AP1000多样化驱动系统爆破阀控制分析
2014-06-25王广通
摘要：文章从AP1000多样化驱动系统（Diverse Actuation System，DAS）功能、爆破阀的特点及其在AP1000核电站的应用出发，对DAS爆破阀的控制驱动时序进行介绍和分析。根据分析，得出爆破阀的硬件延时继电器延时时间设定值方面存在的潜在故障。修订延时设定值后，在事故工况下，DAS可以可靠地触发爆破阀动作，缓解事故。
关键词：AP1000；DAS；爆破阀；延时继电器
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0073-03
AP1000是西屋公司开发的第三代非能动先进压水堆核电站，其与传统的压水堆核电站最大的不同，就是其采用了“非能动”技术，而爆破阀正是实现非能动系统触发的关键设备之一。DAS提供了触发专设安全设施包括爆破阀的功能。本文将对AP1000核电站DAS中爆破阀的控制驱动方法进行分析，并对其中的硬件延时模块存在的隐患提出改进措施。
1 DAS系统及爆破阀简介
1.1 DAS系统简介
AP1000的DAS是一个非安全相关系统，它使用与保护和安全监测系统不同的专用工艺仪表、信号处理单元、先进逻辑处理平台、2oo2的逻辑运算、驱动装置来实现如下功能：（1）自动反应堆停堆、跳机以及自动触发安全专设的功能；（2）手动反应堆停堆、跳机以及手动触发安全专设的功能；（3）电厂关键参数的监测功能。
PMS从设计的角度防止了共模故障的发生，不过，万一发生小概率的共模故障时，DAS将提供一个后备保护。DAS整定值和延时的设计策略是：在PMS有机会发挥其设计功能之前，DAS所有的自动停堆及安全专设功能将不会触发。
1.2 爆破阀简介
爆破阀是AP1000核电机组特有的设备。此类阀门具有无泄漏、耐高压、耐腐蚀等特点。上述特点使其在正常运行时，可以保证阀门本体零泄漏，从而能够可靠地应用在主回路上，承担系统一次压力边界功能。爆破阀所在处的系统压力过高，一般的操作动力机构不足以保证阀门可靠开启。所以只能采用炸药定向爆破技术，克服阻力，迅速有效地打开阀门。
AP1000电站中共有12个爆破阀，分为4组，分别为自动卸压系统第4级（ADS-4）的4台14”爆破阀，打开爆破阀，实现对反应堆冷却剂系统的卸压；安全壳内置换料水箱注入（IRWST Injection）的4台8” 爆破阀，打开爆破阀，IRWST的水靠重力向反应堆堆芯注水；安全壳再循环至反应堆的2台8”爆破阀，打开爆破阀，实现对堆芯的长期冷却；IRWST疏水至安全壳的2台8”爆破阀，打开爆破阀，实现对堆芯的长期冷却。
2 DAS中爆破阀的控制分析
爆破阀驱动一旦触发就不可逆，直到爆破阀爆破完成为止。因此为了防止虚假信号的误触发，DAS没有自动触发爆破阀的功能，DAS只能通过主控室的DAS专用盘、DAS就地处理器机柜或爆破阀放炮器手动触发以上12个爆
破阀。
正常运行工况下，通过主控室的DAS专用盘驱动爆破阀，主控室发生故障撤离时，通过DAS就地处理器机柜驱动爆破阀。
