壓水堆核電廠儀控系統(tǒng)的定期試驗(yàn)設(shè)計(jì)

馬潔光　杜文艷

摘要：隨著我國對(duì)清潔能源不斷擴(kuò)大的需求，促使國內(nèi)核電快速發(fā)展， DCS控制系統(tǒng)作為一項(xiàng)成熟的工業(yè)控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各個(gè)核電站的建設(shè)與運(yùn)行之中。但是由于核電廠反應(yīng)堆保護(hù)的特殊性，為了確保整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的高度可靠性，即使是在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，也要求能用試驗(yàn)的方法來確認(rèn)保護(hù)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能完整性。本文將結(jié)合相關(guān)國標(biāo)的要求，介紹壓水堆核電廠保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：核電;壓水堆;定期試驗(yàn);儀控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TK323 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）14-0228-03

Abstract： With the expanding demand for clean energy in China and the rapid development of nuclear power in China， DCS control system， as a mature industrial control technology， is widely used in the construction and operation of various nuclear power plants in China. However， due to the particularity of reactor protection in nuclear power plant， in order to ensure the high reliability of the whole protection system， even in the process of reactor operation， it is necessary to confirm the functional integrity of the protection system designed by the test method. This paper will introduce the design of periodic test for protection system of PWR nuclear power plant according to the requirements of relevant national standards.

Key words： Nuclear power plant; Pressurized Water Reactor; Periodic Test; DCS;

1定期試驗(yàn)相關(guān)要求

在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是處于實(shí)時(shí)工作狀態(tài)的，只要反應(yīng)堆的各項(xiàng)參數(shù)在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，保護(hù)系統(tǒng)真正動(dòng)作的概率是非常低的，再加上保護(hù)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)和多重保護(hù)設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)內(nèi)部存在的隱性故障（非安全故障）不容易被發(fā)現(xiàn)。為了確保整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的高度可靠性，即使是在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，也要求能用試驗(yàn)的方法來確認(rèn)保護(hù)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能完整性。T1，T2，T3定期試驗(yàn)的目的也就是檢測保護(hù)通道動(dòng)作參數(shù)是否合理、邏輯功能以及輸出通道是否正常，確保整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的安全功能不出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)的現(xiàn)象。

在國標(biāo)GB 5204-94（核電廠安全系統(tǒng)定期試驗(yàn)與監(jiān)測）總則中規(guī)定：“安全系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成在電廠運(yùn)行期間以及電廠停運(yùn)期間是可試驗(yàn)的。這種可試驗(yàn)性必須允許單獨(dú)試驗(yàn)一個(gè)冗余通道和負(fù)載組，同時(shí)保持系統(tǒng)對(duì)真實(shí)信號(hào)的響應(yīng)能力或者必要時(shí)觸發(fā)被試驗(yàn)通道的輸出或者按安全要求和運(yùn)行限制條件旁通某個(gè)設(shè)備”。因此，T1，T2及T3試驗(yàn)必須具備在反應(yīng)堆功率運(yùn)行和停堆換料大修等工況下進(jìn)行功能測試的能力[1]。

不論是T1試驗(yàn)，還是T2或T3試驗(yàn)，在任何工況下進(jìn)行試驗(yàn)，都必須確保試驗(yàn)信號(hào)不會(huì)對(duì)反應(yīng)堆的安全運(yùn)行產(chǎn)生干擾，更不能使得保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作，而且在反應(yīng)堆工況需要時(shí)不能阻礙保護(hù)系統(tǒng)執(zhí)行其必要的保護(hù)功能。同時(shí)，要求定期試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間短，操作方式簡單可靠，試驗(yàn)的各種功能信號(hào)測試完全，最大限度地降低定期試驗(yàn)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，為核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2定期試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.1T1定期試驗(yàn)介紹

T1試驗(yàn)的內(nèi)容：

T1試驗(yàn)是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)儀表通道模擬信號(hào)處理部分的定期試驗(yàn)，是測量通道的實(shí)驗(yàn)。

T1試驗(yàn)的目的：

T1實(shí)驗(yàn)就是檢測保護(hù)系統(tǒng)模擬信號(hào)處理卡件的信號(hào)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、報(bào)警參數(shù)的設(shè)置等等是否正常，同時(shí)對(duì)單通道的保護(hù)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷、報(bào)警指示等功能的測試，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)儀表通道中所存在的隱性故障，提高整個(gè)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的安全可靠性。

2.2 T2定期試驗(yàn)介紹

T2試驗(yàn)的內(nèi)容：

T2試驗(yàn)是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)邏輯信號(hào)處理部分的定期試驗(yàn)，其試驗(yàn)內(nèi)容包括各類邏輯組合以及相關(guān)的信號(hào)傳輸?shù)墓δ軠y試。

