CN103794255A - 一种核电站反应堆保护系统t3试验回路及其优化方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种核电站反应堆保护系统T3试验回路及其优化方法。该优化方法中，T3试验回路采用并电阻检查电流回路，包括多个试验开关，其中至少一个试验开关对应多路设备，所述至少一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点。本申请的有益效果是：通过将试验开关中的至少两对接点并联输出驱动试验回路，降低触点故障率高引入的误动风险；一实施例通过将核级继电器节点接入试验回路，以进一步提高设备可靠性；另一实施例通过增加试验信号自锁，使得当开关触点失效时，闭锁试验信号，减少误动；又一实施例通过增加送主控报警信号，得以正常运行监视回路，减少因方案优化引入的拒动风险。

Description

一种核电站反应堆保护系统T3试验回路及其优化方法

技术领域

本申请涉及核辐射安全与监测技术，尤其涉及一种核电站反应堆保护系统T3试验回路及其优化方法。

背景技术

核电站（Nuclear Power Plant）是利用核裂变(Nuclear Fission)或核聚变(Nuclear Fusion)反应所释放的能量产生电能的发电厂。

为了保护核电站工作人员和核电站周围居民的健康，核电站的设计、建造和运行均采用纵深防御的原则，从设备、措施上提供多重保护，以确保核电站对反应堆的输出功率进行有效的控制；且能够在出现各种自然灾害，如地震、海啸、洪水等，或人为产生的火灾、爆炸等，也能确保对反应堆燃料组件进行充分的冷却，进而保证放射性物质不发生向环境的排放。纵深防御原则一般包括五层防线，第一层防线：精心设计、制造、施工，确保核电站有精良的硬件环境，建立完善的程序和严格的制度，对核电站工作人员有系统的教育和培训，建立完备的核安全文化；第二层防线：加强运行管理和监督，及时正确处理异常情况，排除故障；第三层防线：在严重异常情况下，反应堆的控制和保护系统能及时并有效的动作，以防止设备故障和人为差错进而发展为事故；第四层防线：在事故情况下，及时启用核电站安全保护系统，包括各种专设安全设施，用以加强事故中的电站管理，防止事故扩大，以保证核电站三道安全屏障的完整性；第五层防线：万一发生极不可能发生的事故，并伴有放射性外泄，应及时启用厂内外一切应急系统，努力减轻事故对周围居民和环境的影响。

广义的核电站反应堆保护系统（RPR）通常是由过程仪表系统（SIP）、核仪表系统（RPN）、反应堆保护系统（RPS）以及所有专设安全系统一起构成，用以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屏障完整性的阈值时，反应堆保护系统动作触发反应堆紧急停堆和启动专设安全设施。一般地，在反应堆正常运行的情况下，其故障是隐蔽的，也就是说在反应堆出现事故瞬态的情况下，保护系统才起作用。因此如何保证保护系统的正常运行则是定期试验系统需要解决的问题，也是非常关键的问题，该试验系统还提供必要的事故后检测手段，以检测反应堆停堆后因事故而导致的异常工况。

如图1所示，整个保护系统的试验系统分为三段：T1试验、T2试验和T3试验。为保证定期试验功能的完备性，相邻的两个试验有重叠部分；其中T1试验（又称SIP定期试验）定义了从现场传感器信号进入系统，到KRG系统（总模拟控制系统）阈值输出（输出到保护逻辑系统）的试验；T2试验为保护逻辑处理的试验，处理的结果被送到停堆断路器屏，用于控制专设安全设施驱动器。

T3试验用于检测反应堆紧急停堆保护功能和专设安全设施驱动器的情况，其方法是通过试验选择开关选择对应的试验设备，再由T3试验开关注入试验信号，通过相应的状态指示灯、电流/电压表指示来监测RPR的输出部分功能是否正常。目前T3试验回路在设计上共用一个输出放大回路，有部分T3试验开关带多路设备，且T3试验开关的触点故障率较高，因此存在如下至少两个方面的问题：

