模块式小型堆反应堆保护系统结构分析

冯威 俞赟 罗炜

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610041）

模块式小型堆反应堆保护系统结构分析

冯威 俞赟 罗炜

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610041）

模块式小型堆作为采用三代核电技术的多用途小型压水堆，在设备的建造和设计上与以往工程项目相比有其自身的特点。为了优化设计，提高小堆的经济性，本文将分析小堆项目反应堆保护系统（RRP）的结构特点，论证系统简化的可行性。

模块式小型堆；系统结构；反应堆保护系统

0 引言

模块式小型堆作为采用三代核电技术的多用途小型压水堆，在设备的建造和设计上与以往工程项目相比有其自身的特点。为了优化设计，提高小堆的经济性，本文将分析小堆项目反应堆保护系统（RRP）的结构特点，论证系统简化的可行性。

1 系统结构分析

根据目前的设计，小堆保护系统由四重冗余的序列A、B、C、D组成（见图1），各序列之间以及安全系统与非安全级系统之间在物理、功能和电气方面都是相互隔离的。反应堆停堆和专设安全设施驱动功能都在四个冗余的序列中执行。

四个冗余序列使用四套独立的传感器。每个序列从对应的传感器/变送器采集信号，经必要的处理后再进行阈值比较，当超过阈值则产生“局部脱扣”信号。这些信号经过光纤I/O总线被送往其它序列进行逻辑表决从而完成以下功能：反应堆紧急停堆，汽机刹车，启动专设安全设施和支持系统。

总共有八个停堆断路器（分为四组，分别由四个序列控制），布置成四取二逻辑，任何两个序列同时产生停堆信号都将导致停堆。

图1 小堆反应堆保护系统结构

关于双逻辑处理系列结构，目前应用比较成熟的是M310型核电厂中采用的保护系统结构，分为以下两种：

1）福清/方家山项目

对于反应堆紧急停堆系统，冗余的逻辑部分包含4个独立的保护组（IP，IIP，IIIP和IVP），每一个保护组都从对应的传感器/变送器采集信号，经必要的处理后再进行阈值比较，当超过阈值则产生“局部脱扣”信号。这些信号经过光纤I/O总线被送往其余保护组和逻辑系列进行逻辑表决从而完成以下功能：反应堆紧急停堆，汽机刹车，启动专设安全设施和支持系统。总共有8个停堆断路器（每个系列4个，其中保护组I和III对应A系列，保护组II和IV对应B系列），它们以四取二的方式连接，每个保护组控制两个停堆断路器。

专设安全设施驱动系统的仪表采集处理及阈值比较部分同紧急停堆系统一样，在保护组里实现，是四重冗余的结构。专设安全设施驱动系统的逻辑部分是在逻辑处理系列里实现的，它被分成两个系列（A系列和B系列）。每个系列从保护组获取“局部脱扣”信号，经过逻辑表决产生系统级的专设安全设施驱动信号，驱动下游设备。

专设安全设施驱动系统包含两个完全独立的逻辑系列，A系列和B系列的输出信号提供给相应系列的安全驱动器。

图2 福清/方家山项目保护系统结构

通过比较可以发现，福清/方家山项目中采用的双逻辑处理系列结构只针对专设逻辑处理部分，停堆部分仍然采用四重冗余方式。这主要是因为下游8个停堆断路器组成4取2逻辑，每个保护通道控制一对断路器可降低误动概率，也便于试验与维护。基于这种结构，停堆逻辑处理机柜和专设逻辑处理机柜都需要进行4取2逻辑表决，增加了通讯模块及网络的使用。而对于小堆项目，由于下游工艺涉及的驱动器没有变化，不能减少输出模块的数量。因此，采用该系统结构无法简化保护系统的硬件规模。

2）岭澳二期项目

整个系统由四个保护仪表组IP、IIP、IIIP、IVP和两个逻辑系列A、B组成。紧急停堆系统和专设安全设施驱动系统都设计了两个完全独立的逻辑系列A和B。A系列和B系列的输出信号提供给相应系列的安全驱动器，对应地有两套完全独立的执行机构。

仪表部分其冗余方式与逻辑部分不同，有四套冗余的保护仪表组。每一个保护组都从对应的传感器/变送器采集信号，经必要的处理后再进行阈值比较，当超过阈值则产生“局部脱扣”信号。这些信号通过光纤通讯网分别送到半逻辑X、Y中进行逻辑处理，X半逻辑与Y半逻辑设计成“与”的关系，即只有X和Y同时满足时才产生保护动作的触发信号，最后将触发信号送到停堆断路器和专设安全设施驱动器。

总共有8个停堆断路器（每个系列4个），每个系列控制四个停堆断路器。

图3 岭澳二期项目保护系统结构

岭澳二期项目保护系统也采用了双逻辑处理系列结构，其特点是停堆功能也在逻辑处理系列中实现，一个系列同时控制四个断路器。为了降低误动的风险，每个系列都设置了X、Y半逻辑，在半逻辑中进行相同的逻辑处理，只有X和Y同时满足时才产生保护动作的触发信号。该结构的硬件规模与四重冗余序列的结构相当。

2 总结

综上所述，在小堆项目采用双逻辑处理系列后的硬件规模与原四重序列的结构基本相同。本项目中工艺系统参考了AP1000的设计，而保护系统也参考AP1000采用四重序列结构与下游驱动器相匹配。修改系统结构需要对下游驱动器的功能逐一分析，并根据冗余配置的原则分配到两个系列中，如果分析不当将存在安全风险。此外，采用双逻辑处理系列结构需要修改保护系统的布置与供电方案。每个系列都要布置在独立的房间并单独配置两路不间断电源。鉴于上述原因，小堆项目保护系统宜维持原四重冗余序列结构的设计。

［1］刘宏春.岭澳二期核电站数字化反应堆保护系统[J].核动力工程,2008(2).

［2］IEEE 603.IEEE Standard Criteria for Safety Systems for Nuclear Power Generating Stations[S].1998.

冯威（1982—），男，汉族，四川成都人，工程师，从事核电站仪控设计工作。

杨玉洁］