模块式小型堆反应堆保护系统设计

冯　威　俞　赟　尤　恺　罗　炜

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610041）

【摘　要】模块式小型堆作为采用三代核电技术的多用途小型压水堆，在设备的建造和设计上与以往工程项目相比有其自身的特点。将介绍小堆项目反应堆保护系统的结构特点，并分析其系统设计理念。

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关键词 模块式小型堆；紧急停堆系统；专设安全设施驱动系统

作者简介：冯威（1982—），男，汉族，四川成都人，工程师，从事核电站仪控设计工作。

０　引言

反应堆保护系统是核电厂重要的安全系统。它对于限制核电厂事故的发展、减轻事故后果，保证反应堆及核电厂设备和人员的安全、防止放射性物质向周围环境的释放具有十分重要的作用。它监测电厂重要的参数，对安全信号进行必要的采集、计算、定值比较、符合逻辑处理，当选定的电厂参数达到安全系统整定值时，自动地触发反应堆紧急停堆和/或驱动专设安全设施动作，以实现并维持电厂的安全停堆工况。

模块式小型堆主要设计有紧急停堆功能、专设安全设施驱动等与安全有关的功能，为此设计的反应堆保护系统包含了紧急停堆系统和专设安全设施驱动系统两个子系统。同时，为应对安全级DCS发生共因故障和应对预期瞬态未停堆（ATWT）设置了多样性驱动系统，其采用与反应堆保护系统不同的设备实现功能，驱动有关的驱动器。

１　系统设计

1.1　系统结构

保护系统由四重冗余的序列A、B、C、D组成（见图１），各序列之间以及安全系统与非安全级系统之间在物理、功能和电气方面都是相互隔离的。反应堆停堆和专设安全设施驱动功能都在四个冗余的序列中执行。

四个冗余序列使用四套独立的传感器。每个序列从对应的传感器/变送器采集信号，经必要的处理后再进行阈值比较，当超过阈值则产生“局部脱扣”信号。这些信号经过光纤I/O总线被送往其它序列进行逻辑处理从而完成以下功能：反应堆紧急停堆，汽机刹车，启动专设安全设施和支持系统。

总共有八个停堆断路器（分为四组，分别由四个序列控制），布置成四取二逻辑，任何两个序列同时产生停堆信号都将导致停堆。

1.2　紧急停堆和专设安全系统设计

反应堆保护系统按功能分为两部分：

——触发紧急停堆的部分；

——触发专设安全设施动作的部分。

两部分功能在同一I&C系统中实现。

保护系统监测的每个保护参数（温度、压力等），由3或4个传感器测量，它们在分隔的机柜中处理，并由不同的电源供电。

紧急停堆逻辑的逻辑处理在四个序列中实现，采用失电动作的原则。在每个序列内，对来自四个序列的“局部脱扣”信号进行2/4逻辑处理，四个停堆序列的自动停堆信号作用于本序列对应的停堆断路器的失压线圈和分励线圈上，从而打开停堆断路器。在控制室设置两个停堆按钮用于触发手动停堆指令。手动停堆信号同样作用于停堆断路器的失压线圈和分励线圈。

专设安全设施的逻辑处理也在四个序列中实现。在每个序列内，对来自四个序列的“局部脱扣”信号进行2/4逻辑处理后产生一个系统级的专设安全设施驱动信号。这个信号被送往优先级逻辑处理模块进行优先级处理后再输出到对应的被驱动设备。

专设安全设施系统逻辑与紧急停堆逻辑相比，有两点不同之处：

１）专设安全设施装置的驱动器需要一个持续的保护动作触发信号（维持触发后的状态）。而对于紧急停堆来说，只要停堆断路器有极短时间的释放，控制棒就能下落，停闭反应堆。在有些情况下，专设安全设施装置的驱动器经过规定的时间以后，又允许恢复到触发前的状态，以便操纵员进行某些操作，使安全系统重新组态。

２） 专设安全设施驱动系统送到驱动器的控制信号是有电动作的。专设安全设施驱动系统逻辑的输出以及输出到安全设施驱动器的控制信号采用的是有电动作的原则。采用有电动作的原则是因为专设安全设施驱动器的动作通常是需要有电源驱动的，同时也考虑到驱动器的虚假触发可能会损坏设备。

反应堆保护系统的功能不仅有自动控制功能，也包含有关的手动控制功能。其中的自动控制功能在反应堆的各种工况条件下为反应堆提供保护和监测功能。在某些工况下，当某些保护参数不具备投入条件时，设计有运行旁通功能。同时，按照标准规范的要求，为每一个安全动作设计直接的手动操作装置从而提供手动控制的能力。

２　技术特点

模块式小型堆的设计以现有压水堆技术为基础，满足现行有效的核安全法规及导则的要求，同时参照国际原子能机构所颁布的有效安全标准的要求，具备严重事故预防与缓解措施；同时吸收福岛核电站事故的经验反馈，考虑应对福岛核电站事故的相关改进和措施。

综合对国内M310堆型以及AP1000保护与安全监测系统的设计总结和比较，得出以下结论：M310堆型保护系统设计结构严谨、可靠，但是其系统结构与采用第3代核电技术的模块式小型堆堆型的工艺系统不宜匹配；AP1000是三代非能动电厂的典型代表，其保护系统结合了所采用的DCS平台的特点，在保护系统的结构和设计上有较大变化。它们有各自的特点，考虑到模块式小型堆的堆型新增了三代核电厂的功能要求，所以在设计上更多的借鉴于AP1000。

在系统设计上，针对小堆自身特点，考虑在AP1000的基础上进行保护系统的设计，主要涉及保护参数的选取、保护系统结构的设计，保护逻辑的设计、系统接口设计等。考虑到模块式小型堆堆型较小，相对于AP1000的系统设计，模块式小型堆的自动卸压系统由四级卸压改为了三级卸压，并取消了对应的卸压阀和隔离阀的设置。在停堆逻辑的设计上，对AP1000三代核电技术的反应堆保护系统中停堆逻辑进行了改进，进一步完善了系统设计。

3　总结

模块式小型堆反应堆保护系统设计充分利用了数字化技术所带来的优势，提高了整个电厂的安全性和经济性，达到了三代核能系统的安全要求，并为我国数字化核电技术的发展打下了坚实的基础。

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参考文献

［１］IEEE 603. IEEE Standard Criteria for Safety Systems for Nuclear Power Generating Stations [S]. 1998.

［责任编辑：邓丽丽］