ACP1000堆型穩(wěn)壓器安全閥控制設(shè)計(jì)

劉飛洋 韓 勇 游 洲 李 朋

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610041）

0 前言

作為國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代壓水堆型ACP1000，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以改善薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高安全性。 在ACP1000 堆型設(shè)計(jì)中，由于穩(wěn)壓器上部增加了專用的嚴(yán)重事故卸壓閥，因此穩(wěn)壓器安全閥除承擔(dān)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)一回路超壓保護(hù)外，不再承擔(dān)嚴(yán)重事故工況的卸壓功能，但要求安全閥能夠提供一回路低溫超壓保護(hù)功能，以進(jìn)一步提高電廠在啟堆或者停堆階段一回路的安全性。 由于上述改進(jìn)，需要設(shè)計(jì)新的控制方案來適應(yīng)ACP1000 安全閥的功能要求。

1 功能要求分析

與二代加型壓水堆相比， 新一代堆型的穩(wěn)壓器安全閥同樣采用的是三組液壓先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)安全閥， 每組安全閥由保護(hù)閥和隔離閥前后串聯(lián)組成，但這些閥門除了提供一回路系統(tǒng)正常運(yùn)行超壓保護(hù)外，還在電廠啟堆或停堆期間提供對(duì)一回路系統(tǒng)的低溫超壓保護(hù)： 當(dāng)壓力超過設(shè)定值時(shí)，三組保護(hù)閥依次開啟，進(jìn)行卸壓，當(dāng)壓力降低到一定程度時(shí)，閥門依次關(guān)閉。 因此相比二代加堆型，新增的控制要求具體如下：

1）穩(wěn)壓器安全閥（三組）的工作模式可以在“正常保護(hù)模式”和“低溫保護(hù)模式”之間手動(dòng)切換，當(dāng)正常的切換操作不成功時(shí)，可使用備用的切換手段。

2）在“低溫保護(hù)模式”下，三組保護(hù)閥能夠設(shè)置不同的整定值，可以分組開啟/關(guān)閉。

主回路中壓力測量值大于設(shè)定值時(shí)， 分別觸發(fā)第一組/第二組/第三組保護(hù)閥開啟。

主回路中壓力測量值小于設(shè)定值時(shí)， 分別觸發(fā)第一組/第二組/第三組保護(hù)閥關(guān)閉。

3） 當(dāng)穩(wěn)壓器安全閥工作模式處于“正常保護(hù)模式”時(shí)，保護(hù)閥“低溫” 開啟的自動(dòng)控制信號(hào)被閉鎖。

4）保護(hù)閥的電磁先導(dǎo)裝置能通過A 列、B 列兩個(gè)獨(dú)立的控制通道進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單一故障時(shí)至少兩組閥門能夠正常工作。

5）設(shè)置RCS 主管段壓力和三個(gè)環(huán)路的熱段溫度測量通道，通道滿足單一故障準(zhǔn)則。

6）增加“切換至低溫模式”、“切換至正常模式”的報(bào)警：

當(dāng)RCS 熱段溫度低于定值，提醒操縱員實(shí)施向“低溫保護(hù)模式”切換；

當(dāng)RCS 熱段溫度高于定值，提醒操縱員實(shí)施向“正常保護(hù)模式”切換。

7）增加“低溫高壓”的報(bào)警：在低溫保護(hù)模式下，當(dāng)發(fā)生壓力瞬態(tài)事件，RCS 壓力高于設(shè)定值時(shí)觸發(fā)該報(bào)警。在正常保護(hù)模式下，該報(bào)警失效。

8）根據(jù)安全分析結(jié)果，要求系統(tǒng)自動(dòng)控制的響應(yīng)時(shí)間≤0.4 秒。

2 控制方案

二代加堆型保護(hù)閥電磁線圈由于只需手動(dòng)控制方式，因此采用硬接線方式和繼電器進(jìn)行控制。 而在ACP1000 中，保護(hù)閥的電磁線圈除了手動(dòng)控制外，還設(shè)置了自動(dòng)控制方式和一些聯(lián)鎖信號(hào)，使其控制的復(fù)雜性有所增加， 因此為了方便的進(jìn)行邏輯處理并提高其可靠性，在ACP1000 中使用1E 級(jí)DCS 實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁線圈的控制。

