淺析爆破閥在AP1000核電廠中的應用

耿緒超

摘要：爆破閥是AP1000核電機組特有的設備，在國內核電站中首次應用，因此對其特性的研究是十分必要的。本文主要介紹了AP1000爆破閥的結構和工作原理，并對針對其控制特性進行深入分析以評估爆破閥的可靠性。

關鍵詞：AP1000；爆破閥；控制方式；可靠性

1.爆破閥簡介

爆破閥具有低壓降、零泄漏等特點，有比較高的可靠性并且不會有非預期的頻繁開啟動作。這些特點使得在電廠正常運行期間不需要爆破閥動作時，可以保證閥門無泄漏，并且能夠在事故時接收開啟信號可靠的打開閥門，以實現AP1000電廠所要求的自動卸壓、低壓安注和安全殼再循環等功能。爆破閥的結構主要包括殼體、預緊螺栓、引爆裝置、活塞、驅動器銷、剪切段、管嘴以及電磁開關等。AP1000核電廠共采用12臺爆破閥，分別為自動卸壓系統第4級（ADS-4）管線上的4臺14英寸爆破閥，安全殼內置換料水箱（IRWST）重力安注管線上的4臺8英寸的爆破閥以及安全殼再循環管線上的4臺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，可以實現由IRWST至堆芯的重力補水；在事故后長期運行階段，安全殼再循環管線上的爆破閥開啟，實現堆芯的長期冷卻。

2.爆破閥工作原理

爆破閥在電廠正常運行期間一直處于關閉狀態，承受一回路的高壓，爆破閥采用炸藥定向爆破技術，利用炸藥的能量可以迅速的打開閥門。其工作原理是：當引爆裝置收到來自保護和安全監測系統（PMS）或者多樣化驅動系統（DAS）的閥門開啟信號后引爆藥筒中的炸藥，炸藥瞬間釋放的能量驅動活塞向下運動，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，因此AP1000采用1E級直流與UPS系統（IDS）為爆破閥的引爆裝置供電，即使在失去全場交流電源事故發生后，也能保證閥門的可靠開啟。每個爆破閥都有2個單獨的1E級供電設施。

引爆裝置控制器接收兩種控制信號，一種是ARM信號，另外一種是ACTUATE信號。ARM信號有效時，K1繼電器動作使接觸器K1b斷開（正常閉合），將電容器與爆破閥點火器隔離，電容器充電。ARM信號作用一段時間后消失（一般是3s），使得K1線圈失電，K1b恢復閉合；ACTUATE信號有效時，K2繼電器動作使接觸器K2a閉合，K2b斷開，電容器放電，使爆破閥點火器點火，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動由保護和安全監測系統（PMS）或者多樣化驅動系統（DAS）進行控制。PMS屬于安全相關系統，在設計基準事故時，能夠保持其安全功能可以實現，而DAS屬于非安全相關系統，它作為PMS的備用，能夠在PMS失效后，執行相關的動作，確保核電站的安全。

3.1 PMS觸發爆破閥動作分析

當ADS第4級觸發后，經延時將觸發ADS爆破閥動作，另外，安全殼內換料水箱注射以及安全殼再循環注射也將觸發爆破閥開啟。此時爆破閥控制器接收到來自PMS一定時序間隔的ARM和ACTUATE信號后觸發相應點火器動作，從而使爆破閥開啟。

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

3.2 DAS觸發爆破閥動作分析

DAS作為PMS的備用，可以在主控室的DAS盤手動開關或就地DAS儀表柜手動開關觸發爆破閥動作。每個爆破閥在主控室DAS盤上有兩個開關，分別為ARM和ACTUATE，通過順序觸發ARM和ACTUATE來觸發爆破閥點火器動作，從而打開爆破閥。

PMS與DAS觸發爆破閥的方式不同，但最終都是向爆破閥控制器提供一定時序的ARM和ACTUATE信號，經爆破閥控制器電路轉換，在點火器接線端產生一定電壓，從而觸發點火器動作。正常情況下，爆破閥控制器不帶電，需要觸發爆破閥動作時才通過ARM和ACTUATE信號使爆破閥控制器充電，進而觸發點火器動作，這樣有效的防止了正常運行時爆破閥的誤觸發，保證了機組的可靠性。

4.結論

綜上可見，AP1000核電廠爆破閥在工作原理、控制電源、觸發方式方面都有較高的可靠性，因此采用它來實現重要的安全相關功能是可靠的、必要的，充分體現了AP1000核電廠“非能動”這一先進理念。

參考文獻：

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[2]繆亞民主編，AP1000核電廠核島系統初級運行，北京：中國原子能出版傳媒有限公司，2011.

[3]王廣通，AP1000多樣化驅動系統爆破閥控制分析，中國高新技術企業，文章編號：1009-2374（2013）13-0073-03.