压水堆核电站数字化反响堆保护系统设计.docx
压水堆核电站数字化反响堆保护系统设计ronggang导语：本文介绍了宁德核电站数字化反响堆保护系统的功能、总体构造、设计特点以及定期试验等方面的内容摘要：福建省宁德核电站是采用数字化反响堆保护系统的核电站之一，具有先进的设计理念和思想，进步了自动化程度，系统设计知足单一故障、多样性、独立性以及可试验性等设计准那么。本文介绍了宁德核电站数字化反响堆保护系统的功能、总体构造、设计特点以及定期试验等方面的内容。关键词：核电站;数字化;冗余性;多样性;拓扑构造;共模故障由于核电站对核平安的特殊要求，一直以来核电站大都采用传统的模拟控制系统，数字化仪控系统在核电站的应用较少，以分散控制系统DCS为设计思想的数字化控制系统在常规火电厂得到了普遍应用7。随着计算机软硬件的快速开展，数字化仪控系统所具有的开放性、高可靠性、快速性和可操纵性逐渐被认可，同时由于数字化仪控系统可靠性的逐步进步以及使用经历的积累，核电站采用数字化控制系统成为可能，是开展趋势。目前，已经采用全范围数字化控制系统的核电站有田湾核电站、岭澳一期核电站常规岛系统和设备4,5。数字化控制系统具有常规模拟量控制系统无法比较的优越性，也是进步核电站综合自动化程度的必要手段。作为核电站最重要系统之一，反响堆保护系统逐步采用数字化保护系统已成为趋势，它是核电站全范围DCS的平安级局部。目前在建的核电站，例如岭澳二期、红沿河核电站、宁德核电站等，均采用数字化反响堆保护系统。1反响堆保护系统1.1.功能反响堆保护系统是核电站最重要的平安系统，属于核电厂1E级电气设备，它包括紧急停堆系统和专设平安设施驱动系统。反响堆保护系统监测与反响堆平安有关的参数，当这些参数超过预设的保护定值时，自动触发紧急停堆及启动相应专设平安设施，以限制事故的开展和减轻事故后果，防止放射性物质向四周环境释放，保证核电站设备和人员的平安。同时还应向操纵人员提供手动控制手段和相关系统和设备状态信息。1.2.设计准那么反响堆保护系统设计应遵循如下准那么1：自动保护、单一故障准那么、多样性、可试验性以及独立性原那么等。“单一故障准那么是指单一保护系统通道或者系统部件故障都不得阻碍保护系统的正常动作，要知足单一故障准那么，反响堆保护系统应具有足够的冗余度;通过功能多样性和设备多样性来防止共模故障是核电站仪控设计的根本原那么之一6;“故障平安准那么是指在失去能源条件下可以发生停堆，系统通道或者部件发生故障时，不需要采取任何操纵而使保护系统的功能处于平安状态。2宁德核电站数字化反响堆保护系统设计2.1总体构造宁德核电站反响堆保护系统采用日本三菱公司的MELTAC-NplusR3系统，主要完成核平安级系统和设备控制功能，如反响堆跳闸保护逻辑、专设平安设施驱动、事故后监测等，它是一体化全范围DCS系统的平安级局部，其总体构造见图1。align=center图1数字化反响堆保护系统构造示意图/align为知足保护系统各方面的设计要求，宁德核电站反响堆保护系统总体构造采用A、B两列，四个冗余的保护测量通道，两个冗余的逻辑处理单元，在列与列、通道与通道之间，实现物理与电气隔离2，具有独立性，互不影响。数字化反响堆保护系统主要包括：平安级的测量仪表、反响堆保护柜RPC、专设平安设施驱动柜ESFAC、平安逻辑机柜SLC、通讯网络、多样性驱动系统DAS及停堆断路器等。在平安级测量仪表与数据收集通道之间、逻辑处理输出与停堆断路器之间、主控室手动控制设备与保护系统之间采用硬接线方式连接，其它均采用网络方式通讯，网络采用双网冗余环形拓扑构造。2.2平安级显示单元SVDU采用SVDU是本系统的一大特点，SVDU是三菱公司基于最小化后备盘思想而设计的，SVDU具有触摸屏功能，主要用来控制平安级设备的操纵。运行操纵人员从NC-VDU调用平安级设备，通过网络将调用信号传送至SVDU，在SVDU上弹出操纵面板，运行操纵人员利用触摸功能实现对对象的控制。本系统共有16个SVDU，分别分布在后备盘BUP、操纵台OWP、远程停堆站RSS上，为知足不同功能需求，三种SVDU的人机界面不尽一样。2.3反响堆保护柜RPC每个保护通道由一组反响堆保护柜RPC及相关联设备组成，每组反响堆保护柜RPC包含了两个处理器子组，每个子组处理器冗余配置。RPC对传感器输入信号进展收集、运算处理，产生触发信号分别送往紧急停堆断路器和专设平安设施驱动系统，使反响堆紧急停堆，并根据需要驱动专设平安设施。RPC有四个通道，每个通道通过承受其它通道的触发信号进展4取2逻辑表决，产生反响堆跳闸信号。每通道输出通过硬接线输出信号至相应的停堆断路器，每个通道驱动两个停堆断路器。RPC保护通道之间进展电气及实体隔离，通道之间互相独立，互不影响。