（1）一个测试开关带多个测试回路。对于带多个试验回路的T3试验，进行某一个T3试验开关所带的一路保护回路试验时，仅能对该回路进行监测，没能监测该开关所带的其它试验回路是否正常，使得在试验过程中出现触点故障而不能及时发现，而如果没有监测到的回路出现异常，将导致试验时保护设备误动。

（2）T3试验开关的可靠性不高。试验中闭锁回路由T3试验开关接点完成，由于其触点故障率较高使得可靠性不高，从而给T3试验带来较高的误动风险。

某核电站曾出现过T3试验过程中因试验回路异常故障导致主给水阀短时误关事件。由于RPR系统T3试验是针对正常运行期间不允许动作的负载进行试验，因此，如果试验期间保护设备误动，将对机组安全和稳定运行带来严重影响，同时，如果T3试验开关接点异常，处理故障时引入风险也很高。因此需要提高T3试验回路的可靠性。然而，考虑到现场机柜空间有限，无法新增设备，且T3试验开关受安装位置、应用经验、分析论证等影响，短期无法解决替换问题。因此，需要对核电站RPR系统的T3试验回路设计进行优化，以降低试验过程中引入的误动风险。

发明内容

本申请提供一种核电站反应堆保护系统T3试验回路及其优化方法。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种核电站反应堆保护系统T3试验回路的优化方法，所述T3试验回路采用并电阻检查电流回路，包括多个试验开关，其中一个试验开关对应多路设备，所述优化方法包括：将所述一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点，该并联接点的输出驱动T3试验回路。

所述优化方法还包括：所述并联接点的输出控制反应堆保护系统的至少一个核级继电器，所述至少一个核级继电器的触点电性连接所述一个试验开关。

所述优化方法还包括：所述核级继电器的常开触点串联到所述T3试验回路的单逻辑支路。

所述优化方法还包括：所述核级继电器的常开触点串联反应堆保护系统的另一核级继电器。

其中，所述核级继电器的常开触点与所述另一核级继电器的串联支路中串联入二极管，用于输出T3试验回路的报警信号。

并联接点为所述至少一个试验开关中三对接点并联形成。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种核电站反应堆保护系统的T3试验回路，采用并电阻检查电流回路，包括多个试验开关，其中一个试验开关对应多路设备，所述一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点，该并联接点的输出驱动T3试验回路。

所述并联接点的输出控制反应堆保护系统的至少一个核级继电器，所述至少一个核级继电器的触点电性连接所述一个试验开关。

所述核级继电器的常开触点串联到所述T3试验回路的单逻辑支路。

所述核级继电器的常开触点串联反应堆保护系统的另一核级继电器，所述核级继电器的常开触点与所述另一核级继电器的串联支路中串联入二极管，用于输出T3试验回路的报警信号。

本申请的有益效果是：通过将试验开关中的至少两对接点并联输出驱动试验回路，降低触点故障率高引入的误动风险；一实施例通过将核级继电器节点接入试验回路，以进一步提高设备可靠性；再一实施例通过将核级继电器的另一实施例通过增加试验信号自锁，使得当开关触点失效时，闭锁试验信号，减少误动；又一实施例通过增加送主控报警信号，得以正常运行监视回路，减少因方案优化引入的拒动风险。

附图说明

图1为RPR的试验系统的三个试验阶段的结构示意图；

图2为并电阻检查电流法的电路示意图；

图3为串电阻检查电压法的电路示意图；

图4为将并电阻检查电流法和串电阻检查电压法置在一起以便比较的电路示意图；

图5为一种实例中改进前304CC或617CC的试验回路的电路示意图；

图6为一种实例中改进后304CC或617CC的试验回路的电路示意图；

图7为一种实例中改进前699CC的试验回路的电路示意图；

图8为一种实例中改进后699CC的试验回路的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本申请考虑到现场T3试验开关较多，而大量的修改也不可能，为识别所有开关引入的风险，并根据现场实际情况，对最可能产生问题的开关进行甄别，需要对所有T3试验开关进行分类统计，并从试验方法上找出最可能出现问题的回路进行优化设计。

