ATWT在CP600全范围模拟机中的实现及其改进建议

王 剑

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0　引言

ATWT (不停堆预期瞬态：Anticipated Transient Without Trip)系统是为了解决没有紧急停堆信号的预期瞬态而增设的一套保护系统。它不完全属于保护系统，也没有完全遵守保护系统必须遵守的设计原则(如冗余原则，仅 A系列有)。

ATWT系统与紧急停堆系统在设备上体现了多样性。紧急停堆系统采用CMOS器件作为主要的逻辑处理器件，而ATWT系统则采用继电器构成逻辑线路。CP600核电机组的ATWT反应堆保护在实现方式上采用失电动作和带电动作相结合的方式，区别于其他反应堆保护的失电动作形式。CP600全范围模拟机对ATWT反应堆保护的带电动作进行了详细模拟，对失电动作进行简化模拟。

1　CP600核电机组ATWT保护逻辑

反应堆保护系统的功能主要是保护三大核安全屏障(燃料包壳、一回路压力边界和安全壳)的完整性。当运行参数达到危及三大核安全屏障完整性的阈值时，保护系统动作触发反应堆紧急停堆和启动专设安全设施。

反应堆保护系统对事故工况的保护手段主要是紧急停堆。当紧急停堆保护发生故障时，例如当参数达到紧急停堆保护阈值，但没产生紧急停堆保护信号，或虽然产生了紧急停堆信号但紧急停堆断路器未断开，此时发生的各种预期瞬变就称为ATWT。

对ATWT研究表明：丧失正常给水和丧失厂外电源这两个ATWT最为严重，前者使一回路超压，后者使偏离泡核沸腾比DNBR降低。

正常给水丧失可能是由于给水泵故障也可能是由于给水调节阀故障引起的。如果发生了丧失正常给水ATWT，则由于二回路吸收一回路热量的能力下降而引起一回路温度和压力上升。在正常运行期间，为了限制后果，ATWT保护系统采用了如下的保护逻辑。ATWT保护系统考虑反应堆功率上升过程中SG水位的不稳定性，即 SG产生虚假水位信号干扰，故采取SG给水流量低于6%NF的三取二信号，当堆功率中间量程大于30%FP二取二逻辑存在时，则产生如下保护动作：

（1）汽机刹车。

（2）启动辅助给水系统向蒸汽发生器供水，以防蒸汽发生器烧干。

（3）闭锁第3组GCT排放阀，防止蒸汽发生器烧干。

（4）紧急停堆，确保紧急停堆保护系统动作。

ATWT保护系统采用以继电器组成保护逻辑，如图1所示。ARE049MD、ARE051MD、ARE053MD对应的继电器XU组装在MICRO控制组件ARE401MR中，ARE050MD、ARE052MD、ARE054MD对 应 的 继 电 器 XU组装在MICRO控制组件ARE402MR中，ARE401MR和ARE402MR位于控制柜KRG043AR中，由LNE（220V交流不间断电源及配电系统）提供电源。而控制柜KRG043AR中其他的组件正常运行时由LND（220V交流不间断电源系统D）提供电源，应急情况下由LNE360CR提供电源。RPN系统中间量程触发的中间量程＞30%FP信号电源来自RPN001AR和RPN002AR，分别由LNA（220V交流不间断电源系统A）和LNB（220V交流不间断电源系统B）供电。ARE系统和RPN系统产生的逻辑均由 LCC（48V直流电源和配电去耦系统）的48V继电器实现。

