ACP100模塊化小型堆安全級DCS設備方案研究

黃奇 曾山 劉明明 陳書瓊 劉全東

摘 要

核電技術是改善能源結構，應對氣候變化的有效途徑。ACP100模塊化小型堆是國內自主研發的堆型，所依托的工程項目目前已經進入詳細設計階段。本文結合該堆型反應堆保護系統目前的設計方案，對安全級DCS設備方案進行研究，結合自主研發的安全級DCS平臺的技術特點，提出安全級DCS設備的總體配置方案，對工程項目的后續實施有積極的指導意義。

關鍵詞

ACP100;反應堆保護系統;安全級DCS;設備方案

中圖分類號： TM623.8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.048

0 引言

核電技術是改善能源結構，應對霧霾天氣、淡水缺乏、城市區域制冷和供熱的有效途徑。ACP100模塊化小型堆是中核集團從2004年開始自主研發的一種堆型，采用經驗證和工程實踐的輕水堆技術，有望成為模塊化小型堆領域率先商業部署的堆型。ACP100滿足核電站所具有的基本安全功能和縱深防御要求，具有嚴重事故預防措施，在使用成熟技術的同時采用成熟設備。ACP100在工程安全性上采用非能動技術，達到或超過第三代核電站相關要求[1]。海南昌江廠址項目作為ACP100堆型的目標工程，目前已進入詳細設計階段。

核電數字化儀控系統（DCS系統）是核電站的神經中樞，也是核電站最重要和價值最高的成套設備之一，控制著核電站上百個系統近萬個設備的運行。其中，安全級DCS主要完成事故工況下反應堆安全停堆和事故緩解功能，對核電站的安全運行起到至關重要的作用。

1 系統總體結構

反應堆保護系統由安全級DCS設備實現，是核反應堆最重要的安全級系統之一，它是一個邏輯保護系統，前端連接所有的保護儀表組，包括熱工儀表組和核儀表組，這些儀表組監測選定的物理參數，當這些參數的變化達到或超過由安全分析確定的保護動作整定值時，給出保護動作的初始信號。這些信號經過邏輯組合，滿足一定條件時，觸發保護功能，實現反應堆緊急停堆或專設安全設施動作。

反應堆保護系統由四重冗余的序列A、B、C、D組成[2]，各序列之間以及安全系統與非安全級系統之間在物理、功能和電氣方面都是相互隔離的。反應堆停堆和專設安全設施驅動功能都在四個冗余的序列中執行。結合中核集團中國核動力研究設計院自主研發的安全級DCS平臺技術特點，配置保護系統架構圖如圖1所示。

2 約束條件和假設條件

2.1 約束條件

a）IO點數

根據全廠DCS設備技術規格書中的要求，安全級的I/O點數如表1所示。

結合系統設計要求和現有核電廠設計經驗，停堆的輸出信號每序列20個，剩余DO為執行器的開關信號。同時，每個執行器按照2個信號計算，執行器為88個左右。

b）其他特殊要求

在進行安全級DCS系統機柜配置時，還應/宜滿足下述特殊要求：

宜將RPC相關的機箱和ESFAC相關的機箱布置在不同機柜中;

來自現場的（4～20）mA傳感器信號在進入AI模塊之前均需要在PIPS單元中進行隔離，必要時進行分配;

來自現場的開關量信號，如果其直接參與緊急停堆功能或專設驅動功能，則需要進行隔離后再由RPC或者ESFAC采集;

來自現場的執行器狀態反饋信號，如果其不直接參與緊急停堆功能或專設驅動功能，則由PLM模塊直接采集，否則，需要進行隔離后由RPC或者ESFAC采集;

RPC/ESFAC/TU機柜采用熱備配置，主控模塊2個，通訊模塊冗余。根據系統架構圖的通訊鏈路，主控機箱配置10～11個通訊模塊。

2.2 假設條件

a）儀控報警及旁通點數預估的說明

儀控報警主要包括：PIPS（信號預處理模塊）故障報警，機柜門開報警，風扇故障報警，電源故障報警，浪涌抑制器故障報警。每個RPC單元、ESFAC單元、TU單元各配置1個DI模塊和1個DO模塊即可滿足儀控報警要求。

旁通功能主要包括：通道旁通和參數旁通。

每個保護通道需要通道旁通，涉及停堆或邏輯退化的信號都需要參數旁通。每個RPC和ESFAC單元配置1個DI模塊和1個DO模塊即可滿足旁通要求。

b）電源柜的約束條件說明

電源柜用于放置電源模塊，電源模塊數量與控制柜功耗，供電方式，電源模塊選型有關。

3 設備配置方案

3.1 RPC機柜數量計算

RPC機柜采用的模塊屬于6U模塊，機柜可布置3個機箱，I/O模塊超過19個即增加一個機柜（每個機柜提供至少20%的備用模塊插槽，每類模塊按照至少20%備用通道計算），每1個主控機箱可以放置2個主控模塊，最高可負載4個I/O機箱。需要RPC機柜采集和輸出的信號點數量如表2所示。

同時，結合上述約束條件和假設條件，可得RPC機柜數量計算如表3所示。

3.2 保護系統機柜數量

PIPS、ESFAC、PLM、TU和電源柜的計算方式與3.1節類同，此處不再贅述。經計算，反應堆保護系統機柜配置如表4所示。

4 結論

根據ACP100模塊化小型堆反應堆保護系統的總體架構，結合設備規格書等設計輸入的要求，同時結合安全級DCS平臺自身特點及現有核電站設計經驗，經過分析計算，ACP100反應堆保護系統每個序列包含電源柜在內共7個機柜，機柜數量總計28個。該結論可作為ACP100工程項目在電氣廠房設計、設備供電系統設計、通風系統設計、設備采購等方面的重要設計依據，對工程項目的后續實施有積極的指導意義。

參考文獻

[1]宋丹戎，秦鐘，程慧平.ACP100模塊化小型堆研發進展.中國核電，2017（2）：172 -177.

[2]馮威，俞赟，尤愷，羅煒.模塊式小型堆反應堆保護系統設計[J].科技視界，2015（23）：256-257.