核电站反应堆保护系统故障对策分析与应用

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1、万方数据第32卷第3期2012年3月核电子学与探测技术NuclearElec叻nics＆DetectionTechnologyV01．32No．3M"．2012核电站反应堆保护系统故障对策分析与应用郑伟智(北京广利核系统工程有限公司，北京100094)摘要：核电站反应堆保护系统应设计为当其任何部分出现故障均能保证反应堆的安全。根据反应堆停堆系统及专设安全设施驱动系统对故障安全的设计要求，研究了应对单一故障及共因故障的对策，并根据二代反应堆堆型的特点，设计了保护系统的基本架构。该架构的停堆系统采用200隼表决逻辑，专设安全设施驱动系统采用

2、2003表决逻辑，并提出了在输人发生失效时，表决逻辑的降级规则。关键词：核电站；保护系统；故障安全；单一故障；共因故障；表决逻辑中图分类号：TP206+．3；吼362文献标识码：A文章编号：0258毋934(2012)03JD337-05核电站保护系统是保证核电站安全的重要组成部分，它是用于紧急控制反应堆的反应性、进行堆芯冷却以及防止放射性物质大量排放的“神经系统”，属于安全级系统。随着数字化技术的成熟，数字化仪控系统(DCS)开始在核电站中得到广泛应用。国际原子能机构(nEA)发布的核安全规定Ns—G一1．3中明确要求，安全级系统故障

3、不仅应该产生可预测的故障模式，丽且所产生的故障模式应将系统置于安全状态⋯。数字化保护系统故障一般可分为单一故障和共因故障两种类型，本文主要针对这两种故障类型对保护系统故障的影响分别进行分析，并研究故障时可保证系统安全的对策，进而设计出更为合理的保护系统架构。1保护系统故障安全模式核电站保护系统主要由紧急停堆系统(R瞄)和专设安全设施驱动系统(ESFAS)两大部分组成，因实现的功能不同，所以两个系统的故障安全模式也有很大差异。收稿日期：20lO一02—07作者简介：郑伟智(1978一)，男，河北人，工程师，，硕士，负责核电站反应堆保护系统

4、安全级DCs设计。1．1RTS故障安全模式当核电站发生预期运行事件(AOO)时，为避免安全参数(如压力、水位)超越安全限值而出现事故工况，而由R稻驱动执行机构实现反应堆紧急停堆，从而快速降低反应堆的反应性。对于RTs，当其任何系统或部件发生故障而无法正常进行保护控制时，其故障安全模式应是触发紧急停堆，即使丧失了电源，也必须要保证停堆功能的执行，所以RTS控制停堆的输出控制模块(D0)应采用常开触点类型，在正常运行时变为带电闭合状态，故障或失电后则恢复断开状态，使停堆断路器的电源中断而触发停堆。1．2ESFAS故障安全模式当出现假定事故(

5、PA)时，如一回路破口事故，为减轻事故后果，由EsFAs驱动专用安全设施进行堆芯紧急冷却以及防止放射性物质向外部环境大量排放。但是在正常工况下，如果专设安全设施误动作(如安全壳误喷淋)则会对反应堆设备产生损害或不良影响，所以此时EsFAs的系统或部件出现故障时，不驱动执行机构是其安全模式；而在事故工况下，为了确保能保持正常驱动持续减轻事故后果，ESFAS出现故障时，其故障安全模式是驱动保持；因此在任何工况下，EsFAs出现故障，其故障安全模337万方数据式应是保持“当前状态(AsIs)”，另外应考虑因失电而引发误动，所以应设计为“得电驱

6、动”的控制模式，并备用紧急后备电源保证供电的可靠性。2保护系统故障对策分析2．1单一故障对策分析根据核安全相关法规、标准规定，保护系统的设计须满足单一故障准则，即要求保护系统中任何部件发生单一随机故障包括由此故障引发的其它故障，都不能影响保护系统实现安全功能的能力旧。o。数字化仪控系统一般都具有一定的自诊断功能，对于通过自诊断可以探测到的故障可以按预先的设置使输出保持故障安全状态。根据故障影响是安全的还是危险的以及故障是否具有可探测性，可将单一随机故障分为4种类型：su(S出undetected，安全的不可探测故障)、sD(s也Dete

7、cted，安全的可探测故障)、Du(Dangerousundetected，危险的不可探测故障)、DD(DangerousDetected，危险的可探测故障)。安全故障即故障导致的结果是安全的，所以对于R玛而言，触发停堆的故障为安全故障，造成停堆拒动的故障为危险故障；对于EsFAS而言，则是保持当前输出状态不变的故障为安全故障，造成误动作的故障为危险故障，但是EsFAs在正常工况下的“输出保持”，则会存在故障期间出现事故工况而拒动的风险。对于通过自诊断可探测到的故障即使是危险故障，通过控制器也可使控制输出置为安全状态。为了应对不可探测的

8、危险故障，胁须增加一组冗余并进行l002表决，便可满足单一故障准则。对于ESFAS，如果只增加一组冗余进行1002表决，虽可使得保护功能不受单一故障影响，但有误动的风险，如果采用2002表决，则无法满足单一