目前的核电站反应堆保护系统T3试验回路可分为三种：

（1）输出信号与执行机构联动回路：该类回路通过试验开关输出信号、现场设备动作，并通过状态指示灯等检测回路是否动作正常。

（2）失电动作回路：该类回路采用并电阻检测电流法检测输出回路、现场设备不动作现象。试验中，试验开关输出试验信号，通过检测回路检查输出回路动作是否正常，同时，也闭锁信号的实际输出，避免现场设备误动。如图2所示为并电阻检查电流法示意图，这里以某核电站某机组（如D或L，其中D指代1号机组，L指代2号机组）的某反应堆保护系统（如XRPA或RPB，其中XRPA指代反应堆保护系统A，RPB指代反应堆保护系统B）为例，选择试验回路选择开关652CC和试验信号注入开关304CC所在试验回路（这里652CC和304CC分别表示编号为652和304的开关CC，类似地，下文涉及的“数字+CC”表示编号为该数字的开关CC，如617CC为反应堆保护系统中编号为617的开关CC），主要检测过程如下：

I、试验开始前，304CC位于P1位置，当652CC选择P2位置（即选择某个试验回路），0031D所在回路接通，此时显示电流为I（定义这个状态电流为I）；

II、304CC切至P3位置，闭锁回路接通，该回路使得执行机构继电器（即图中ACTUATOR RELAY）一直带电，直到304CC切换到P1位置，此时0031ID显示电流为I/3；

III、304CC切换至P5位置，注入试验信号，相应回路动作，0031ID回路切断，电流显示为0；

IV、304CC切换P7位置，试验注入信号消失，但闭锁信号一直在；304CC切换至P1，闭锁信号复位，试验结束。

（3）带电动作输出回路：该类回路采用串电阻检查电压法检测输出回路、现场设备不动作现象。试验过程中，试验开关输出试验信号，通过检测回路检查输出回路动作是否正常，同时，也闭锁信号的实际输出，避免现场设备误动。如图3所示为串电阻检查电压法示意图，以651CC为试验回路选择开关、617CC为试验信号注入开关为例，主要检测过程如下：

I、实验开始前，617CC位于P1位置，当651CC选择P4位置（即选择某个试验回路），0021ID回路接通，此时显示电压为DC48V；

II、617CC切至P3位置，闭锁回路接通，该回路使得执行机构继电器DC48V供电回路断开，直到617CC切换到P1位置时恢复，此时0021ID显示电压为DC24V；

III、617CC切换至P5位置，注入试验信号，相应回路接通，此时0021ID电压指示为8V；

IV、617CC切换P7位置，试验注入信号消失，但闭锁信号一直在。617CC切换至P1，闭锁信号复位，试验结束，0021ID显示电压为DC24V。

根据T3试验回路的类型，第一类回路（即输出信号与执行机构联动回路）由于信号输出回路与执行机构联动，主要检查整个回路的动作情况，因此出现误动、拒动概率较低，不予考虑；第二类和第三类回路（即失电动作回路和带电动作回路）主要检测信号输出回路，而现场设备并不实际动作，因此在试验过程中出现设备误动、拒动的概率较大，需要重点分析。

在第二类和第三类回路中，一部分试验开关是一个试验回路对应一个检测回路，当开关触点发生故障时，通过对应检测回路能够及时检测。根据现场应用经验，而另一部分回路（即一个试验开关对应多个试验回路），可能出现故障的概率最高，因此需要针对这部分开关进行处理。一种实例中给出一个试验开关带多路设备的清单，如下表1所示：

表1带多个试验回路的T3试验开关统计清单

以上是对T3试验开关的分类统计，下面给出试验方法的分析。

对并电阻检查电流法与串电阻检查电压法进行比较分析，以D1RPA699CC试验开关为例，如图4所示，图中M1为并电阻检查电流法试验ARE032VL回路，M2为串电阻检查电压法试验ARE052/56/60VL回路。在M1中，D1RPA699试验开关在ON位置时，25-025接点没有闭合，试验闭锁回路没有正常接入；试验开关置INJ位置后，导致D1ARE032VL失磁误关。此外，由于通常并电阻检查电流法检测回路（即M1）的并联电阻分别为2Ω和100Ω，而串电阻检查电压法检测回路（即M2）的串联电阻为10KΩ，因此，如果触点电阻出现略微变化，对并电阻检查电流法的测量结果的影响很大，而对串电阻检查电压法检测回路的影响相对小些。目前现场已有T3试验故障也表明，基本上所有故障均由并电阻检查电流回路产生。

