ACP100模块化小型堆安全级DCS设备方案研究

黄奇 曾山 刘明明 陈书琼 刘全东

摘 要

核电技术是改善能源结构，应对气候变化的有效途径。ACP100模块化小型堆是國内自主研发的堆型，所依托的工程项目目前已经进入详细设计阶段。本文结合该堆型反应堆保护系统目前的设计方案，对安全级DCS设备方案进行研究，结合自主研发的安全级DCS平台的技术特点，提出安全级DCS设备的总体配置方案，对工程项目的后续实施有积极的指导意义。

关键词

ACP100;反应堆保护系统;安全级DCS;设备方案

中图分类号： TM623.8                      文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.048

0 引言

核电技术是改善能源结构，应对雾霾天气、淡水缺乏、城市区域制冷和供热的有效途径。ACP100模块化小型堆是中核集团从2004年开始自主研发的一种堆型，采用经验证和工程实践的轻水堆技术，有望成为模块化小型堆领域率先商业部署的堆型。ACP100满足核电站所具有的基本安全功能和纵深防御要求，具有严重事故预防措施，在使用成熟技术的同时采用成熟设备。ACP100在工程安全性上采用非能动技术，达到或超过第三代核电站相关要求[1]。海南昌江厂址项目作为ACP100堆型的目标工程，目前已进入详细设计阶段。

核电数字化仪控系统（DCS系统）是核电站的神经中枢，也是核电站最重要和价值最高的成套设备之一，控制着核电站上百个系统近万个设备的运行。其中，安全级DCS主要完成事故工况下反应堆安全停堆和事故缓解功能，对核电站的安全运行起到至关重要的作用。

1 系统总体结构

反应堆保护系统由安全级DCS设备实现，是核反应堆最重要的安全级系统之一，它是一个逻辑保护系统，前端连接所有的保护仪表组，包括热工仪表组和核仪表组，这些仪表组监测选定的物理参数，当这些参数的变化达到或超过由安全分析确定的保护动作整定值时，给出保护动作的初始信号。这些信号经过逻辑组合，满足一定条件时，触发保护功能，实现反应堆紧急停堆或专设安全设施动作。

反应堆保护系统由四重冗余的序列A、B、C、D组成[2]，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。结合中核集团中国核动力研究设计院自主研发的安全级DCS平台技术特点，配置保护系统架构图如图1所示。

2 约束条件和假设条件

2.1 约束条件

a）IO点数

根据全厂DCS设备技术规格书中的要求，安全级的I/O点数如表1所示。

结合系统设计要求和现有核电厂设计经验，停堆的输出信号每序列20个，剩余DO为执行器的开关信号。同时，每个执行器按照2个信号计算，执行器为88个左右。

b）其他特殊要求

在进行安全级DCS系统机柜配置时，还应/宜满足下述特殊要求：

宜将RPC相关的机箱和ESFAC相关的机箱布置在不同机柜中;

来自现场的（4～20）mA传感器信号在进入AI模块之前均需要在PIPS单元中进行隔离，必要时进行分配;

来自现场的开关量信号，如果其直接参与紧急停堆功能或专设驱动功能，则需要进行隔离后再由RPC或者ESFAC采集;

来自现场的执行器状态反馈信号，如果其不直接参与紧急停堆功能或专设驱动功能，则由PLM模块直接采集，否则，需要进行隔离后由RPC或者ESFAC采集;

RPC/ESFAC/TU机柜采用热备配置，主控模块2个，通讯模块冗余。根据系统架构图的通讯链路，主控机箱配置10～11个通讯模块。

2.2 假设条件

a）仪控报警及旁通点数预估的说明

仪控报警主要包括：PIPS（信号预处理模块）故障报警，机柜门开报警，风扇故障报警，电源故障报警，浪涌抑制器故障报警。每个RPC单元、ESFAC单元、TU单元各配置1个DI模块和1个DO模块即可满足仪控报警要求。

旁通功能主要包括：通道旁通和参数旁通。

每个保护通道需要通道旁通，涉及停堆或逻辑退化的信号都需要参数旁通。每个RPC和ESFAC单元配置1个DI模块和1个DO模块即可满足旁通要求。

b）电源柜的约束条件说明

电源柜用于放置电源模块，电源模块数量与控制柜功耗，供电方式，电源模块选型有关。

3 设备配置方案

3.1 RPC机柜数量计算

RPC机柜采用的模块属于6U模块，机柜可布置3个机箱，I/O模块超过19个即增加一个机柜（每个机柜提供至少20%的备用模块插槽，每类模块按照至少20%备用通道计算），每1个主控机箱可以放置2个主控模块，最高可负载4个I/O机箱。需要RPC机柜采集和输出的信号点数量如表2所示。

同时，结合上述约束条件和假设条件，可得RPC机柜数量计算如表3所示。

3.2 保护系统机柜数量

PIPS、ESFAC、PLM、TU和电源柜的计算方式与3.1节类同，此处不再赘述。经计算，反应堆保护系统机柜配置如表4所示。

4 结论

根据ACP100模块化小型堆反应堆保护系统的总体架构，结合设备规格书等设计输入的要求，同时结合安全级DCS平台自身特点及现有核电站设计经验，经过分析计算，ACP100反应堆保护系统每个序列包含电源柜在内共7个机柜，机柜数量总计28个。该结论可作为ACP100工程项目在电气厂房设计、设备供电系统设计、通风系统设计、设备采购等方面的重要设计依据，对工程项目的后续实施有积极的指导意义。

参考文献

[1]宋丹戎，秦钟，程慧平.ACP100模块化小型堆研发进展.中国核电，2017（2）：172 -177.

[2]冯威，俞赟，尤恺，罗炜.模块式小型堆反应堆保护系统设计[J].科技视界，2015（23）：256-257.