12个爆破阀的点火器通过硬接线一一对应地连接至DAS系统爆破阀控制器机柜内的12个爆破阀控制器。每个爆破阀控制器接收两个信号ARM和ACTUATE。为了驱动一个爆破阀，首先将“ARM”开关打到“ARM”位置并维持至少1s。这个动作将使继电器K1得电，K1b触点断开，电容器与爆破阀点火器隔离开，允许电容器充电。在电容器充好电后，需要将ARM开关打回到“NEUTRAL”位置，这个动作使得K1继电器失电，K1b触点闭合。在ARM开关返回到“NEUTRAL”后的27.5s内，将“ACTUATE”驱动开关打到“ACTUATE”位置，为了保证ACTUATE命令的有效下达，须使ACTUATE开关维持在ACTUATE位置最少10ms以上。这个动作将使K2继电器得电，K2b触点断开，电容器停止充电，K2a触点闭合，充好电的电容器与爆破阀点火器电路接通，爆破阀点火器电路的电阻值约为4欧姆，当流过爆破阀点火器电路的电流大于等于3.7安培时，爆破阀爆管才能点火驱动爆破阀。
同时输入ARM和ACTUATE两个信号或在ARM信号给电容器完全充电之前，操纵员意外地触发了ACTUATE信号都将不能导致爆破阀的驱动，因为电容器保持与爆破阀点火器的电气隔离，还因为ARM信号没有足够的能量来导致爆管点火。如果在ARM信号取消后的27.5s内没有给爆破阀控制器提供ACTUATE信号，那么电容器上的电压将会随着电容器内部的放电而降低，不足以完成点燃爆管2.2 放炮器
DAS爆破阀机柜内有一个Blasting device（放炮器），正常情况下放炮器是放置在专门配置的箱子内的。当控制爆破阀驱动的开关或电路出现问题不能驱动爆破阀时，拿出放炮器，将来自爆破阀现场的信号线手动接到放炮器的接线端口，利用放炮器的输出电源，手动实现爆破阀的点火驱动。
3 存在的问题及建议的改进措施
目前DAS设计中ARM与ACTUATE的延时值都默认设置为同一值，IRWST注入设置为5s，ADS第四级设置为60s。DAS系统的设计文件中规定了DAS在驱动IRWST注入、ADS第四级爆破阀驱动时的时间延迟
按照系统设计规范书描述3.2 建议的改进措施
修改ARM的TDDO时间延时继电器的设定值，建议修改后的值见表1。将ARM继电器时间延时的设定值减少2.5s能够保证在最坏的情况下也有0.5s的时间域量来保证ACTUATE在ARM完全失电后动作。
3.3 改进后的分析
将ARM继电器的时间延时减少2.5s这个改进将提高DAS爆破阀电路的可靠性，并不会影响爆破阀点火信号的实际延时时间，爆破阀点火信号的实际延时时间由ACTUATE的延时时间决定。
4 结语
AP1000核电站发生异常情况需要爆破阀动作时，首先可以通过PMS驱动爆破阀，当PMS发生小概率的共模故障失效时，DAS将起到PMS的备用系统作用。DAS系统手动驱动、ARM电容充电和ACTUATE驱动的爆破阀控制器控制回路、爆破阀放炮器的设计保证了在事故情况下DAS可以可靠地驱动爆破阀动作，缓解事故。硬件延时继电器延时时间设定值方面存在的潜在故障问题，设计方美国西屋公司正在计划出具相关设计变更，修改时间设定值。
参考文献
[1] 黄来，张建玲，彭敏.第3代核电技术AP1000核岛技术分析[J].湖南电力，2009，（4）.
[2] 杨烨.核电多样性驱动（DAS）系统硬件设计[C].第一届中国（国际）核电仪控技术大会[A].
[3] 周晓宁.AP1000全数字化仪表控制系统的分析[C].第一届中国（国际）核电仪控技术大会[A].
[4] 王大勇，张小冬，张丰平，等.AP1000核电厂基础培训教材（第3版）[M].教材编号KHS001：283-284.
[5] 刘湘波，刘学强.电容式发爆器起爆能力评估[J].西部探矿工程，2011，（1）.
[6] 俞金波.AP1000的多样性驱动系统（DAS）分析[J].黑龙江科技信息，2008，（33）.
[7] 张建华，杨海峰，李斌.浅谈时间继电器的应用[J].江西煤炭科技，2008，（4）.