图1　ATWT特殊保护模块供电图

2　LCC和LNE失电和送电对ATWT信号的影响分析

ATWT保护系统中，传感器和逻辑运算部件以及LCC的驱动继电器为带电动作，ARE和RPN的驱动继电器为失电动作。LCC失电后，LCC驱动继电器回路失电，由于驱动继电器为带电动作，故阻止ATWT信号产生。LNE失电后，MICRO控制组件401MR和402MR中的XU失电产生动作，因此图1中a、b触点三取二逻辑符合闭合，带动1触点闭合；如果中间量程＞30%FP信号存在，则c触点二取二逻辑符合闭合，带动2触点闭合；此时1、2触点均已闭合带动3触点闭合，然而LEN失电导致SG两个小机箱同时失电，触点4断开，闭锁了ATWT信号的发出。在LNE失电后恢复送电时，如果中间量程＞30%FP信号存在，SG两个小机箱的先得到电源，触点4闭合，而ARE系统中的MICRO控制组件401MR和402MR处于LNE失电状态，存在误发ATWT的可能，故在SG两个小机箱得电后，触点4延时1S闭合将产生的ATWT信号闭锁。

3　ATWT在CP600全范围模拟机的实现

在CP600全范围模拟机中，利用图形化建模工具对ATWT反应堆保护的带电动作进行了详细模拟。SG给水流量信号和RPN系统中间量程信号由初始工况（IC）赋初值，经模型运算，由传感器函数计算得出，作为图形化建模工具的逻辑计算输入值，通过逻辑函数计算产生信号，接着和控制柜KRG043AR的电信号相与，再把产生的信号和LNE电信号相与，产生最终的ATWT信号。

由于LNE失电产生的继电器失电动作信号和LNA/LNB失电产生的继电器失电动作信号，模拟机未进行模拟。模拟机逻辑程序中将小机箱失电回路简化为LNE失电，闭锁ATWT信号的产生。LNE失电后送电时，利用延时函数将LNE母线延时1S得电，闭锁由于模拟机中各母线、继电器送电顺序不同误发的ATWT信号。

4　ATWT在CP600全范围模拟机中的改进建议

CP600全范围模拟机能够实现ATWT反应堆保护的带电动作以及LNE整体失电和恢复供电时的ATWT信号的闭锁功能，能够完成涉及ATWT保护的操纵员模拟机培训课程任务。同时模拟机中的ATWT实现方式存在一定不足，可以进行适当的改进，使得模拟机中ATWT保护现象模拟的更加真实，提高操纵员模拟机培训效果。

模拟机中的控制柜KRG043AR的供电电源做的不准确。模拟机中将控制柜KRG043AR的供电做成LND或者LNE360CR或者LCC，而根据图1所示，LCC是为ATWT信号的输出回路提供电源，而不是控制柜KRG043AR的电源。并且控制柜KRG043AR中的MICRO控制组件ARE401MR和ARE402MR由LNE系统供电，其他的组件正常运行时由LND系统提供电源，应急情况下由LNE360CR提供电源。因此模拟机中应该分开实现控制柜KRG043AR内部各组件的供电电源。根据CP600核电机组ATWT保护逻辑，控制柜KRG043AR整体有电对ATWT信号进行闭锁并不正确，应取消相关的逻辑。

模拟机中将SG两个小机箱同时失电简化为LNE母线失电；SG两个小机箱在LNE失电后得电时，图1中LCC系统触点4延时1S闭合，简化为LNE母线延时1S得电。这两方面的简化，对ATWT反应堆保护的带电动作没有影响，能够实现LNE整体失电和恢复供电时的ATWT信号的闭锁。然而模拟的不够精细，也无法实现LCC/LNE叠加的失电和单独恢复供电等工况的模拟。模拟机应根据图1进行修正。

CP600全范围模拟机对ATWT反应堆保护失电动作进行简化模拟。LNE失电产生的继电器失电动作信号和LNA/LNB失电产生的继电器失电动作信号，模拟机未进行模拟。由于LNE失电时，SG两个小机箱同时失电闭锁了ATWT信号的产生，故继电器失电动作信号未模拟对ATWT现象没有影响。如果LNA/LNB同时失电时，RPN013MA和RPN023MA对应的继电器RPN412XU和RPN437XU失电产生动作，图1中c触点二取二逻辑符合闭合，带动2触点闭合；若此时两个SG给水流量均低于6%NF，则产生ATWT保护信号。故模拟机应对继电器失电动作进行详细模拟，使得模拟机中的ATWT保护动作更加逼真。