ATWT在CP600全范圍模擬機中的實現及其改進建議

王 劍

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0　引言

ATWT (不停堆預期瞬態：Anticipated Transient Without Trip)系統是為了解決沒有緊急停堆信號的預期瞬態而增設的一套保護系統。它不完全屬于保護系統，也沒有完全遵守保護系統必須遵守的設計原則(如冗余原則，僅 A系列有)。

ATWT系統與緊急停堆系統在設備上體現了多樣性。緊急停堆系統采用CMOS器件作為主要的邏輯處理器件，而ATWT系統則采用繼電器構成邏輯線路。CP600核電機組的ATWT反應堆保護在實現方式上采用失電動作和帶電動作相結合的方式，區別于其他反應堆保護的失電動作形式。CP600全范圍模擬機對ATWT反應堆保護的帶電動作進行了詳細模擬，對失電動作進行簡化模擬。

1　CP600核電機組ATWT保護邏輯

反應堆保護系統的功能主要是保護三大核安全屏障(燃料包殼、一回路壓力邊界和安全殼)的完整性。當運行參數達到危及三大核安全屏障完整性的閾值時，保護系統動作觸發反應堆緊急停堆和啟動專設安全設施。

反應堆保護系統對事故工況的保護手段主要是緊急停堆。當緊急停堆保護發生故障時，例如當參數達到緊急停堆保護閾值，但沒產生緊急停堆保護信號，或雖然產生了緊急停堆信號但緊急停堆斷路器未斷開，此時發生的各種預期瞬變就稱為ATWT。

對ATWT研究表明：喪失正常給水和喪失廠外電源這兩個ATWT最為嚴重，前者使一回路超壓，后者使偏離泡核沸騰比DNBR降低。

正常給水喪失可能是由于給水泵故障也可能是由于給水調節閥故障引起的。如果發生了喪失正常給水ATWT，則由于二回路吸收一回路熱量的能力下降而引起一回路溫度和壓力上升。在正常運行期間，為了限制后果，ATWT保護系統采用了如下的保護邏輯。ATWT保護系統考慮反應堆功率上升過程中SG水位的不穩定性，即 SG產生虛假水位信號干擾，故采取SG給水流量低于6%NF的三取二信號，當堆功率中間量程大于30%FP二取二邏輯存在時，則產生如下保護動作：

（1）汽機剎車。

（2）啟動輔助給水系統向蒸汽發生器供水，以防蒸汽發生器燒干。

（3）閉鎖第3組GCT排放閥，防止蒸汽發生器燒干。

（4）緊急停堆，確保緊急停堆保護系統動作。

ATWT保護系統采用以繼電器組成保護邏輯，如圖1所示。ARE049MD、ARE051MD、ARE053MD對應的繼電器XU組裝在MICRO控制組件ARE401MR中，ARE050MD、ARE052MD、ARE054MD對 應 的 繼 電 器 XU組裝在MICRO控制組件ARE402MR中，ARE401MR和ARE402MR位于控制柜KRG043AR中，由LNE（220V交流不間斷電源及配電系統）提供電源。而控制柜KRG043AR中其他的組件正常運行時由LND（220V交流不間斷電源系統D）提供電源，應急情況下由LNE360CR提供電源。RPN系統中間量程觸發的中間量程＞30%FP信號電源來自RPN001AR和RPN002AR，分別由LNA（220V交流不間斷電源系統A）和LNB（220V交流不間斷電源系統B）供電。ARE系統和RPN系統產生的邏輯均由 LCC（48V直流電源和配電去耦系統）的48V繼電器實現。

