AP1000反應堆補水控制系統控制邏輯分析

閆超

【摘 要】本文對AP1000中反應堆補水控制系統（RMCS）的幾種運行模式進行了描述，分析了正常和事故瞬態下的差異。在此基礎上，對正常運行模式下RMCS控制器進行了描述；最后分析了RMCS控制邏輯和重要設備的控制邏輯信號，幫助運行人員關注人因失誤的風險點。

【關鍵詞】AP1000；反應堆補水控制系統；穩壓器液位

中圖分類號： TL351.6 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0117-002

【Abstract】This paper describes several operating modes of the RMCS in AP1000 and analyzes the differences between normal and accident transients. On this basis， the RMCS controller is described in the normal operation mode； finally， the control logic of the RMCS control logic and important equipments is analyzed， and the operator is concerned with the risk points of human error.

【Key words】AP1000；Reactor hydration control system；Regulator level

0 引言

作為反應性設計基準事件之一——硼稀釋事件一直受到核工業界的廣泛關注。所謂硼稀釋事件是由于錯誤地向一回路引入低硼濃度液體或者清水使反應性失控增加。AP1000反應堆補水控制系統（Reactor Makeup Control System， RMCS）作為向一回路補水的控制邏輯單元，對預防和有效降低人因失誤導致的誤稀釋反應性事件尤為重要。為實現RMCS的合理控制，運行人員有必要學習和掌握RMCS的控制邏輯和特點。

1 反應堆補給控制系統概述

AP1000反應堆補給控制系統的功能為之一調整RCS的硼濃度和化學條件；功能之二為通過監測穩壓器的液位來增加RCS的容積。在功率運行時，只需根據一回路泄漏率間斷投運補水控制系統。

1.1 正常運行

在功率運行時，不需要提供連續的補水流量，只需根據穩壓器液位間斷投運補水和下泄。RMCS正常運行時包含4種模式：自動補水（AUTO）、硼化（BORATE）、稀釋（DILUTE）、混合補水（BLEND）。在這些模式中，硼化模式和稀釋模式用來調整RCS的硼濃度；混合模式和自動補給模式是在不改變硼濃度的前提下增加RCS水裝量，根據設定的硼濃度調節上充泵吸入口母管控制三通閥（CVS-V115）的開度。

自動補水模式依據穩壓器的液位控制信號控制補水系統的運行，混合模式依據操縱員設定的參數手動啟動。在兩種模式下，根據硼酸流量（CVS-FT115）、除鹽水流量（CVS-FT116）和設定的硼酸儲存箱（BAST）的硼酸濃度，調節CVS-V115至合適開度。啟動補水泵后，按比例吸入濃硼酸和除鹽水經混合后達到設定的硼濃度，比例配比公式：

偏差補償計算后控制CVS-V115開度。如果兩者的偏差超過2%，延遲60秒（s）觸發硼流量偏差報警，再延遲60s復位RMCS啟動信號。

硼化模式下， CVS-V115調節全開至BAST側，除鹽水母管控制閥（CVS-V136A/B）關閉。通過儀表FT115監測和計算來自硼酸儲存箱的流量。

稀釋模式下，上充泵吸入口母管控制三通閥調節全開至除鹽水側，除鹽水母管控制閥開啟。通過CVS-FT116監測和計算來自除鹽水的流量。

為使補水泵實現無干擾運行，RMCS預設在自動補給模式下，在穩壓器液位下降至上充流量低信號補水泵開始運行；CVS-V115根據期望流量率和計算所得流量率調節開度至恰當的位置；補水泵持續運行直至穩壓器出現高上充液位信號[1]。

1.2 事故運行

事故情況下CMT觸發后，正常的液位控制被閉鎖，直接使用穩壓器實際液位與整定值比較來進行控制。此時自動關閉CVS下泄隔離閥，通過補水泵的啟停來控制穩壓器液位。當穩壓器液位低于10%時，自動啟動補水泵；當穩壓器液位高于15%時，自動停運補水泵[2]。

2 RMCS控制邏輯

2.1 RMCS控制器

操縱員根據RMCS控制器實現反應堆補水控制系統中4種模式的投運、退出與切換。

（1）BORATE模式選擇

CVS-V115默認全開向硼酸儲存箱，RMCS手動啟動。當選擇Borate 按鈕；輸入補水體積和補水流量，選擇START后，STOP可用，MAKEUP COMPLETE不高亮，計算補水體積清零；補水泵啟動，泵最小運行時間開始計時；CVS-V115 保持開向BAST位置；根據設定的補水流量調節補水流量調節閥CVS-V157 開度。

