李欢
中核辽宁核电有限公司 辽宁省兴城市 125112
摘要：核电厂的保护系统用来在核电厂异常和事故工况下停堆并且缓解事故状况。核电站保护系统是核安全级系统,并且应在安全设计要求的引导下开发。核仪表与控制系统开发项目正在开发数字化保护系统和安全级可编程逻辑控制器。为了优化核电站保护系统的设计,可编程逻辑控制器应该满足通讯、实时性、可靠性、性能、设备硬件鉴定和软件整定的要求等。在核仪表与控制系统开发项目下开发的数字化核电站保护系统和可编程逻辑控制器将用于升级现有运行核电厂的仪表与控制系统和新的核电厂仪表控制系统。
关键词：反应堆保护系统；核电仪表；安全
1核电厂保护系统的设计趋势
核电站保护系统(DR)应该在核电厂异常和事故工况下自动停堆并且缓解事故状况。因此,一个核电站保护系统包括一个反应堆保护系统和一个工程安全设施启动系统。其中，反应堆保护系统的作用是：在异常情况下自动停堆；工程安全设施启动系统则用于开启阀和泵来缓解事故情况。
通常，一个反应堆保护系统包括4个通道，每个通道拥有相同的构造和设备。每个反应堆保护系统的通道从4个独立的Class-IE仪表通道中的一个获得过程参数的值，如果其中一个过程参数的值超过了设定的事故保护定值，系统通道则输出停堆信号。如图1所示，每个通道包含一个双稳态触发器BP、与门触发器CP、测试处理器TP。双稳态触发器比较过程参数值和事故保护定值，然后产生停堆状态信号。与门触发器对这个停堆状态信号进行4取2逻辑判断。测试处理器则对双稳态触发器和与门触发器进行维护和测试。
工程安全设施启动系统使用从反应堆保护系统得来的初始信号，来产生启动安全设施（如泵、阀）用的启动信号。通常情况下，为了满足冗余需求，工程安全设施启动系统要有两套，每套都需要具有工程安全设施的功能，如：安全注入启动、外壳隔离启动、外壳喷射启动、Main-Stream-Isolation和辅冷却水启动。
核电站保护系统的主要设计要求如下：
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核电站的仪表和控制系统是核电站的重要组成部分，机组的安全、可靠、经济运行在很大程度上取决于I&C设备的性能水平。随着计算机及其软件技术的快速发展，核电站的I&C系统也由传统的模拟控制发展到模拟-数字控制，进而发展到全数字式控制。目前，国内外核电站主控制系统的发展基本上可以分为三个阶段。
2.1以模拟量组合单元仪表为主的控制系统
目前，已在我国运行的300MW秦山核电站主控制系统，应用FOXBORO公司的SPEC200组装仪表（包括MICRO-SPEC-200），该产品已广泛应用在诶过和世界上80多座核电站。大亚湾2*900MW核电站主控制系统采用Baily9020系统，它也属于这一类。
模拟量仪表采用小规模集成电路、运算放大器为基础的元件来控制，逻辑量采用继电器等硬逻辑电路来控制。因而，系统所需要的仪表器件数量多，运行操作管理和维护工作任务重，主控制室也显得较大。
2.2以模拟量和数字量混合运用的主控制系统
这实际是模拟量加上数字式分散控制系统（DCS）。除模拟量外，数字量则依托以大规模集成电路为基础的数字技术、网络通信技术、CRT显示技术等，形成模拟量控制、逻辑量控制、保护系统综合考虑的网络型分散控制系统。其特点是系统所需仪表数量大为减少，系统大量采用硬件和软件自诊断技术、冗余技术，提高了系统运行可靠性，采用网络通信技术，使系统数据管理更加科学和方便。为了确保核电站安全可靠运行，这些新技术的应用也是经过大量反复的试验验证后，逐步先运用于常规岛等辅助系统，而核岛仍采用模拟量为主的控制。
2.3集成数字式主控制系统
集成数字式与上一类不同之处，不仅在常规岛、BOP部分采用数字技术，而且在核岛部分、涉及核安全保护和控制的回路等也都采用数字化控制技术。对于一座核电站来说，要使其安全、稳定的运行，很大程度上取决于每一个涉及核安全及保护回路的控制系统的可靠性。正因此，从设计到建造都严格的选用满足上述要求的成熟产品。所以，核电站由原来模拟控制，进展到模拟与数字混合控制，发展到目前最新的集成全数字化控制，这是新一代核电站仪表与控制系统产品升级的主要标志。它也是新一代先进的核电机组，无论是先进的压水堆（APWR），还是先进的沸水堆（ABWR）等先进机型的重要标志之一。
3安全重要仪控系统所需标准
鉴于核电安全重要仪控系统功能的多样性和系统的复杂性，其设计、建造和运行涉及系统设计、设备制造和安装、设备维护等一系列的安全相关标准。
在系统设计方面，所需的标准有安全重要仪控变量的确定及其相应系统的配置、安全重要仪控功能的分类、功能系统的可靠性和可运行性设计、主控制室的综合设计、信息处理和传输以及人因工程的应用；在设备制造和安装方面，所需要的标准有设备的设计、制造、鉴定以及系统的集成、安装和调试；在设备维护方面，所需的标准主要有设备的定期监督试验与检查、老化管理和维修。
4结论
在本文中，介绍在核仪表与控制系统制系统开发项目下开发的核电站保护系统拥有完整的冗余体系和在线自检功能这将提高可维护性和可靠性。在核仪表与控制系统开发项目下开发的安全可编程逻辑控制器,又被称作POSAFE-Q它的软件和硬件都是依据安全相关软件生命周期和安全硬件标准开发的。这样安全相关软件的设计和验证与确认方法,安全性分析方法,和经过鉴定的硬件设计技术等都将在开发项目中实现,且可以延伸到其他的工业领域。
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论文作者:李欢
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/14
标签：系统论文; 核电站论文; 仪表论文; 控制系统论文; 核电厂论文; 反应堆论文; 触发器论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;