作者简介：王广通（1985—），男，江苏淮安人，三门核电有限公司助理工程师，研究方向：第三代AP1000核电站保护和安全监测系统（PMS）及多样化驱动系统（DAS）的调试。
（责任编辑：秦逊玉）
摘要：文章从AP1000多样化驱动系统（Diverse Actuation System，DAS）功能、爆破阀的特点及其在AP1000核电站的应用出发，对DAS爆破阀的控制驱动时序进行介绍和分析。根据分析，得出爆破阀的硬件延时继电器延时时间设定值方面存在的潜在故障。修订延时设定值后，在事故工况下，DAS可以可靠地触发爆破阀动作，缓解事故。
关键词：AP1000；DAS；爆破阀；延时继电器
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0073-03
AP1000是西屋公司开发的第三代非能动先进压水堆核电站，其与传统的压水堆核电站最大的不同，就是其采用了“非能动”技术，而爆破阀正是实现非能动系统触发的关键设备之一。DAS提供了触发专设安全设施包括爆破阀的功能。本文将对AP1000核电站DAS中爆破阀的控制驱动方法进行分析，并对其中的硬件延时模块存在的隐患提出改进措施。
1 DAS系统及爆破阀简介
1.1 DAS系统简介
AP1000的DAS是一个非安全相关系统，它使用与保护和安全监测系统不同的专用工艺仪表、信号处理单元、先进逻辑处理平台、2oo2的逻辑运算、驱动装置来实现如下功能：（1）自动反应堆停堆、跳机以及自动触发安全专设的功能；（2）手动反应堆停堆、跳机以及手动触发安全专设的功能；（3）电厂关键参数的监测功能。
PMS从设计的角度防止了共模故障的发生，不过，万一发生小概率的共模故障时，DAS将提供一个后备保护。DAS整定值和延时的设计策略是：在PMS有机会发挥其设计功能之前，DAS所有的自动停堆及安全专设功能将不会触发。
1.2 爆破阀简介
爆破阀是AP1000核电机组特有的设备。此类阀门具有无泄漏、耐高压、耐腐蚀等特点。上述特点使其在正常运行时，可以保证阀门本体零泄漏，从而能够可靠地应用在主回路上，承担系统一次压力边界功能。爆破阀所在处的系统压力过高，一般的操作动力机构不足以保证阀门可靠开启。所以只能采用炸药定向爆破技术，克服阻力，迅速有效地打开阀门。
AP1000电站中共有12个爆破阀，分为4组，分别为自动卸压系统第4级（ADS-4）的4台14”爆破阀，打开爆破阀，实现对反应堆冷却剂系统的卸压；安全壳内置换料水箱注入（IRWST Injection）的4台8” 爆破阀，打开爆破阀，IRWST的水靠重力向反应堆堆芯注水；安全壳再循环至反应堆的2台8”爆破阀，打开爆破阀，实现对堆芯的长期冷却；IRWST疏水至安全壳的2台8”爆破阀，打开爆破阀，实现对堆芯的长期冷却。
2 DAS中爆破阀的控制分析
爆破阀驱动一旦触发就不可逆，直到爆破阀爆破完成为止。因此为了防止虚假信号的误触发，DAS没有自动触发爆破阀的功能，DAS只能通过主控室的DAS专用盘、DAS就地处理器机柜或爆破阀放炮器手动触发以上12个爆
破阀。
正常运行工况下，通过主控室的DAS专用盘驱动爆破阀，主控室发生故障撤离时，通过DAS就地处理器机柜驱动爆破阀。