T2試驗(yàn)的目的：

T2試驗(yàn)的目的是檢查保護(hù)系統(tǒng)邏輯處理功能是否正常以及信號(hào)報(bào)警指示功能是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)邏輯處理和信號(hào)處理所存在的故障。

2.3 T3定期試驗(yàn)介紹

T3試驗(yàn)的內(nèi)容：

T3試驗(yàn)是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)輸出信號(hào)處理部分（即安全驅(qū)動(dòng)器）的定期試驗(yàn)，按照功能可分為①停堆系統(tǒng)T3定期試驗(yàn)、專設(shè)安全系統(tǒng)T3定期試驗(yàn)、③多樣化保護(hù)系統(tǒng)T3定期試驗(yàn)。

T3試驗(yàn)的目的：

T3試驗(yàn)的主要目的是檢查反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的輸出是否正常以及部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)能否正常動(dòng)作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)潛在的拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

T1，T2，T3三個(gè)定期試驗(yàn)，它們的試驗(yàn)周期有些不同，根據(jù)秦山二期核電廠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，T1試驗(yàn)和T3試驗(yàn)為兩個(gè)月執(zhí)行一次，而T2試驗(yàn)為半年執(zhí)行一次。定期試驗(yàn)周期的確定主要取決于設(shè)備的可靠性程度和相似設(shè)備在電廠的運(yùn)行維修經(jīng)驗(yàn)，并適當(dāng)考慮運(yùn)行中的設(shè)備可用性[2]。對(duì)于試驗(yàn)周期較短的定期試驗(yàn)，如T1和T3試驗(yàn)，實(shí)際操作中采取每月執(zhí)行一列的方法，即當(dāng)月執(zhí)行A列設(shè)備，則下月執(zhí)行B列設(shè)備，依次類推;對(duì)于試驗(yàn)周期較長的T2試驗(yàn)，在功率運(yùn)行情況下執(zhí)行有困難的部分，例如報(bào)警指示信號(hào)的通道測試，可以在反應(yīng)堆停堆換料期間進(jìn)行，但對(duì)于邏輯處理部分的功能測試，必須要求在功率運(yùn)行時(shí)也能進(jìn)行，且不影響反應(yīng)堆的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

2.4 T3閉鎖試驗(yàn)與T3不閉鎖試驗(yàn)區(qū)別

T3試驗(yàn)的主要目的是用于檢驗(yàn)整個(gè)數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)通道的完好可用性，T3試驗(yàn)由閉鎖試驗(yàn)和非閉鎖試驗(yàn)組成，其中T3閉鎖試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)從數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)IO輸出到優(yōu)選模件這一段回路，T3不閉鎖試驗(yàn)用于檢驗(yàn)從試驗(yàn)指令發(fā)出經(jīng)優(yōu)選模件到執(zhí)行保護(hù)功能的裝置或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的完好可用性。兩個(gè)試驗(yàn)在優(yōu)選模件處交疊。T3不閉鎖試驗(yàn)也用于檢驗(yàn)一些接受安全指令連鎖的非安全級(jí)執(zhí)行器[4]。

T3閉鎖試驗(yàn)是在主控室安全級(jí)工作站SVDU上RPR的定期試驗(yàn)畫面（DAS的定期試驗(yàn)即為T3閉鎖試驗(yàn)）上進(jìn)行的，SVDU上發(fā)出定期試驗(yàn)命令。閉鎖試驗(yàn)由于不會(huì)影響電廠設(shè)備的操作，所以在電廠正常操作時(shí)，可以同時(shí)對(duì)一個(gè)或多個(gè)設(shè)備進(jìn)行閉鎖試驗(yàn)，即相關(guān)試驗(yàn)可以在專用畫面上成組進(jìn)行。

T3不閉鎖試驗(yàn)是在主控室非安全級(jí)工作站KIC上的RPR定期試驗(yàn)畫面上進(jìn)行的，KIC上發(fā)出的試驗(yàn)指令經(jīng)由一層非安全級(jí)系統(tǒng)邏輯處理，優(yōu)選模件，最終驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備動(dòng)作。KIC上的每個(gè)試驗(yàn)指令對(duì)應(yīng)于執(zhí)行同一部分安全功能的一組執(zhí)行器。以此劃分，整個(gè)T3不閉鎖試驗(yàn)程序可以劃分為若干個(gè)單個(gè)試驗(yàn)。試驗(yàn)的驗(yàn)收準(zhǔn)則為被測試設(shè)備能夠根據(jù)試驗(yàn)指令正確的動(dòng)作，到達(dá)指定的安全保護(hù)位置，對(duì)于一些閥門類設(shè)備，還需滿足行程時(shí)間要求。

