AP1000电站保护和安全监控系统预运行测试分析

张思成，许江

(三门核电有限公司，浙江 三门 317112)

0 引言

AP1000核电站的保护和安全监控系统(PMS)采用数字化仪控平台Common Q进行搭建，主要承担反应堆停堆(RT)、专设安全设施驱动(ESF)和核级数据处理系统(QDPS)3项主要功能，其安全、稳定运行对电站至关重要。基于此，从测试的可靠性和严密性出发，采用交叠测试方法对PMS进行预运行测试，其目的是验证PMS各个组成部分及功能是否满足系统设计要求。本文结合PMS的结构特点，对现场PMS预运行测试情况进行介绍和分析。

1 PMS功能结构及预运行测试方法

1.1 PMS结构组成

图1 PMS系统结构

PMS结构如图1所示。

PMS主要包含:传感器;核仪表子系统(NIS)，用于堆外探测器接口;双稳态处理器逻辑(BPL)，用于信号采集和产生局部停堆信号;局部符合逻辑(LCL)，用于表决、产生停堆信号和产生ESF系统驱动信号;集成逻辑处理器(ILP)，用于设备控制和输出;集成通信处理器(ICP)，用于序列间的接口和外部接口;集成测试处理器(ITP)，用于测试和诊断;维护和测试面板(MTP)，用于维修、测试、校准及与非安全系统的通信;核级数据处理子系统(QDPS)，只有B和C序列有，用于关键安全参数的显示;主控室安全显示器(SD)，用于显示安全系统状态、信息、选定的安全系统设备的控制以及变化的核仪表热常数。

从上述结构组成可以看出，PMS各个组成部分在功能和硬件组成上是相互独立的。在功能上，现场传感器的输入信号经过BPL双稳态表决后，通过高速数据链路(HSL)输出至本序列和其他冗余序列的LCL。在LCL内部，信号经过4取2表决后将产生停堆信号和专设安全设施触发信号。其中，停堆信号通过停堆矩阵输出至停堆断路器，以驱使停堆断路器打开。专设安全设施触发信号则通过ILP进一步逻辑运算后，输出至设备接口模块(CIM)驱动现场阀门动作。

1.2 PMS预运行测试方法

为保证PMS测试的连续性和严密性，在PMS预运行测试中采用了交叠测试方法。该方法结合PMS自身结构特点而设立，因PMS各部分功能相对独立，而且每个独立的功能逻辑数据都可通过MTP访问，为使用交叠测试创造了条件。通过使用交叠测试方法，将整个PMS预运行测试分成了若干测试区间段，如图2所示。

2 预运行测试介绍

按照PMS各部分执行功能的不同，在预运行测试中将整个PMS划分为PMS功能测试、PMS响应时间测试、QDPS预运行测试、停堆断路器预运行测试及堆外仪表系统预运行测试。其总体测试阶段及先决条件如图3所示。

2.1 PMS功能测试

PMS功能测试的主要目的是在热态试验前验证PMS相关的停堆功能(RT)和专设安全设施驱动功能(ESF)的相关逻辑执行情况，其验证主要包括以下几个方面:

(1)PMS机柜电源功率消耗试验。检查BCC，MTC等机柜电压和电流输入情况，并计算出电源功率消耗，计算公式为:功率损耗=电压×电流×0.8，其中，0.8为功率因数。

(2)检查机柜柜门报警。此项检查主要穿插在各个试验子项中完成，验证报警在远程的显示情况。

(3)过程仪表输入验证。验证现场仪表输入满足允许误差范围，并能在主控室进行正常显示;通过仿真现场仪表输入，验证在不同电厂状态下，停堆、专设等连锁逻辑;验证PMS与主控室及其他仪控系统通信是否正常。

(4)RT和ESF逻辑计算验证。通过对过程量仿真，验证PMS各子系统信号输出是否正常，是否满足允许误差要求。检查相关控制信号(包括允许值、联锁值和闭锁值)运算和触发是否正常，以及在PMS中显示是否正常等。

(5)RT和ESF的自动触发验证。通过仿真输入，验证序列内和序列间的逻辑运算在触发条件(比如4取2逻辑)满足时，是否能够自动触发反应堆停堆和专设安全设施动作。

(6)RT和ESF的手动触发验证。通过在主控室(MCR)和远程停堆室(RSR)内的手动开关触发，验证反应堆停堆和专设安全设施的动作情况。

2.2 PMS响应时间测试

PMS响应时间测试的主要目的是验证PMS专设安全设施的动作响应时间是否满足设计要求。其验证主要包括以下几个方面:

(1)在CIM上预先安装响应时间测试仪(Data Logger)，并手动触发阀门动作，验证专设安全设施驱动时间是否满足设计要求。

(2)验证现场设备通过CIM的反馈信号是否能够在主控室正常显示。

2.3 QDPS预运行测试

QDPS预运行测试是针对QDPS专门设置的，其目的主要是验证QDPS相关的信号处理以及通信、报警、显示等功能是否满足要求，并验证在PMS功能试验中未验证的QDPS内容。其验证方法可根据信号和仪表类型的不同而分为以下几类:

