反应堆保护系统定期试验优化及可行性分析

孙红芳

摘  要：目前国内正在运行的AP1000核电厂反应堆保护系统的定期试验存在数量多、执行频度过高、风险大等问题，本文首先对定期试验执行现状以及执行风险进行阐述，同时与同行电厂进行对比，对此提出了详细的优化方案并对其进行可行性分析，证明实施优化方案后，对系统可靠性和电厂影响很小，因此建议进行优化，减少电厂负担，提高机组可靠性。

关键词：定期试验  优化  可行性  可靠性

中图分类号：TM623.8           文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）07（a）-0073-03

Absrtact： At present， there are many problems in the periodic test of the reactor protection system of AP1000 nuclear power plant， such as large quantity， high frequency and high risk， at the same time， compared with other power plants in the same industry， the detailed optimization scheme is put forward and its feasibility is analyzed. It is proved that the implementation of the optimization scheme has little effect on the system reliability and power plant. Therefore， it is suggested to optimize and reduce the burden on power plants， improve unit reliability.

Key Words： Periodic Test; Optimization; Feasibility; Reliability

1  引言

AP1000核电厂反应堆保护系统在功率运行阶段设计了多种类型的定期试验作为保护系统连续在线诊断的补充，同时也为满足电站技术规格书的要求，确保系统功能可用。根据目前的执行情况，定期试验内容过多、频度过高，对电厂造成很大负担和潜在风险。由于试验将造成单通道真实触发或者半通道真实触发，导致部分安全功能符合逻辑降级，本文提出了具体的优化方案以及可行性分析。

2  定期试验简介

保护系统具有四个功能冗余的序列，每个序列配置一个维护与测试面板，具有测试信号注入、修改参数、置位和旁路以及显示系统状态的功能，用于系统维护和测试，验证每个子系统信号处理和通信的正确性，是定期试验主要执行平台。定期试验包括Level 1、Level 2、Level 3三个层级，Level 1仪表回路测试周期为1个燃料循环，Level 3的系统逻辑响应时间测试周期为4个燃料循环，设备接口模块相关试验周期为3个月和1个燃料循环。而对于Level 2短周期RT和短周期ESF试验项目，内容很多，它们均通过一系列的交叠试验完成，验证所有停堆和专设处理器、逻辑及通道的可靠性，包括36个试验项目，其中16项RT处理器逻辑触发试验，8项ESF处理器逻辑触发试验，4项自动ESF停堆逻辑试验，8项RT&ESF通道可运行试验。短周期RT试验频度和技术规格书要求为通道运行试验92d，RT处理器逻辑试验92d;短周期ESF试验频度和技术规格书要求为通道运行试验92d，ESF处理器逻辑试验92d交错。

3  定期试验执行现状

3.1 执行风险

目前国内AP1000电厂根据上述频度现场滚动执行，通过执行情况来看，未发生不满足验收准则的情况。保护系统设计大多数为四取二逻辑，试验期间一个通道处于触发状态，该保护功能处于三取一模式，此时其他任何非测试通道由于故障或其他原因导致的非现场真实状态改变都可能使反应堆停堆或ESF专设触发，而且执行完四个序列的试验需30d，以92d的频度来算，机组在正常运行期间有三分之一的时间处于三取一状态，长时间的三取一状态有悖于四取二的设计初衷。另外有一部分保护功能为二取一逻辑，试验期间将导致功能不可用，因为为了避免设备真实触发，试验执行期间需要将所有设备接口模块置于LOCAL位置，从而失去了保护功能。

3.2 同行经验

经调研，目前国内其他核电厂（方家山、岭澳二期）采用数字化保护系统的T1试验测试周期为4个燃料循环，而AP1000的Level 1仪表回路测试周期为1个燃料循环;T3试验测试周期基本为2～3个月周期，与Level 3的设备接口模块相关试验周期为3个月基本一致。T2试验周期与AP1000 Level 2试验周期92d或92d交错相比大多数为1个燃料循环，远远低于92d的频率。

4  优化方案建议

由于保护系统是通过通道内比较和通道间比较，对通道偏差进行判断，超出设定范围则产生报警。因此建议将具有交叉比较功能的参数，从通道检查程序中删除，这样对监督条目是没有影响的。

