模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-機(jī)電論文模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)馮威俞赟尤愷羅煒（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610041 ）【摘 要】模塊式小型堆作為采用三代核電技術(shù)的多用途小型壓水堆，在設(shè)備的建造和設(shè)計(jì)上與以往工程項(xiàng)目相比有其自身的特點(diǎn)。將介紹小堆項(xiàng)目反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并分析其系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。關(guān)鍵詞模塊式小型堆；緊急停堆系統(tǒng)；專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作者簡介：馮威（1982 ），男，漢族，四川成都人，工程師，從事核電站儀控設(shè)計(jì)工作。0引言反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是核電廠重要的安全系統(tǒng)。它對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

2、、 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。 它監(jiān)測電廠重要的參數(shù)，對安全信號進(jìn)行必要 的采集、計(jì)算、定值比較、符合邏輯處理，當(dāng)選定的電廠參數(shù)達(dá)到安全系統(tǒng)整定 值時(shí)，自動(dòng)地觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆和/或驅(qū)動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)并維持 電廠的安全停堆工況。模塊式小型堆主要設(shè)計(jì)有緊急停堆功能、專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)等與安全有關(guān)的 功能，為此設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)包含了緊急停堆系統(tǒng)和專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 兩個(gè)子系統(tǒng)。同時(shí)，為應(yīng)對安全級 DCS發(fā)生共因故障和應(yīng)對預(yù)期瞬態(tài)未停堆（ATWT ）設(shè)置了多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其采用與反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能，驅(qū)動(dòng)有關(guān)的驅(qū)動(dòng)器。已5生 rk!序列D存列A第工

3、悅衣g(l.-r*ir.7Tir-嶼i：r馬號.E他Pf-：ffra4.桿憶*再呂一 遇怯鳳工悅乘 O卜JflEfc-tU址厘4i丸丸黑ihJELi,禺塔!£譚塔'M 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)由四重冗余的序列 A、B、C、D組成（見圖1）,各序列之間以及安全系統(tǒng)與非安全級系統(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)行四個(gè)冗余序列使用四套獨(dú)立的傳感器。每個(gè)序列從對應(yīng)的傳感器/變送器采集 信號，經(jīng)必要的處理后再進(jìn)行閾值比較，當(dāng)超過閾值則產(chǎn)生“局部脫扣”信號。 這些信號經(jīng)過光纖I/O總線被送往其它序列進(jìn)行邏輯處理

4、從而完成以下功能：反 應(yīng)堆緊急停堆，汽機(jī)剎車，啟動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施和支持系統(tǒng)?？偣灿邪藗€(gè)停堆斷路器（分為四組，分別由四個(gè)序列控制），布置成四取二邏輯，任何兩個(gè)序列同時(shí)產(chǎn)生停堆信號都將導(dǎo)致停堆。1.2 緊急停堆和專設(shè)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)按功能分為兩部分：觸發(fā)緊急停堆的部分；觸發(fā)專設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作的部分。兩部分功能在同一 IC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測的每個(gè)保護(hù)參數(shù)（溫度、壓力等），由3或4個(gè)傳感器測量， 它們在分隔的機(jī)柜中處理，并由不同的電源供電。緊急停堆邏輯的邏輯處理在四個(gè)序列中實(shí)現(xiàn)，采用失電動(dòng)作的原則。在每個(gè) 序列內(nèi)，對來自四個(gè)序列的“局部脫扣”信號進(jìn)行 2/4邏輯處理，四個(gè)停堆序列 的自動(dòng)停

5、堆信號作用于本序列對應(yīng)的停堆斷路器的失壓線圈和分勵(lì)線圈上，從而打開停堆斷路器。在控制室設(shè)置兩個(gè)停堆按鈕用于觸發(fā)手動(dòng)停堆指令。手動(dòng)停堆 信號同樣作用于停堆斷路器的失壓線圈和分勵(lì)線圈。專設(shè)安全設(shè)施的邏輯處理也在四個(gè)序列中實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)序列內(nèi)，對來自四個(gè) 序列的“局部脫扣”信號進(jìn)行 2/4邏輯處理后產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)級的專設(shè)安全設(shè)施 驅(qū)動(dòng)信號。這個(gè)信號被送往優(yōu)先級邏輯處理模塊進(jìn)行優(yōu)先級處理后再輸出到對應(yīng) 的被驅(qū)動(dòng)設(shè)備專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)邏輯與緊急停堆邏輯相比，有兩點(diǎn)不同之處:1）專設(shè)安全設(shè)施裝置的驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)持續(xù)的保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)信號（維持觸 發(fā)后的狀態(tài)）。而對于緊急停堆來說，只要停堆斷路器有極短時(shí)間的釋放，控制