(1)对于堆芯出口热电偶(CET)，通过对热电偶信号进行仿真输入，验证通道精度及相应信号在主控室的报警和显示。

(2)对于压力和差压变送器输入，通过现场对变送器全量程的打压试验，验证通道精度、过程设定值和相应信号在主控室的报警和显示。

(3)对于一般阀门远程状态显示，通过在设备接口模块(CIM)侧对现场阀门进行手动操作，验证主控室阀门开关状态显示。

(4)对于爆破阀远程状态显示，由于爆破阀操作具有不可逆性，需要试验人员在现场手动触发行程开关，其他试验人员在主控室验证阀门开关状态显示。

(5)验证QDPS与主控室、远程停堆室远程通信、显示和报警。

2.4 停堆断路器预运行测试

进行停堆断路器预运行测试，主要验证反应堆停堆断路器相关功能的执行情况，包括以下几个方面:

(1)验证RTCB是否可以手动关闭和打开。

(2)收到自动反应堆停堆信号时RTCB是否打开。

(3)RTCB是否可以单独依靠UV线圈，通过主控室和每个远程停堆室手动反应堆停堆开关和PMS模拟信号。

(4)RTCB是否可以单独依靠ST线圈，通过主控室和每个远程停堆室手动反应堆停堆开关和PMS模拟信号。

(5)在MTP上，通过UV TEST测试按钮验证单独的UV线圈失电是否可以打开RTCB。

(6)在MTP上，通过ST TEST测试按钮验证单独的ST线圈得电是否可以打开RTCB。

(7)验证当反应堆停堆信号存在时，RTCB是否无法复位。

(8)验证并计算RTCB打开时其所消耗功率的情况。

2.5 堆外仪表系统预运行测试

对于堆外仪表系统预运行测试，主要验证堆外仪表系统相关功能的执行情况，包括以下几个方面:

(1)验证NIS是否正确运行。

(2)验证NIS源量程(SR)、中间量程(IR)及功率量程(PR)堆外探头向PMS的输出是否满足容错要求。

(3)验证NIS供电和高压供电的可靠性。

(4)验证NIS报警器和在主控室和远程停堆室的显示。

(5)验证单通道失去交流电时是否不会引发停堆。

3 预运行测试潜在问题分析

3.1 PMS房间分散问题

由于PMS测试房间相对分散，且房间之间并无为测试配置的电缆贯穿孔，这将对序列间及机柜间的测试造成一定程度的影响。为预运行测试和后续电厂维护考虑，在后续机组的设计和建造中，建议通过以下2种方法加以解决。一是可以考虑在房间之间预留一定数量的电缆贯穿孔洞。这种方法要求房间设计施工阶段充分考虑房间防火要求、房间彼此隔离要求以及墙壁承重要求等内容，从而确保这种改造不会对房间和系统的运行造成影响。二是事先敷设一定数量的试验电缆，并预留出端接口。这种方法需要在设计阶段从电缆桥架的布置、电缆敷设、电缆抗干扰、电缆长度对测试的影响及试验前电缆的连续性检查等多个方面进行考虑和评估。

3.2 PMS响应时间测试问题

对部分PMS响应时间进行测试，其阀门由PMS发送控制信号，而反馈信号直接送回到电厂控制系统(PLS)。对于这部分测试，设计方并未明确给出测试方法，结合实际情况分析后，建议采用以下2种方法解决。一是通过PMS的事件顺序记录机柜(SOE)将触发信号传递到PLS侧，通过Ovation历史站中的趋势图工具，将PMS触发信号和现场阀门反馈信号同时调出，进而计算出响应时间，但此种方法需要进一步探讨PLS的扫描周期是否能够满足PMS响应时间的要求，以及是否能够完整地扫描到PMS的动作和反馈情况。二是通过Data Logger同时连接PMS的触发信号和阀门的反馈信号，该种方法类似于其他指令和反馈均位于PMS内部的做法，但由于PMS和PLS房间布置比较远(部分机柜在常规岛侧)，故该方法需要事先布置足够长的测试电缆。在实施时需要考虑过长的测试电缆引入现场会造成干扰的情况，以及电缆对测试回路信号的强度的影响情况等，其在实际调试中的可行性有待后续验证。

4 预运行测试的意义

PMS预运行测试在电厂冷态下进行，其测试成功与否对电厂后续调试有着至关重要的影响。首先，预运行测试作为工厂测试的补充，可以对设备出厂后的设计变更、修改等进行补充测试。其次，在工厂测试阶段，PMS并未直接与现场仪表、断路器和阀门等设备进行连接，信号测试完全通过仿真的形式进行，而预运行测试则可通过实际带载设备进一步验证系统运行情况，发现系统存在的问题。最后，设备出厂后，经过长途运输、装卸及安装后，难免会出现一些问题，通过预运行测试，可以对设备安装后的运行情况进行检查，确保PMS设备和系统功能的完整性。总之，PMS预运行测试从PMS设备组成、系统功能、系统接口和通信、软件逻辑、报警和显示等多个方面对系统进行了验证，为电厂后续调试和运行打下了基础。

［1］中国核工业集团公司.AP1000核电厂系统与设备［M］.北京:原子能出版社，2010.