12个爆破阀的点火器通过硬接线一一对应地连接至DAS系统爆破阀控制器机柜内的12个爆破阀控制器。每个爆破阀控制器接收两个信号ARM和ACTUATE。为了驱动一个爆破阀，首先将“ARM”开关打到“ARM”位置并维持至少1s。这个动作将使继电器K1得电，K1b触点断开，电容器与爆破阀点火器隔离开，允许电容器充电。在电容器充好电后，需要将ARM开关打回到“NEUTRAL”位置，这个动作使得K1继电器失电，K1b触点闭合。在ARM开关返回到“NEUTRAL”后的27.5s内，将“ACTUATE”驱动开关打到“ACTUATE”位置，为了保证ACTUATE命令的有效下达，须使ACTUATE开关维持在ACTUATE位置最少10ms以上。这个动作将使K2继电器得电，K2b触点断开，电容器停止充电，K2a触点闭合，充好电的电容器与爆破阀点火器电路接通，爆破阀点火器电路的电阻值约为4欧姆，当流过爆破阀点火器电路的电流大于等于3.7安培时，爆破阀爆管才能点火驱动爆破阀。
同时输入ARM和ACTUATE两个信号或在ARM信号给电容器完全充电之前，操纵员意外地触发了ACTUATE信号都将不能导致爆破阀的驱动，因为电容器保持与爆破阀点火器的电气隔离，还因为ARM信号没有足够的能量来导致爆管点火。如果在ARM信号取消后的27.5s内没有给爆破阀控制器提供ACTUATE信号，那么电容器上的电压将会随着电容器内部的放电而降低，不足以完成点燃爆管2.2 放炮器
DAS爆破阀机柜内有一个Blasting device（放炮器），正常情况下放炮器是放置在专门配置的箱子内的。当控制爆破阀驱动的开关或电路出现问题不能驱动爆破阀时，拿出放炮器，将来自爆破阀现场的信号线手动接到放炮器的接线端口，利用放炮器的输出电源，手动实现爆破阀的点火驱动。
3 存在的问题及建议的改进措施
目前DAS设计中ARM与ACTUATE的延时值都默认设置为同一值，IRWST注入设置为5s，ADS第四级设置为60s。DAS系统的设计文件中规定了DAS在驱动IRWST注入、ADS第四级爆破阀驱动时的时间延迟
按照系统设计规范书描述3.2 建议的改进措施
修改ARM的TDDO时间延时继电器的设定值，建议修改后的值见表1。将ARM继电器时间延时的设定值减少2.5s能够保证在最坏的情况下也有0.5s的时间域量来保证ACTUATE在ARM完全失电后动作。
3.3 改进后的分析
将ARM继电器的时间延时减少2.5s这个改进将提高DAS爆破阀电路的可靠性，并不会影响爆破阀点火信号的实际延时时间，爆破阀点火信号的实际延时时间由ACTUATE的延时时间决定。
4 结语
AP1000核电站发生异常情况需要爆破阀动作时，首先可以通过PMS驱动爆破阀，当PMS发生小概率的共模故障失效时，DAS将起到PMS的备用系统作用。DAS系统手动驱动、ARM电容充电和ACTUATE驱动的爆破阀控制器控制回路、爆破阀放炮器的设计保证了在事故情况下DAS可以可靠地驱动爆破阀动作，缓解事故。硬件延时继电器延时时间设定值方面存在的潜在故障问题，设计方美国西屋公司正在计划出具相关设计变更，修改时间设定值。
参考文献
[1] 黄来，张建玲，彭敏.第3代核电技术AP1000核岛技术分析[J].湖南电力，2009，（4）.
[2] 杨烨.核电多样性驱动（DAS）系统硬件设计[C].第一届中国（国际）核电仪控技术大会[A].
[3] 周晓宁.AP1000全数字化仪表控制系统的分析[C].第一届中国（国际）核电仪控技术大会[A].
[4] 王大勇，张小冬，张丰平，等.AP1000核电厂基础培训教材（第3版）[M].教材编号KHS001：283-284.
[5] 刘湘波，刘学强.电容式发爆器起爆能力评估[J].西部探矿工程，2011，（1）.
[6] 俞金波.AP1000的多样性驱动系统（DAS）分析[J].黑龙江科技信息，2008，（33）.
[7] 张建华，杨海峰，李斌.浅谈时间继电器的应用[J].江西煤炭科技，2008，（4）.
