動(dòng)輸出柜的繼電器動(dòng)作，才變?yōu)?。這里的延時(shí)時(shí)間T，就是保護(hù)系統(tǒng)邏輯處理部分的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)然，不同類型的信號(hào)有不同的連接方式，特別是隔離卡件的輸入電壓有24V和48V，需要引起重視，否則容易損壞隔離卡件。

3.2 測(cè)試結(jié)果

在核電廠調(diào)試期間，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不但是系統(tǒng)驗(yàn)收所必須的，而且對(duì)今后核電站安全運(yùn)行和必要的檢修工作，都是必不可少的原始資料。表1列出了3號(hào)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)然，如果是四取二通道，必須每個(gè)通道都要測(cè)量，并取其最大值。

4 結(jié)束語

根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)與保護(hù)系統(tǒng)安全準(zhǔn)則比較，完全滿足要求。近期的運(yùn)行也表明，響應(yīng)時(shí)間在規(guī)定的范圍內(nèi)。這就證明，保護(hù)系統(tǒng)是安全可靠的，能夠確保反應(yīng)堆具有很高的安全性。