圖1　ATWT特殊保護模塊供電圖

2　LCC和LNE失電和送電對ATWT信號的影響分析

ATWT保護系統中，傳感器和邏輯運算部件以及LCC的驅動繼電器為帶電動作，ARE和RPN的驅動繼電器為失電動作。LCC失電后，LCC驅動繼電器回路失電，由于驅動繼電器為帶電動作，故阻止ATWT信號產生。LNE失電后，MICRO控制組件401MR和402MR中的XU失電產生動作，因此圖1中a、b觸點三取二邏輯符合閉合，帶動1觸點閉合；如果中間量程＞30%FP信號存在，則c觸點二取二邏輯符合閉合，帶動2觸點閉合；此時1、2觸點均已閉合帶動3觸點閉合，然而LEN失電導致SG兩個小機箱同時失電，觸點4斷開，閉鎖了ATWT信號的發出。在LNE失電后恢復送電時，如果中間量程＞30%FP信號存在，SG兩個小機箱的先得到電源，觸點4閉合，而ARE系統中的MICRO控制組件401MR和402MR處于LNE失電狀態，存在誤發ATWT的可能，故在SG兩個小機箱得電后，觸點4延時1S閉合將產生的ATWT信號閉鎖。

3　ATWT在CP600全范圍模擬機的實現

在CP600全范圍模擬機中，利用圖形化建模工具對ATWT反應堆保護的帶電動作進行了詳細模擬。SG給水流量信號和RPN系統中間量程信號由初始工況（IC）賦初值，經模型運算，由傳感器函數計算得出，作為圖形化建模工具的邏輯計算輸入值，通過邏輯函數計算產生信號，接著和控制柜KRG043AR的電信號相與，再把產生的信號和LNE電信號相與，產生最終的ATWT信號。

由于LNE失電產生的繼電器失電動作信號和LNA/LNB失電產生的繼電器失電動作信號，模擬機未進行模擬。模擬機邏輯程序中將小機箱失電回路簡化為LNE失電，閉鎖ATWT信號的產生。LNE失電后送電時，利用延時函數將LNE母線延時1S得電，閉鎖由于模擬機中各母線、繼電器送電順序不同誤發的ATWT信號。

4　ATWT在CP600全范圍模擬機中的改進建議

CP600全范圍模擬機能夠實現ATWT反應堆保護的帶電動作以及LNE整體失電和恢復供電時的ATWT信號的閉鎖功能，能夠完成涉及ATWT保護的操縱員模擬機培訓課程任務。同時模擬機中的ATWT實現方式存在一定不足，可以進行適當的改進，使得模擬機中ATWT保護現象模擬的更加真實，提高操縱員模擬機培訓效果。

模擬機中的控制柜KRG043AR的供電電源做的不準確。模擬機中將控制柜KRG043AR的供電做成LND或者LNE360CR或者LCC，而根據圖1所示，LCC是為ATWT信號的輸出回路提供電源，而不是控制柜KRG043AR的電源。并且控制柜KRG043AR中的MICRO控制組件ARE401MR和ARE402MR由LNE系統供電，其他的組件正常運行時由LND系統提供電源，應急情況下由LNE360CR提供電源。因此模擬機中應該分開實現控制柜KRG043AR內部各組件的供電電源。根據CP600核電機組ATWT保護邏輯，控制柜KRG043AR整體有電對ATWT信號進行閉鎖并不正確，應取消相關的邏輯。

模擬機中將SG兩個小機箱同時失電簡化為LNE母線失電；SG兩個小機箱在LNE失電后得電時，圖1中LCC系統觸點4延時1S閉合，簡化為LNE母線延時1S得電。這兩方面的簡化，對ATWT反應堆保護的帶電動作沒有影響，能夠實現LNE整體失電和恢復供電時的ATWT信號的閉鎖。然而模擬的不夠精細，也無法實現LCC/LNE疊加的失電和單獨恢復供電等工況的模擬。模擬機應根據圖1進行修正。

CP600全范圍模擬機對ATWT反應堆保護失電動作進行簡化模擬。LNE失電產生的繼電器失電動作信號和LNA/LNB失電產生的繼電器失電動作信號，模擬機未進行模擬。由于LNE失電時，SG兩個小機箱同時失電閉鎖了ATWT信號的產生，故繼電器失電動作信號未模擬對ATWT現象沒有影響。如果LNA/LNB同時失電時，RPN013MA和RPN023MA對應的繼電器RPN412XU和RPN437XU失電產生動作，圖1中c觸點二取二邏輯符合閉合，帶動2觸點閉合；若此時兩個SG給水流量均低于6%NF，則產生ATWT保護信號。故模擬機應對繼電器失電動作進行詳細模擬，使得模擬機中的ATWT保護動作更加逼真。