作者简介：王广通（1985—），男，江苏淮安人，三门核电有限公司助理工程师，研究方向：第三代AP1000核电站保护和安全监测系统（PMS）及多样化驱动系统（DAS）的调试。
（责任编辑：秦逊玉）
摘要：文章从AP1000多样化驱动系统（Diverse Actuation System，DAS）功能、爆破阀的特点及其在AP1000核电站的应用出发，对DAS爆破阀的控制驱动时序进行介绍和分析。根据分析，得出爆破阀的硬件延时继电器延时时间设定值方面存在的潜在故障。修订延时设定值后，在事故工况下，DAS可以可靠地触发爆破阀动作，缓解事故。
关键词：AP1000；DAS；爆破阀；延时继电器
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0073-03
AP1000是西屋公司开发的第三代非能动先进压水堆核电站，其与传统的压水堆核电站最大的不同，就是其采用了“非能动”技术，而爆破阀正是实现非能动系统触发的关键设备之一。DAS提供了触发专设安全设施包括爆破阀的功能。本文将对AP1000核电站DAS中爆破阀的控制驱动方法进行分析，并对其中的硬件延时模块存在的隐患提出改进措施。
1 DAS系统及爆破阀简介
1.1 DAS系统简介
AP1000的DAS是一个非安全相关系统，它使用与保护和安全监测系统不同的专用工艺仪表、信号处理单元、先进逻辑处理平台、2oo2的逻辑运算、驱动装置来实现如下功能：（1）自动反应堆停堆、跳机以及自动触发安全专设的功能；（2）手动反应堆停堆、跳机以及手动触发安全专设的功能；（3）电厂关键参数的监测功能。
PMS从设计的角度防止了共模故障的发生，不过，万一发生小概率的共模故障时，DAS将提供一个后备保护。DAS整定值和延时的设计策略是：在PMS有机会发挥其设计功能之前，DAS所有的自动停堆及安全专设功能将不会触发。
1.2 爆破阀简介
爆破阀是AP1000核电机组特有的设备。此类阀门具有无泄漏、耐高压、耐腐蚀等特点。上述特点使其在正常运行时，可以保证阀门本体零泄漏，从而能够可靠地应用在主回路上，承担系统一次压力边界功能。爆破阀所在处的系统压力过高，一般的操作动力机构不足以保证阀门可靠开启。所以只能采用炸药定向爆破技术，克服阻力，迅速有效地打开阀门。
AP1000电站中共有12个爆破阀，分为4组，分别为自动卸压系统第4级（ADS-4）的4台14”爆破阀，打开爆破阀，实现对反应堆冷却剂系统的卸压；安全壳内置换料水箱注入（IRWST Injection）的4台8” 爆破阀，打开爆破阀，IRWST的水靠重力向反应堆堆芯注水；安全壳再循环至反应堆的2台8”爆破阀，打开爆破阀，实现对堆芯的长期冷却；IRWST疏水至安全壳的2台8”爆破阀，打开爆破阀，实现对堆芯的长期冷却。
2 DAS中爆破阀的控制分析
爆破阀驱动一旦触发就不可逆，直到爆破阀爆破完成为止。因此为了防止虚假信号的误触发，DAS没有自动触发爆破阀的功能，DAS只能通过主控室的DAS专用盘、DAS就地处理器机柜或爆破阀放炮器手动触发以上12个爆
破阀。
正常运行工况下，通过主控室的DAS专用盘驱动爆破阀，主控室发生故障撤离时，通过DAS就地处理器机柜驱动爆破阀。
