核電廠安全級儀控系統需求描述淺談

劉吉亮

國核工程有限公司 上海 200233

1 系統構成

根據系統的功能，整個系統可分為2個主要部分和7個主要系統。第一部分是與控制室相關聯的系統，第二部分是執行保護、控制、數據處理和監控功能的系統。

1.1 控制室相關系統

1.1.1 運行控制中心系統（OCS）

它由主控室、遠程控制站、應急控制設施、技術支持中心和局部控制站組成。主控制室是運行控制中心的重要組成部分之一。它由操作臺、長值臺、大屏幕顯示、控制和顯示設備組成，采用分布式計算機儀表控制系統。與傳統的控制系統相比，新型的運行控制中心中間不再有大量的控制儀器、控制開關、按鈕等東西組成。而是所有的控制都將由操作員通過控制臺的軟操作來實現。主控室的核心是控制臺，具有一套彩色圖型顯示器和軟件操作設備組成。操作中心的報警信息系統十分的先進，可以將工廠的所有異常狀態以及與報警信號相關的信息都顯示在操作中心[1]。

1.1.2 數據顯示與處理系統（DDS）

數據顯示和處理系統包括主控制室的顯示和數據處理設備，遠程關機，顯示和處理設備的技術支持中心，及安全分析設備的AP1000全數字儀表控制系統，包括核電站的顯示和處理系統。n報警系統、計算機操作和事故處理調節系統。主控制室還包括一個安全級數據顯示裝置。它的數據處理系統是顯示保護系統和核電站重要安全狀態和參數的保護和安全系統。

1.2 執行保護、控制、數據處理與監測功能的系統

1.2.1 防護安全監督體系（PMS）

保護安全監察系統是具有反應堆關閉、特殊安全設施等功能的核安全等級系統。系統設備（包括傳感器、關機開關裝置等）多采用四倍冗余，按“二取四”邏輯工作。可靠性高。當其中一個冗余段或獨立通道發生故障時，可以自動將2-4邏輯轉換為2-3邏輯，便于維護和定期測試。系統中的每個子系統都連接到一個單獨的計算機總線，以防止故障傳播，提高系統的高可用性。

1.2.2 電廠控制系統（PLS）

工廠控制系統為工廠提供從冷停到全功率運行所需的各種功能。上述功能是通過主控制室或遠程控制站對非安全相關設備進行控制來實現的。該系統由與安全無關的儀器和控制裝置組成。它具有對反應堆功率、控制調壓器壓力、水位、控制主給水流量等與發電有關的各種功能進行控制的作用，并在停機過程中提供一個不安全的衰變熱去除系統。該系統有自動控制模式和手動控制模式兩種控制類型，可以根據實際需求來進行使用，當自動控制失效的時候，可以通過手動控制系統來實現控制的目的。電廠控制系統中的實時數據通信網絡是連接各系統的高速通信網絡，對操作人員具有重要意義。通信網絡屬于非安全級別。安全級控制系統與通信網絡的連接應采用網關和核級隔離裝置，使安全級控制儀的功能不受非安全級系統故障的影響，從而實現一旦有問題發生，可以迅速的實現對于其進行控制的目的。

1.2.3 分集驅動系統（DAS）

分集驅動系統的功能是為保護系統提供額外的分集備份。該系統是一個基于微處理器的冗余體系結構，是一個獨立的計算機系統。它采用了不同于保護和安全系統的結構、硬件和軟件，這是AP1000在被動設計之外提高安全措施的重要措施。雖然分集驅動系統具有安全功能，但它仍然是不安全的[2]。

1.2.4 專用監控系統（SMS）

該專用監測系統包括金屬碰撞監測系統，用于監測反應堆冷卻系統中金屬碎片對系統內部部件的影響。該系統檢測器和信號處理器確保在發生單探頭或處理器故障時仍然進行監視。

1.2.5 核心測量系統（IIS）

巖心測量系統包括巖心流量測量系統和巖心出口溫度監測系統。堆芯通量測量系統提供了堆芯三維通量分布圖，用于校準保護系統中子探測器，支持堆芯特性的優化。鐵芯測量采用固定磁通檢測器。堆芯出口溫度監測系統向保護和安全監測系統發出信號，監測發生事故后堆芯冷卻不當情況。

2 安全評價

核安全的終極目的是建立和維持有效的對于輻射危害進行防御體系，保護核電站內部員工、周邊居民以及自然環境的安全。AP1000控制系統是在傳統壓水堆技術的基礎上改善而來的新型反應堆控制系統。深度防御的原則下，傳統的壓水反應堆采用一系列措施如冗余設計，物理隔離的安全系統，嚴格的質量保證體系，防火、地震預防和緩解措施，和運營經驗反饋，這樣壓水反應堆具有十分有效的安全性能[3]。

在此基礎上，AP1000采用被動安全系統，大大簡化了AP1000的系統配置。通過減少保護系統的觸發，大大減少了操作者的干預，提高了系統的可靠性。同時，AP1000在設計上嚴格遵循七個原則：（1）故障安全原則；（2）單失效原理；（3）多樣性原則；（4）獨立性原則；（5）冗余原則；6）最小共模故障原理；（7）經濟原則。

利用風險導向設計原理，優化系統設計和AP1000事故處理流程，減少過度保守，加強對弱化風險的保護，使AP1000設計可以根據不同的風險重要性進行平衡。同時，AP1000控制系統采用集成硬件的思想，具有一套功能，能夠在電廠暫態狀態下快速反應，并采用一些特殊的設計要求，從而限制了單臺設備故障的影響。因此，AP1000是在傳統成熟可靠技術的基礎上進行開發和優化的，其安全性能明顯優于傳統壓水堆技術。