核電廠事故后監視系統顯示設計與實現

王志嘉,孫月亮，孫洪濤，夏利民

(北京廣利核系統工有限公司，北京 100094)

0 引言

事故后監視系統是核電站反應堆保護系統中的重要組成部分，主要功能是在核電站事故工況下存儲和顯示核電站事故后參數[1]。事故監測信息是電廠運行人員識別、確定、跟蹤事故過程的依據和參考，幫助電廠運行人員判斷反應堆停止運行、余熱排出、放射性物質釋放是否得到控制，以及是否需要通知相關部門采取應急措施[2]。針對設計基準事故及無法預測的狀況，操作員需有足夠、集中的信息來監測事件的發展，以便采取預先計劃的操作使電站達到安全狀態，從而確定3道安全屏障(燃料包殼、反應堆冷卻劑壓力邊界、安全殼)是否超過安全分析評價中所規定的限制、安全相關系統的運行情況以及放射性物質的釋放量。因此，在核電廠設置了事故后監視系統(post-accident monitoring system,PAMS)。本文將對華龍一號——防城港二期工程FCG 3#、4#機組PAMS設計和實現進行介紹。

1 系統設計

1.1 系統功能與設計要求

在核電廠中，事故后監視系統主要用于事故后安全過程監視堆外熱量、反應堆壓力容器液位、低溫冷卻水邊界等重要參數，以及執行NRC RG1.97 所要求的設備監視[3]。根據核電廠安全系統設計要求，PAMS系統主要滿足以下設計要求。

①單一故障原則：要求在內部存在單一可探測故障以及由此單一故障引發的所有故障等情況下，安全系統仍可完成某一設計基準事件需要的全部安全功能。

②冗余性：為保證在事故下安全功能的可用性，設計應考慮系統設置的冗余實現。

③獨立性：安全系統內部冗余部分之間應彼此獨立，且與其他等級系統實現物理、電氣和通信隔離。

④維護：安全系統應提供有關自身系統狀態診斷的顯示和提示。

⑤供電：保證系統在事故工況下的供電電源穩定。

1.2 安全功能與等級

華龍一號反應堆堆型采用成熟的三環路設計。每個環路包含1個蒸汽發生器和1個反應堆冷卻劑泵，采用ANSI/ANS 58.14進行安全功能及物項安全分級[3]。對應的電氣儀控功能根據安全重要性分等級，分別為FC1、FC2、FC3、NC。對應的系統設備分別為F-SC1、F-SC2、F-SC3、NC[4]。對于防城港3#機組實現反應堆事故后參數監視和記錄功能的PAMS，根據安全功能重要性，PAMS功能等級為FC2，物項分級為F-SC2。系統硬件滿足RCC-E中C2類產品鑒定要求，軟件滿足IEC 62138標準和IEC 61226標準中B類軟件要求[5-6]，并滿足抗震I類要求，在地震期間和之后能保證系統功能可用。

1.3 系統位置

根據IEC 61226、IEC 61513標準中功能分級與設備等級的要求[6-7]，結合事故后監視系統的安全功能等級，在華龍一號項目中確定使用F-SC1高等級FirmSys平臺實施FC2功能工程組態，以實現事故后監視功能。相較于以往項目的硬接線實現方式，華龍一號使用數字化儀控平臺系統顯示更加集中，便于現場改造擴展。根據安全級儀控系統的冗余要求，以及現場參數在4個通路、3個序列的分布統計，確定在全廠儀控系統架構的A、B列設置事故后監視系統，接收來自本列和其他列(通道)安全控制系統(safety control system,SCS)和堆芯冷卻監視系統(core cooling monitoring system,CCMS)等系統的事故后參數變量和設備狀態。PAMS在F-SC1 DCS架構中的位置如圖1所示。

圖1 PAMS在F-SC1 DCS架構中的位置

1.4 系統組成

為實現對這些參數和設備狀態在不同工況下的監視需求，防城港3#機組事故后監視系統設計可調用和固定指示事故后監視裝置，布置在主控室輔助盤臺的硬件操作臺(hardware control panel,HCP)。PAMS設置A、B列冗余設置。列間系統完全獨立，彼此之間無通信，分別通過獨立的電路供電。PAMS采用單向通信模塊，無法向通信網絡中的其他高等級系統發送信息，實現功能等級隔離。PAMS實現了完整的系統自診斷覆蓋，并將其作為生命監測信號始終顯示在運行畫面中，從而及時提醒操作員設備運行狀態。