12个爆破阀的点火器通过硬接线一一对应地连接至DAS系统爆破阀控制器机柜内的12个爆破阀控制器。每个爆破阀控制器接收两个信号ARM和ACTUATE。为了驱动一个爆破阀，首先将“ARM”开关打到“ARM”位置并维持至少1s。这个动作将使继电器K1得电，K1b触点断开，电容器与爆破阀点火器隔离开，允许电容器充电。在电容器充好电后，需要将ARM开关打回到“NEUTRAL”位置，这个动作使得K1继电器失电，K1b触点闭合。在ARM开关返回到“NEUTRAL”后的27.5s内，将“ACTUATE”驱动开关打到“ACTUATE”位置，为了保证ACTUATE命令的有效下达，须使ACTUATE开关维持在ACTUATE位置最少10ms以上。这个动作将使K2继电器得电，K2b触点断开，电容器停止充电，K2a触点闭合，充好电的电容器与爆破阀点火器电路接通，爆破阀点火器电路的电阻值约为4欧姆，当流过爆破阀点火器电路的电流大于等于3.7安培时，爆破阀爆管才能点火驱动爆破阀。
同时输入ARM和ACTUATE两个信号或在ARM信号给电容器完全充电之前，操纵员意外地触发了ACTUATE信号都将不能导致爆破阀的驱动，因为电容器保持与爆破阀点火器的电气隔离，还因为ARM信号没有足够的能量来导致爆管点火。如果在ARM信号取消后的27.5s内没有给爆破阀控制器提供ACTUATE信号，那么电容器上的电压将会随着电容器内部的放电而降低，不足以完成点燃爆管2.2 放炮器
DAS爆破阀机柜内有一个Blasting device（放炮器），正常情况下放炮器是放置在专门配置的箱子内的。当控制爆破阀驱动的开关或电路出现问题不能驱动爆破阀时，拿出放炮器，将来自爆破阀现场的信号线手动接到放炮器的接线端口，利用放炮器的输出电源，手动实现爆破阀的点火驱动。
3 存在的问题及建议的改进措施
目前DAS设计中ARM与ACTUATE的延时值都默认设置为同一值，IRWST注入设置为5s，ADS第四级设置为60s。DAS系统的设计文件中规定了DAS在驱动IRWST注入、ADS第四级爆破阀驱动时的时间延迟
按照系统设计规范书描述3.2 建议的改进措施
修改ARM的TDDO时间延时继电器的设定值，建议修改后的值见表1。将ARM继电器时间延时的设定值减少2.5s能够保证在最坏的情况下也有0.5s的时间域量来保证ACTUATE在ARM完全失电后动作。
3.3 改进后的分析
将ARM继电器的时间延时减少2.5s这个改进将提高DAS爆破阀电路的可靠性，并不会影响爆破阀点火信号的实际延时时间，爆破阀点火信号的实际延时时间由ACTUATE的延时时间决定。
4 结语
AP1000核电站发生异常情况需要爆破阀动作时，首先可以通过PMS驱动爆破阀，当PMS发生小概率的共模故障失效时，DAS将起到PMS的备用系统作用。DAS系统手动驱动、ARM电容充电和ACTUATE驱动的爆破阀控制器控制回路、爆破阀放炮器的设计保证了在事故情况下DAS可以可靠地驱动爆破阀动作，缓解事故。硬件延时继电器延时时间设定值方面存在的潜在故障问题，设计方美国西屋公司正在计划出具相关设计变更，修改时间设定值。
参考文献
[1] 黄来，张建玲，彭敏.第3代核电技术AP1000核岛技术分析[J].湖南电力，2009，（4）.
[2] 杨烨.核电多样性驱动（DAS）系统硬件设计[C].第一届中国（国际）核电仪控技术大会[A].
[3] 周晓宁.AP1000全数字化仪表控制系统的分析[C].第一届中国（国际）核电仪控技术大会[A].
[4] 王大勇，张小冬，张丰平，等.AP1000核电厂基础培训教材（第3版）[M].教材编号KHS001：283-284.
[5] 刘湘波，刘学强.电容式发爆器起爆能力评估[J].西部探矿工程，2011，（1）.
[6] 俞金波.AP1000的多样性驱动系统（DAS）分析[J].黑龙江科技信息，2008，（33）.
[7] 张建华，杨海峰，李斌.浅谈时间继电器的应用[J].江西煤炭科技，2008，（4）.
作者简介：王广通（1985—），男，江苏淮安人，三门核电有限公司助理工程师，研究方向：第三代AP1000核电站保护和安全监测系统（PMS）及多样化驱动系统（DAS）的调试。
（责任编辑：秦逊玉）