2.4平安专设驱动机柜ESFACESFAC通过接收RPC信号并进展4取2逻辑表决完成系统级的逻辑驱动，同时ESFAC也承受来自后备盘、紧急操纵盘手动控制信号。2.5平安逻辑控制柜SLCSLC逻辑子系统通过接收系统级ESFAC逻辑驱动信号及其它系统信号包括控制室手动指令完成部件级的逻辑控制，并从DO输出卡件输出驱动信号至PIF卡控制现场平安级设备。2.6网络构造宁德核电数字化反响堆包含系统有SafetyBus、SafetySystemBus和HMDataBus三个网络，其中SafetyBus属于IE级，SafetySystemBus和HMDataBus属于NC级，但三种网络的物理构造一样，都为双层网，拓扑构造采用双网冗余环形构造。双层网可靠性高，双层网之间互相冗余备用，当单层网络中有一处发生故障时，另一层网络起作用，不会导致整个网络瘫痪，不会影响数据传输，保证了系统的平安。2.7多样性驱动系统DAS多样性驱动系统DAS由多样性驱动机柜、后备操纵盘及紧急操纵盘相关设备组成，多样性驱动机柜由基于模拟技术的卡件组成，后备盘和紧急操纵盘由硬接线开关和继电器等组成，DAS为数字化反响堆保护系统共模故障提供多样性后备。2.8优选逻辑控制模块PIFPIF卡安装在SLC机柜里，其主要功能为逻辑优选。PIF卡分别承受来自SLC机柜、后备盘BUP、紧急操纵盘ECP的信号，这些信号经过PIF卡的优选逻辑选择后直接控制现场平安级设备。2.9停堆断路器停堆断路器有8个，A、B列各4个，A列为AX、AXAY、AY;B列为BX、BXBY、BY，每个通道的跳堆信号驱动2个断路器，8个4组断路器接点通过硬接线方式实现“四取二逻辑跳堆,断路器硬接线连接见“图2。align=center图2紧急停堆断路器硬接线连接图/align当4个通道任何两个通道有跳堆信号，对应断路器接点断开，切断棒控系统电源，使控制棒落入堆底，实现紧急停堆。停堆断路器除承受来自数字化保护系统自动停堆信号外，还直接承受来自紧急控制盘ECP的手动停堆信号，实现反响堆保护的多样性。2.10系统接口数字化反响堆保护系统与其它系统或者设备的接口设计原那么：连锁保护信号采用硬接线方式;平安级参数通过网络传输到NC-VDU进展显示;重要1E级显示参数通过硬接线送到后备盘BUP常规指示仪表或者PAMS系统显示。3定期试验T1、T2、T3反响堆保护系统设计必须允许在功率运行期间从传感器到最终的执行元件输入信号的所有环节进展试验和检查，保护系统的试验不得影响保护系统的正常保护功能，这种试验不会引起保护动作，除非实际存在实际保护的工况3。宁德核电站数字化反响堆保护系统具有可试验性，可以完成从传感器输入、逻辑运算到驱动执行机构完好试验，定期试验内容包括T1、T2、T3三个局部，定期试验示意图见“图3align=center图3数字化反响堆保护系统定期试验示意图/align3.1T1试验T1试验是对反响堆保护系统模拟量保护通道试验，主要包括参数互校、探头校验等。3.2T2试验T2试验是对反响堆保护系统逻辑量保护通道的试验。3.3T3试验T3试验是对反响堆保护系统执行器及保护信号输出功能试验，包括三个方面的内容：T3-1：停堆功能测试，通过断路器定期试验完成;T3-2：SLC和ESFAC功能试验，可以真正触发局部试验;T3-3：SLC和ESFAC功能试验，正常运行期间不能真正动作的执行器，运行期间定期进展连续性试验，大修期间执行真正动作试验。宁德核电站反响堆保护采用数字化保护系统，为防止共模故障，采用ATWS、ECP等多样性6系统作为后备，系统设计知足单一故障、多样性、独立性以及可试验性等设计准那么，其设计思想和理念具有科学性、先进性，值得其它新上马核电站借鉴。反响堆保护采用数字化保护系统是趋势，但鉴于反响堆保护系统的高平安性、高可靠性，以及目前我国平安级数字化控制系统的设计、制造程度较低，数字化反响堆保护系统还没有实现国产化，国外系统价格比拟昂贵，且备品备件轻易受制于人，因此，实现数字化反响堆保护系统的国产化将是我国自动化控制系统科技人员的使命和目的。5参考标准及文献1GB/T13629-2020.核电站平安系统中数字计算机的适用准那么.2GB/T5963-1995，反响堆保护系统的隔离准那么.3GB5204-94.核电厂平安系统的定期试验与监测.4伍广俭，卓文标.岭澳核电站常规岛控制系统的技术特点J.广东电力，2003，161：23-26,45.5伍广俭.分散控制系统在核电站常规岛的应用J.电力建立，2001，229：52-55,59.6曹建亭.采用DCS实现核电站多样性保护控制分析.当代电力，2007年第24卷第06期.7印江，冯江涛.电厂分散控制系统M.北京：中国电力出版社，2006.