2 畫面設計與實現

2.1 顯示設計要求

根據EJ/T 797要求，為在核電廠系統、設備應用中更有效地執行人因工程，事故后監測顯示設計時應充分考慮任務、環境、設備、人員、運行和文件等多種因素的影響。因此，要充分考慮事故后監視參數的所執行的目標任務。其區別于主控室常規監視、操作顯示單元，合理分配向運行人員提供數據的數量和格式，避免任何超負荷或欠負荷的設計[8]。畫面顯示設計的內容、任務和功能應與人的準確性、精確性和判斷力能力相適應。對于執行畫面顯示的設備而言，要充分考慮顯示裝置的能見度、清晰度、數據存儲能力、報警提示標志、數據顯示格式和精度等方面。此外，畫面顯示應與用戶熟悉的標準和習慣保持一致；畫面顯示形式應與其要體現的系統特征和功能對應一致；應避免使用與常規釋義不同甚至相反的形式和語言。顯示形式應與實際當前項目的情況保持一致，并根據各項目的實際情況作適應性設計。數據或標簽等接口性的設計在畫面設計中應保持一致，以防止因類似或相似情況引發操作員誤解或迷惑而分散用戶的注意力或延緩理解。

2.2 變量選擇

根據GB/T 13627要求，按執行功能、重要程度的不同對事故后變量進行了分類定義，共計5類(TYPE)，即A、B、C、D、E[9]。

A型參數和狀態變量所提供的信息使操縱員在沒有自動控制措施的情況下能夠據此采取特殊的、預先計劃的手動控制。通常，這些手動控制是安全系統執行安全功能，或緩解預計運行事件(anticipated operational occurrence,AOO)后果所需要的[9]。

B型參數和狀態變量所提供的信息使操縱員能夠評價以下安全功能被執行或維持的情況。除包含部分A型參數和狀態變量外，B型參數和狀態變量增加了反應堆內表征重要設備的部分監視參數。

C型參數和狀態變量所提供的信息使操縱員能夠監測燃料包殼、反應堆冷卻劑壓力邊界、安全殼這3道安全屏障的完整性和破裂的可能性。

防城港3#機組參數變量如表1所示。

表1 防城港3#機組參數變量表

在防城港3#機組中，部分A型、B型參數和狀態變量包含了主要D、E型參數和狀態變量的功能，單獨的D型和E型參數和狀態變量在PAMS不要求進行顯示[10]。

2.3 參數顯示與趨勢記錄

防城港3#機組PAMS設置4臺19英寸(1英寸=25.4 mm)觸摸顯示器在盤臺合適的位置，每列2臺，可實現參數固定顯示和畫面可調用顯示功能。操作員可在可調用顯示單元上靈活切換監視畫面以擴大監視范圍，同時又可通過固定顯示單元對重要的安全參數集中監視。

防城港3#機組PAMS用于解決參數顯示和記錄的模擬儀表占用盤臺空間大、布置接線復雜、顯示數量和存儲時間有限等問題。因此，在基于FirmSy儀控平臺的顯示單元(visual display unit,VDU)上，將監視變量個數設計為232個，將使用常規模擬儀表的監視變量調整為26個。這種方式使得顯示更為集中，參數組態修改和維護操作更便捷。考慮電廠運行需求和功能分組，確定畫面的顯示導航。對于事故后顯示參數的顯示，采用滿足人因視覺要求的文本字體與顏色，通過框圖進行排列顯示，以滿足運行人員事故后操作時的監視要求。

3 結論

核電廠的PAMS通過選擇安全相關的重要參數，在事故工況中承擔實時在線參數顯示和趨勢記錄、存儲功能，并保證在事故工況下連續運行72 h，方便操作員及時獲取事故工況信息和電廠狀態并進行適當的操作。本文通過介紹防城港3#機組事PAMS設計要求、系統構成、參數選擇、實現方式以及性能指標，闡述了核電廠PAMS設計及應用過程。該研究可為其他項目的PAMS設計提供參考。