另外，保护系统的自诊断功能（后面会进行阐述）是可以完全覆盖通道运行测试项目的，原则上所有的通道可运行测试项目均可删除，但为了保持技术规格書的完整性，对技术规格书的现有监督项目进行保留，停堆和专设通道可运行试验建议延长周期为24个月;停堆处理器和专设处理器试验周期可以调整一致，延长周期为24个月，另外，对于目前以92d或者92d交错为周期的RT和ESF试验，定期检查系统报警和软件版本CRC编码，确保系统软硬件正确性。

停堆及专设功能响应时间试验建议选取部分典型的功能进行测试短周期的项目，仪表和设备响应时间测试建议保留，机架响应时间测试建议取消，对于每个在技术规格书中有SR要求的RT和ESF功能指定一个响应时间值。这个值将与传感器的响应时间和现场设备的动作时间相加得出整个响应时间。

对于ESF子系统驱动试验需保留爆破阀驱动试验、主泵断路器驱动试验、稳压器电加热器断路器驱动试验、主给水泵和启动给水泵断路器驱动试验、CIM对应设备的正常设备状态即为失效设备状态的驱动试验以及PXS、CVS部分设备驱动试验。针对接口模块的分析表明，仅数字量卡件存在部分特定地模式无法被自诊断覆盖到，但是由于技术规格书中仍需要定期执行手动开关驱动试验，这些试验可以覆盖数字量卡件中潜在的无法被自诊断探测的故障模式。

5  优化可行性分析

5.1 数字化平台软件固化机制

AP1000的反应堆保护系统为数字化系统，使用CPU或FPGA等逻辑组件代替传统的模拟电路，应用软件或门电路代替传统的继电器阵列实现保护逻辑。传统模拟器件的整定值会随着时间推移出现漂移现象，需要在定期试验中频繁解决定值器漂移问题，而数字化的软件固化后不會改变，不影响电厂运行裕量和安全性。

5.2 故障模式及自诊断能力

保护系统的处理器及通讯模块都具备自诊断功能，处理器启动时通过运行自检程序对应用软件、处理器等进行验证;初始化过程中，对处理器及系统的完整性进行自检;应用程序在运行过程中，周期性进行自诊断。各类故障均可通过自诊断报警向电厂人员提供指示。部分功能也可通过冗余信号比较或局部触发得到异常报警。部分不能被探测（如隔离卡件）的故障模式主要与采集非安全级设备状态反馈相关，用于辅助设备开展试验，其故障不会直接影响保护系统安全功能丧失。

5.3 对系统可靠性的影响和对SPA的影响

定期监督频度为12个月时，系统可靠性指标中RT拒动率为8.82E-07，误动率为2.1E-12，ESF拒动率为5.33E-06，误动率为3.18E-05;试验频度为24个月时，RT拒动率为2.66E-06，误动率为2.1E-12，ESF拒动率为7.19E-06，误动率为3.18E-05。系统的设计目标为RT/ESF拒动率为1.2E-05，误动率为0.002事件/年。

由此可以看出，实施定期试验优化方案后，RT和ESF功能的拒动率略有提高，但仍然满足系统设计目标，由于误动率不涉及监督频度，因此优化对误动率没有影响。堆芯损伤频率和大量放射性释放频率，会有明显上升，但是AP1000的设计特点决定了其基准很低，因此其增大的量也小于10-6堆年。

6  结语

综上所述，AP1000保护系统定期试验目前所存在的数量多、频度过高、监督要求过于保守的问题，根据优化方案的可行性分析结果来看，实施优化后对系统可靠性和电厂PSA的影响很小，建议对其进行优化，减少电厂负担，提高机组可靠性。

参考文献

[1] SMG-PMS-J0M-001 Sanmen AP1000 Protection and Safety Monitoring System Technical Manual R8.

[2] 王广通.AP1000保护和安全监控系统监督试验优化建议[J].仪器仪表用户，2018，25（4）：62-65，32.

[3] 李强.基于TRICON平台的反应堆保护系统外部输出连接T3试验优化[J].仪器仪表用户，2018，25（3）：85-89.

[4] 郑大吉，何欧，孙长义，等.反应堆保护系统逻辑功能定期试验装置设计[J].科技视界，2020（13）：34-36.

[5] 张钦.核电站反应堆保护系统定期试验方案设计[D].北京：华北电力大学，2018.

[6] 曹枭虓，熊华胜，郭超，等.反应堆保护系统动态可靠性建模与分析[J].自动化仪表，2019，40（6）：6-10.