2.1 安全閥工作模式切換及報(bào)警

安全閥的模式切換通過主控室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) （IIC） 或后備盤（BUP）上的切換開關(guān)完成切換，也可通過控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)溫度自動(dòng)切換。為了防止誤操作，設(shè)有“允許”按鈕加以聯(lián)鎖，對(duì)于后備盤上的操作按鈕選擇帶鑰匙型。

對(duì)于環(huán)路溫度設(shè)置由3 個(gè)保護(hù)組通道進(jìn)行采集，做三取二邏輯后進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警信號(hào)定值分兩級(jí)。在電廠停堆階段，系統(tǒng)溫度下降過程中，系統(tǒng)溫度降至低定值時(shí)在控制室產(chǎn)生黃色報(bào)警，提醒操縱員切換至“低溫超壓保護(hù)模式（LTOP mode）”，操縱員在報(bào)警出現(xiàn)前操作將無效，若延遲到溫度下降至低低定值時(shí)仍未切換則產(chǎn)生紅色報(bào)警，要求操縱員立即確認(rèn)系統(tǒng)狀態(tài)并手動(dòng)完成相應(yīng)操作。 在電廠升溫階段，當(dāng)系統(tǒng)溫度超過高定值在控制室產(chǎn)生黃色報(bào)警，提醒操縱員切換至“正常保護(hù)模式（NORMAL mode）”，操縱員在報(bào)警出現(xiàn)前操作將無效，若延遲到溫度繼續(xù)上升至高高定值時(shí)仍未切換產(chǎn)生紅色報(bào)警，要求操縱員立即確認(rèn)系統(tǒng)狀態(tài)并手動(dòng)完成相應(yīng)操作。

系統(tǒng)壓力有四個(gè)保護(hù)組通道采集，在安全閥處于“低溫保護(hù)模式”時(shí)，當(dāng)壓力高于定值時(shí)，信號(hào)經(jīng)四取二后在控制室產(chǎn)生報(bào)警，提醒操縱員一回路系統(tǒng)超壓，需要密切注視以及進(jìn)行相應(yīng)的降壓操作。

安全閥工作模式切換及報(bào)警的邏輯圖見圖1 所示。

圖1

2.2 安全閥的手動(dòng)控制

當(dāng)系統(tǒng)壓力高于0.5 MPa abs 時(shí)，若需要強(qiáng)制開啟閥門,可對(duì)先導(dǎo)柜底部的電磁線圈通電以強(qiáng)制打開閥門。

保護(hù)閥的強(qiáng)制開啟無任何的工藝聯(lián)鎖要求， 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（IIC）及后備盤（BUP）上均可發(fā)出強(qiáng)制開啟命令。但為了防止操縱員誤操作，在IIC 上的操作按鈕增加一個(gè)“允許”按鈕加以聯(lián)鎖，對(duì)于后備盤上的操作按鈕選擇帶鑰匙型。 所有A 列控制通道的閥門共用一個(gè)“允許”按鈕，所有B 列控制通道的閥門共用一個(gè)“允許”按鈕。

為了保證隔離閥在系統(tǒng)正常啟堆、停堆、運(yùn)行期間保持開啟，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于13.9MPa abs 時(shí)，可通過控制室命令對(duì)電磁線圈通電以保持隔離閥開啟，該開啟命令在系統(tǒng)壓力高于13.9 MPa abs（P11 非）時(shí)被復(fù)位。操縱員在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（IIC）及后備盤（BUP）上均可發(fā)出該強(qiáng)制開啟命令。