（2）DILUTE模式選擇

CVS-V115默認全開向除鹽水管線，RMCS手動啟動。當選擇Dilute 按鈕，CVS-V136A/B 打開，CVS-V115 全開向DWS；輸入補水體積和補水流量，選擇START 按鈕后，MAKEUP COMPLETE 不高亮；計算補水體積清零；補水泵啟動，泵最小運行時間開始計時；根據設定的補水流量調節CVS-V157 開度。

（3）BLEND模式選擇

當選擇Blend按鈕，CVS-V136A/B 開啟；輸入RMCS 控制器的參數（補水體積、補水流量和補水硼濃度）后START 開關可用；選擇START按鈕后，MAKEUP COMPLETE不再高亮；計算補水體積清零；RMCS根據設定的硼濃度調節CVS-V115開度。如果補水泵在自動狀態不運行，補水泵將啟動，泵最小運行時間開始計時； 根據設定的補水流量調節CVS-V157開度。

以上3種模式均可以在運行中修改補水流量設定值。

（4）AUTO模式選擇

當選擇AUTO按鈕，CVS-V136A/B開啟；輸入補水流量和補水硼濃度后；選擇START后，MAKEUP IN AUTO亮，MAKEUP COMPLETE不高亮；計算補水體積清零；補水泵啟動，泵最小運行時間開始計時；根據補水流量設定值調節CVS-V157 開度；RMCS根據硼濃度設定值，調節CVS-V115 開度。

以上4種模式下，出現補水停止信號（Makeup Stop）或者選擇STOP 后：MAKEUP IN AUTO 不再高亮，CVS-V157關閉；CVS-V115全開至BAST；當泵最小運行時間滿足，泵兩分鐘后停運。

2.2 RMCS控制信號[3]

RMCS四種模式均是通過補水啟動信號出口，控制反應堆補水系統的運行。

（1）補水啟動信號產生

自動補水模式下，穩壓器液位低信號會啟動補水泵；除自動補水模式下，操縱員選擇START，同時設定的補水體積大于一定值，會產生補水啟動信號。

（2）補水啟動信號的復位

以下任意信號（不在自動補水模式、選擇STOP 、CVS-V115手動、硼流量偏差2%超過120s）會復位穩壓器液位低產生的補水啟動信號；同時硼化、稀釋、混合的體積滿足要求；AUTO模式下，穩壓器液位達到補水上限也會復位補水啟動信號。

（3）補水啟動信號的動作

開始累計流量計算；自動狀態下的CVS補水泵啟動；在自動補水或混合模式將關閉CVS-V115，并在10S 內使用PID 前饋信號控制CVS-V115調節開度；控制CVS-V157 至合適開度。

3 重要設備控制信號

3.1 CVS補水泵控制邏輯

在AUTO模式下，CVS 補水泵將根據穩壓器液位啟停，正常運行和CMT觸發后補水定值不同。RMCS 在硼化、稀釋、混合模式下，手動啟動RMCS 點擊START 后補水泵將自動啟動。

以下任意信號補水泵緊急停運：補水泵入口壓力低-0.038MPa.g、源量程中子通量翻倍信號、壓力控制模式下，CVS 下泄壓力高2.65Mpa.g或CVS下泄殼內隔離閥CVS-V045 未全開或CVS下泄隔離閥CVS-V059 未全開、單泵運行時流量小于10.3m3/h，雙泵運行流量小于20.6 m3/h且冷卻水出口溫度大于54℃或冷卻水流量小于11.4 m3/h。

3.2 CVS-V115 控制邏輯

CVS-V115 控制CVS 補水泵吸入口的硼、水配比，從而控制補水泵出口的硼濃度。CVS-V115 在補水完成后的默認全開至BAST。在自動補水、混合模式下，CVS-V115 控制硼酸和除鹽水的混合，當除鹽水CVS-PT114 壓力低，該閥門將全開至BAST。PMS 硼稀釋保護信號（停堆、蓄電池充電器電壓低）將全開至BAST。

4 結論

文章通過對不同運行模式下的RMCS控制器操作進行了具體的描述，運行人員可根據RMCS控制器實現硼化、稀釋操作以及不同模式間的切換。通過對RMCS邏輯信號的分析，對運行人員學習RMCS控制邏輯信號有著一定的指導意義。

【參考文獻】

[1]AP1000 CVS系統說明書.第一版（A）.

[2]APP-PLS-J1-171 AP1000 Functional Diagrams Pressurizer Level Control R1.

[3]APP-CVS-M3C-100， Rev12.