3 T3不閉鎖試驗(yàn)基本程序介紹

T3不閉鎖試驗(yàn)命令從操縱員站KIC發(fā)出，試驗(yàn)的輸出通過IA系統(tǒng)到最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，專門的T3試驗(yàn)畫面用于二層OWPs快速的執(zhí)行T3不閉鎖試驗(yàn)，T3不閉鎖試驗(yàn)是系統(tǒng)層的試驗(yàn)，不閉鎖試驗(yàn)可以在進(jìn)行一個(gè)試驗(yàn)信號(hào)下執(zhí)行多個(gè)電廠設(shè)備的操作。這些設(shè)備按電廠功能進(jìn)行邏輯分組，一個(gè)T3不閉鎖試驗(yàn)不能測試整個(gè)系統(tǒng)，它是系統(tǒng)層的測試，它能測試某個(gè)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的邏輯分組。

T3不閉鎖試驗(yàn)基本程序包括如下三個(gè)階段執(zhí)行：

3.1試驗(yàn)準(zhǔn)備階段

1） 檢查確認(rèn)電廠相關(guān)工藝系統(tǒng)，或相關(guān)工藝設(shè)備的狀態(tài)適于進(jìn)行該試驗(yàn)，包括設(shè)備狀態(tài)，工藝參數(shù)，報(bào)警等信息。若一些工藝系統(tǒng)或設(shè)備不在合適試驗(yàn)的狀態(tài)，需要通過操縱員遠(yuǎn)程或就地操作將其置于合適試驗(yàn)的狀態(tài)（可能還需要儀控工程師在工程師站或機(jī)柜上模擬和強(qiáng)制信號(hào)，以解除一些閉鎖邏輯）;

2） 檢查確認(rèn)所有被試驗(yàn)執(zhí)行器處于試驗(yàn)初始狀態(tài)，對(duì)于大多數(shù)執(zhí)行器，試驗(yàn)準(zhǔn)備階段需要置執(zhí)行器于與安全動(dòng)作方向相反的位置，但也有一些例外，如RRI，SEC泵，需要在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段即將這些設(shè)備置于啟動(dòng)狀態(tài);

3） 置試驗(yàn)相關(guān)系統(tǒng)于試驗(yàn)狀態(tài);

4） 檢查確認(rèn)未發(fā)生保護(hù)系統(tǒng)安全動(dòng)作;

5） 檢查確認(rèn)儀控系統(tǒng)正常運(yùn)行，無儀控故障，沒有進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng)的其他試驗(yàn)或維護(hù)。

3.2 試驗(yàn)執(zhí)行階段

1） 申請?jiān)囼?yàn)允許;

2） 確認(rèn)獲得允許，允許指示燈亮;

3） 置試驗(yàn)開關(guān)于"試驗(yàn)"狀態(tài);

4） 通過KIC畫面和BUP指示燈檢查確認(rèn)是否所有被試驗(yàn)執(zhí)行器均達(dá)到安全保護(hù)位置;

5） 記錄并確認(rèn)被試驗(yàn)執(zhí)行器的行程時(shí)間是否符合要求;

6） 置試驗(yàn)開關(guān)于"正常"狀態(tài);

7） 取消試驗(yàn)允許;

8） 檢查確認(rèn)允許指示燈已經(jīng)熄滅。

3.3 試驗(yàn)恢復(fù)階段

1） 確認(rèn)被試驗(yàn)設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài);

2） 確認(rèn)相關(guān)工藝設(shè)備狀態(tài)，工藝參數(shù)，報(bào)警等信息已經(jīng)恢復(fù)正常，通過操縱員遠(yuǎn)程或就地操作恢復(fù)一些相關(guān)的工藝設(shè)備到正常狀態(tài);

3） 清除試驗(yàn)相關(guān)系統(tǒng)的試驗(yàn)狀態(tài);

4） 清除畫面上的執(zhí)行器行程時(shí)間記錄。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱攀，王銀麗.紅沿河核電廠反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)[J]. 四川：核動(dòng)力工程，2015-02.

[2] 張建民.壓水堆核電廠全數(shù)字化控制系統(tǒng)[M].西安：西安交通大學(xué)，2005.

[3] 曲鳴，張玉峰.核電廠DCS設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)[R].中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告.2011，10：193-196.

[4] 廣東核電培訓(xùn)中心.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2005.

[通聯(lián)編輯：梁書]