基于数字化DCS平台的核电厂反应堆控制系统可靠性分析

2019-12-19王岩李洪光高云飞

商品与质量 2019年36期

王岩李洪光高云飞

福建福清核电有限公司福建福清 350318

核电厂功率调节系统（CCS）的主要功能是实现反应堆控制，反应堆控制的目的是使一回路所产生的功率与二回路所吸收的功率相等，同时保证一、二回路的温度、压力等热工参数及堆芯功率分布等参数能满足各方面要求。

CCS系统主要包括反应堆功率调节系统和平均温度控制系统，它与多个系统存在接口。它接收来自汽机控制系统（GRE）的信号、堆外核测系统（RPN）、主冷却剂系统（RCP）等工艺系统的参数，进行逻辑处理并输出控制棒升、降和棒速信号。同时通过网络或硬接线向主控室传输相关报警、显示监测结果[1]。

CCS系统依托DCS Tricon平台实现，它是具有三重组合式冗余结构的分散控制系统，通过识别其中引起非预期功率波动或停机停堆事件潜在风险的单一设备、部件，并提出优化措施，以提高系统和设备可靠性。

1 CCS系统可靠性分析

依据CCS系统功能和结构。主要对控制逻辑输入采集失效对系统运行的影响进行分析。对于其中用于报警监测及输出部分（故障不会导致系统误动作）不进行分析排查。具体如下。

1.1 反应堆冷却剂温度测量回路

（1）功能实现。CCS系统采集RCP系统的三个环路的冷、热段温度信号，并完成R棒控制及一回路过冷逻辑运算。在Tricon软件中，环路温度最大值和最小值由模拟量表决模块（AI_VOTER）实现，该模块可以实现故障通道切除和全失效输出缺省值的设计。

（2）故障模式分析及缓解措施。环路温度信号由同一块模拟量输入卡件采集，如卡件故障，可能导致所有的信号失效。质量位逻辑保证通道故障并被切除的情况下不会导致环路平均温度最大值或最小值波动。但该设计无法预防通道精度漂移的情况。另外系统中未设计质量位报警或环路切除报警，因此无法直接从主控获取信号存在故障或环路已被切除的信息。建议增加质量位报警及通道元器件定期检查的预防性维修项目。

1.2 最终功率整定值的生成

（1）功能实现。最终功率整定值用于汽机旁路系统运行时汽轮机负荷增加时的快速跟踪。其输入包括模拟信号汽机进气压力、旁排系统设定压力及汽机遮断信号、超高压断路器打开等开关量信号。

（2）故障模式分析及缓解措施。最终功率整定值的生成对机组出现非预期的瞬态下或低功率水平下的控制至关重要。对其控制逻辑输入采集信号故障分析如下：①汽机进气压力模拟量输入信号：Tricon系统中设置选择器（VT模块），采用质量位设计及全部输入无效时输出缺省值，因此不存在信号失效导致汽机负荷波动的问题[2]。②P模式下旁排系统设定压力输入信号由操纵员设定，其输入模块在软件中设置限值（0-10bar）。如果信号通道断路或卡件故障，输入压力值被置为0或10Mpa，对应的功率值被置成35%FP或0。如果R棒或G棒处于自动模式，最终功率整定值的波动会造成棒束非预期的动作。因此旁排系统设定压力出现通道或卡件故障，可能导致最终功率整定值变化，从而影响R棒和G棒的控制逻辑。但由于机组正常上下行过程P模式下R棒及G棒均处于手动状态，因此无影响。另外对于一回路过冷信号（C22），15%FP功率以下C22信号被手动闭锁，因此无影响。在15%FP-25%FP（25%FP后R棒，G棒投自动），P模式下旁排系统设定压力出现通道或卡件故障导致最终功率整定值变化及参考温度变化，但通过仿真器模拟设定压力变化对参考温度的影响，发现在上述假设条件下，影响很小，可以忽略。③旁排阀未全关信号在旁排阀未全关时为1，如果此时出现了通道或卡件故障，最终功率整定值则切至0或由汽机负荷和30%FP的低选数值，在控制棒打手动期间对控制无影响。

因此，上述分析得出了最终功率整定值输入信号故障对系统运行的影响。建议增加GCT设定压力质量位报警用于提醒操纵员通道状态。模拟输入通道的电子元器件也需要进行定期检查。

1.3 平均温度控制系统

（1）功能实现。平均温度控制系统通过测量计算一回路平均温度用于驱动R棒组，改变反应堆的反应性，从而维持一、二回路功率的匹配。它的上游输入包括：①功率量程中子注量率最大值计算；②平均温度最大值信号和最终功率整定值信号，该部分已分析过，不再进行分析。

（2）故障模式分析及缓解措施。功率量程中子注量率输入信号由同一块输入卡件采集，会同时采集通道试验故障信号；如出现质量位坏或故障试验信号，则该通道切除，如果所有通道质量位坏，则输出上次的好值。因此对功率修正值计算无影响。但建议增加模拟量输入通道质量位信号及RPN功率量程故障试验报警。用于提示操纵员通道状态[3]。