6、 棒就能下落，停閉反應(yīng)堆。在有些情況下，專設(shè)安全設(shè)施裝置的驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過規(guī)定 的時(shí)間以后，又允許恢復(fù)到觸發(fā)前的狀態(tài)，以便操縱員進(jìn)行某些操作，使安全系 統(tǒng)重新組態(tài)。2）專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)送到驅(qū)動(dòng)器的控制信號是有電動(dòng)作的。專設(shè)安 全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)邏輯的輸出以及輸出到安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)器的控制信號采用的是有 電動(dòng)作的原則。采用有電動(dòng)作的原則是因?yàn)閷ＴO(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作通常是需 要有電源驅(qū)動(dòng)的，同時(shí)也考慮到驅(qū)動(dòng)器的虛假觸發(fā)可能會(huì)損壞設(shè)備。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的功能不僅有自動(dòng)控制功能，也包含有關(guān)的手動(dòng)控制功能。 其中的自動(dòng)控制功能在反應(yīng)堆的各種工況條件下為反應(yīng)堆提供保護(hù)和監(jiān)測功能。 在某些工況下，當(dāng)某些保護(hù)參數(shù)不具備

7、投入條件時(shí)， 設(shè)計(jì)有運(yùn)行旁通功能。同時(shí), 按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，為每一個(gè)安全動(dòng)作設(shè)計(jì)直接的手動(dòng)操作裝置從而提供手動(dòng) 控制的能力。2 技術(shù)特點(diǎn)模塊式小型堆的設(shè)計(jì)以現(xiàn)有壓水堆技術(shù)為基礎(chǔ)，滿足現(xiàn)行有效的核安全法規(guī) 及導(dǎo)則的要求，同時(shí)參照國際原子能機(jī)構(gòu)所頒布的有效安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，具備嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措施；同時(shí)吸收福島核電站事故的經(jīng)驗(yàn)反饋， 考慮應(yīng)對福島核 電站事故的相關(guān)改進(jìn)和措施。綜合對國內(nèi)M310堆型以及AP1000保護(hù)與安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總結(jié)和比 較，得出以下結(jié)論：M310堆型保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、可靠，但是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與采用第3代核電技術(shù)的模塊式小型堆堆型的工藝系統(tǒng)不宜匹配；AP1000是三 代非

8、能動(dòng)電廠的典型代表，其保護(hù)系統(tǒng)結(jié)合了所采用的DCS平臺(tái)的特點(diǎn)，在保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上有較大變化。 它們有各自的特點(diǎn)，考慮到模塊式小型堆的 堆型新增了三代核電廠的功能要求，所以在設(shè)計(jì)上更多的借鑒于AP1000。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，針對小堆自身特點(diǎn)，考慮在 AP1000的基礎(chǔ)上進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)，主要涉及保護(hù)參數(shù)的選取、保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)、系 統(tǒng)接口設(shè)計(jì)等。考慮到模塊式小型堆堆型較小，相對于AP1000的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，模塊式小型堆的自動(dòng)卸壓系統(tǒng)由四級卸壓改為了三級卸壓，并取消了對應(yīng)的卸壓閥和隔離閥的設(shè)置。在停堆邏輯的設(shè)計(jì)上，對AP1000三代核電技術(shù)的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)中停堆邏輯進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步完善了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3總結(jié)模塊式小型堆反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用了數(shù)字化技術(shù)所帶來的優(yōu)勢，提 高了整個(gè)電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到了三代核能系統(tǒng)的安全要求，并為我國數(shù) 字化