淺析爆破閥在AP1000核電廠中的應(yīng)用

耿緒超

摘要：爆破閥是AP1000核電機(jī)組特有的設(shè)備，在國(guó)內(nèi)核電站中首次應(yīng)用，因此對(duì)其特性的研究是十分必要的。本文主要介紹了AP1000爆破閥的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)針對(duì)其控制特性進(jìn)行深入分析以評(píng)估爆破閥的可靠性。

關(guān)鍵詞：AP1000；爆破閥；控制方式；可靠性

1.爆破閥簡(jiǎn)介

爆破閥具有低壓降、零泄漏等特點(diǎn)，有比較高的可靠性并且不會(huì)有非預(yù)期的頻繁開啟動(dòng)作。這些特點(diǎn)使得在電廠正常運(yùn)行期間不需要爆破閥動(dòng)作時(shí)，可以保證閥門無泄漏，并且能夠在事故時(shí)接收開啟信號(hào)可靠的打開閥門，以實(shí)現(xiàn)AP1000電廠所要求的自動(dòng)卸壓、低壓安注和安全殼再循環(huán)等功能。爆破閥的結(jié)構(gòu)主要包括殼體、預(yù)緊螺栓、引爆裝置、活塞、驅(qū)動(dòng)器銷、剪切段、管嘴以及電磁開關(guān)等。AP1000核電廠共采用12臺(tái)爆破閥，分別為自動(dòng)卸壓系統(tǒng)第4級(jí)（ADS-4）管線上的4臺(tái)14英寸爆破閥，安全殼內(nèi)置換料水箱（IRWST）重力安注管線上的4臺(tái)8英寸的爆破閥以及安全殼再循環(huán)管線上的4臺(tái)8英寸爆破閥。ADS-4管線上的爆破閥打開后可以使一回路充分的降壓（可降至0.09MPa），為下一步的IRWST重力安注提供條件；IRWST重力安注管線上的爆破閥開啟后，可以實(shí)現(xiàn)由IRWST至堆芯的重力補(bǔ)水；在事故后長(zhǎng)期運(yùn)行階段，安全殼再循環(huán)管線上的爆破閥開啟，實(shí)現(xiàn)堆芯的長(zhǎng)期冷卻。

2.爆破閥工作原理

爆破閥在電廠正常運(yùn)行期間一直處于關(guān)閉狀態(tài)，承受一回路的高壓，爆破閥采用炸藥定向爆破技術(shù)，利用炸藥的能量可以迅速的打開閥門。其工作原理是：當(dāng)引爆裝置收到來自保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PMS）或者多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（DAS）的閥門開啟信號(hào)后引爆藥筒中的炸藥，炸藥瞬間釋放的能量驅(qū)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，沖擊并切斷剪切帽從而開啟閥門。落下的剪切段繞著下蓋的軸旋轉(zhuǎn)至水平位置，而活塞下方的緩沖組件則用于吸收活塞剩余能量。通過爆破閥的工作原理可以看出，閥門可靠開啟的必要條件是能夠引爆炸藥，而引爆炸藥則需要可靠的電源供應(yīng)，因此AP1000采用1E級(jí)直流與UPS系統(tǒng)（IDS）為爆破閥的引爆裝置供電，即使在失去全場(chǎng)交流電源事故發(fā)生后，也能保證閥門的可靠開啟。每個(gè)爆破閥都有2個(gè)單獨(dú)的1E級(jí)供電設(shè)施。

引爆裝置控制器接收兩種控制信號(hào)，一種是ARM信號(hào)，另外一種是ACTUATE信號(hào)。ARM信號(hào)有效時(shí)，K1繼電器動(dòng)作使接觸器K1b斷開（正常閉合），將電容器與爆破閥點(diǎn)火器隔離，電容器充電。ARM信號(hào)作用一段時(shí)間后消失（一般是3s），使得K1線圈失電，K1b恢復(fù)閉合；ACTUATE信號(hào)有效時(shí)，K2繼電器動(dòng)作使接觸器K2a閉合，K2b斷開，電容器放電，使爆破閥點(diǎn)火器點(diǎn)火，爆破閥爆破開啟。

3.爆破閥控制方式分析

AP1000核電廠中爆破閥的驅(qū)動(dòng)由保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PMS）或者多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（DAS）進(jìn)行控制。PMS屬于安全相關(guān)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故時(shí)，能夠保持其安全功能可以實(shí)現(xiàn)，而DAS屬于非安全相關(guān)系統(tǒng)，它作為PMS的備用，能夠在PMS失效后，執(zhí)行相關(guān)的動(dòng)作，確保核電站的安全。

3.1 PMS觸發(fā)爆破閥動(dòng)作分析

當(dāng)ADS第4級(jí)觸發(fā)后，經(jīng)延時(shí)將觸發(fā)ADS爆破閥動(dòng)作，另外，安全殼內(nèi)換料水箱注射以及安全殼再循環(huán)注射也將觸發(fā)爆破閥開啟。此時(shí)爆破閥控制器接收到來自PMS一定時(shí)序間隔的ARM和ACTUATE信號(hào)后觸發(fā)相應(yīng)點(diǎn)火器動(dòng)作，從而使爆破閥開啟。

由于PMS屬于AP1000核電廠的安全相關(guān)系統(tǒng)，可靠性非常高，發(fā)生故障的概率很小，因此可以保證爆破閥的觸發(fā)。而且，即便假設(shè)PMS自動(dòng)功能失效，操縱員還可通過位于主控室的主專用安全盤（PDSP）和次級(jí)專用安全盤（SDSP）的手動(dòng)按鈕或遠(yuǎn)程停堆站（RSR）的手動(dòng)按鈕產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生爆破閥動(dòng)作命令作。

3.2 DAS觸發(fā)爆破閥動(dòng)作分析

DAS作為PMS的備用，可以在主控室的DAS盤手動(dòng)開關(guān)或就地DAS儀表柜手動(dòng)開關(guān)觸發(fā)爆破閥動(dòng)作。每個(gè)爆破閥在主控室DAS盤上有兩個(gè)開關(guān)，分別為ARM和ACTUATE，通過順序觸發(fā)ARM和ACTUATE來觸發(fā)爆破閥點(diǎn)火器動(dòng)作，從而打開爆破閥。

PMS與DAS觸發(fā)爆破閥的方式不同，但最終都是向爆破閥控制器提供一定時(shí)序的ARM和ACTUATE信號(hào)，經(jīng)爆破閥控制器電路轉(zhuǎn)換，在點(diǎn)火器接線端產(chǎn)生一定電壓，從而觸發(fā)點(diǎn)火器動(dòng)作。正常情況下，爆破閥控制器不帶電，需要觸發(fā)爆破閥動(dòng)作時(shí)才通過ARM和ACTUATE信號(hào)使爆破閥控制器充電，進(jìn)而觸發(fā)點(diǎn)火器動(dòng)作，這樣有效的防止了正常運(yùn)行時(shí)爆破閥的誤觸發(fā)，保證了機(jī)組的可靠性。

4.結(jié)論

綜上可見，AP1000核電廠爆破閥在工作原理、控制電源、觸發(fā)方式方面都有較高的可靠性，因此采用它來實(shí)現(xiàn)重要的安全相關(guān)功能是可靠的、必要的，充分體現(xiàn)了AP1000核電廠“非能動(dòng)”這一先進(jìn)理念。

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