2.3 安全閥的自動(dòng)控制

2.3.1 安全閥的液壓控制

在一回路系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，安全閥處于“正常保護(hù)模式”，與原二代加堆型相同，每組安全閥的隔離閥常開，保護(hù)閥關(guān)閉。在一回路達(dá)到開啟壓力值時(shí)，液壓機(jī)構(gòu)頂開保護(hù)閥進(jìn)行卸壓，當(dāng)一回路壓力降到關(guān)閉壓力以下時(shí)，液壓機(jī)構(gòu)復(fù)位以關(guān)閉保護(hù)閥。若保護(hù)閥下降，則當(dāng)壓力低于13.9 MPa abs 后隔離閥受液壓機(jī)構(gòu)控制自動(dòng)關(guān)閉。安全閥的液壓邏輯見圖2 所示。

圖2

2.3.2 安全閥的電磁線圈控制

在一回路系統(tǒng)處于低溫時(shí)，安全閥處于“低溫保護(hù)模式”，此時(shí)每組安全閥的隔離閥受之前操縱員發(fā)出的強(qiáng)制開啟命令控制，電磁線圈仍然通電，隔離閥保持開啟。 保護(hù)閥跟據(jù)一回路壓力控制開啟或者關(guān)閉，當(dāng)系統(tǒng)壓力高于高定值時(shí)，信號(hào)經(jīng)四取二表決使第一組保護(hù)閥電磁線圈通電，第一組保護(hù)閥被打開；當(dāng)壓力繼續(xù)升高至高2 定值及高3 定值時(shí)，第二組、第三組保護(hù)閥電磁線圈依次通電，相應(yīng)保護(hù)閥依次被開啟。 反之，關(guān)閉。 控制邏輯見圖3 所示。

圖3

2.4 安全閥的控制/供電系列

由于三組安全閥需要在系統(tǒng)出現(xiàn)單一故障時(shí)仍然保持有兩組可用，但電廠的控制及供電配置只有A、B 兩個(gè)完全獨(dú)立的系列通道，因此本方案采用第一組安全閥由A 系列機(jī)柜控制，A 系列48VDC 電源（ECA 系統(tǒng)）供電，第三組安全閥由B 系列機(jī)柜控制，B 系列48VDC 電源（ECB 系統(tǒng)）供電，第二組閥門由A系列及B 系列機(jī)柜同時(shí)控制， 由保護(hù)組IP 通道220VAC UPS 電源（EAA 系統(tǒng)）整流至48VDC 供電。 具體配置見圖4 所示。

為了充分保證第二組安全閥控制的冗余性及可用性，從EAA 系統(tǒng)整流后分兩路分別饋電至A、B 系列DCS機(jī)柜，然后從A、B 系列DCS 機(jī)柜分別送至安全閥接線盒處， 在接線盒中將兩路電源通過熔斷器合并最終送給電磁線圈，同時(shí)A 系列的DCS 機(jī)柜與第一組安全閥的DCS 機(jī)柜采用不同的輸出卡件，B 系列的DCS 機(jī)柜與第三組安全閥的DCS 機(jī)柜采用不同輸出卡件。

圖4

3 結(jié)束語

ACP1000 堆型的穩(wěn)壓器安全閥控制方案，在對(duì)原二代加設(shè)計(jì)進(jìn)行了適應(yīng)性修改后，提高了電廠的自動(dòng)化保護(hù)程度，同時(shí)利用DCS 系統(tǒng)便捷的自檢、定期試驗(yàn)等措施還可進(jìn)一步提供其控制的可靠性，以避免系統(tǒng)的誤動(dòng)作對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)性造成較大影響，滿足了第三代先進(jìn)壓水堆型核電廠正常運(yùn)行以及啟停堆階段一回路超壓保護(hù)的需要。

［1］羅志遠(yuǎn)，李曉鐘.核電站穩(wěn)壓器先導(dǎo)式安全閥技術(shù)綜述[J].核電技術(shù), 2007(8).

［2］蔡茂生.淺談核電廠穩(wěn)壓器安全閥組[J].中國科技縱橫,2012(4).

［3］鄭華.EPR 與CPR1000 嚴(yán)重事故緩解措施比較[J].核科學(xué)與工程,2010,30(3).