结合T3试验开关结构、维修经验、故障引入的风险等方面进行考虑，分析认为：并电阻检查电流法的带多试验回路的T3试验开关的风险最高，需要改进，对应的开关为例如：D/L/XRPA/RPB304/617/699CC。如前述，D指代某核电站1号机组，L指代某核电站2号机组，XRPA指代反应堆保护系统A，RPB指代反应堆保护系统B，304/617/699CC指代编号为304或617或699的开关CC。

由于问题的根本原因在于T3试验时，T3试验开关触点不可靠引入的风险、以及一个试验开关带多个试验回路的设计使得这一风险不能提前被识别，所以对T3试验开关换型以及修改试验回路设计是理想的方法。但是，考虑到机柜空间有限，目前已无法新增设备，也无法改成每个测试开关有独立的检测回路；同时T3试验开关由于应用经验、论证分析、现场位置空间等因素，也无法短期内实现替代。

因此，本申请提出一种对基于目前已有设计基础的T3试验回路改进方案，可通过如下实施例体现。

实施例1：

本实施例的核电站RPR系统的T3试验回路采用并电阻检查电流回路，该回路包括多个试验开关，每个试验开关中包含多对开关接点，其中至少一个试验开关对应多路设备，实施例对该T3试验回路的优化在于：将至少一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点，该并联接点的输出驱动试验回路。当其中一对接点出问题时，另一对接点可以保障正常工作，从而提高了试验回路的可靠性，降低试验过程中因T3试验开关接点故障导致设备误动的风险。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，将并联接点的输出用于驱动核级继电器，核级继电器是指核电站专用的继电器，其可以是RPR系统中已有的，也可以是新增的，通过将核级继电器的接点接入试验回路，以进一步提高设备可靠性。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上，将受并联接点控制的核级继电器的常开接点接入试验信号注入回路的单逻辑支路上，通过该常开接点的开断情况进行判断，从而当常开接点失效时，闭锁试验信号，防止试验过程中设备误动。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上，将核级继电器的常开触点串联反应堆保护系统的另一核级继电器，在其支路上通过串联入二极管来输出T3试验回路的报警信号，从而得以正常运行监视回路，加强运行监测能力，减少因方案优化引入的拒动风险。

基于上述核电站RPR系统T3试验回路的优化方法，本申请还提供了一种核电站RPR系统的T3试验回路，该回路采用并电阻检查电流回路，包括多个试验开关，其中至少一个试验开关对应多路设备，将至少一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点。该T3试验回路通过将一对接点驱动方式改为试验开关的至少两对接点并联驱动方式，当其中一对接点出问题时，另一对接点可以保障正常工作，从而提高了试验回路的可靠性，降低试验过程中因T3试验开关接点故障导致设备误动的风险。一种实施例中，并联接点的输出用于驱动反应堆保护系统的至少一个核级继电器，再通过该至少一个核级继电器的触点电性驱动试验回路，进一步提高设备的可靠性。另一种实施例中，将受并联接点控制的核级继电器的常开触点串联到T3试验回路的单逻辑支路，通过该核级继电器控制试验信号注入回路，使得在失电时保证试验信号注入回路断开，即回路增加自锁功能，防止试验过程中设备误动。又一种实施例中，该核级继电器的常开触点串联反应堆保护系统的另一核级继电器，在该串联支路中串联入二极管，用于输出T3试验回路的报警信号，从而得以正常运行监视回路，加强运行监测能力。

以下通过两个实例对本申请上述实施例作进一步描述。

实例1：

以304/617CC为例，改动前的试验回路如图5所示。改进后304/617CC的试验回路如图6所示，经与改进前的试验回路对比可见，该304/617CC试验回路的改造方案为：将T3试验闭锁回路一对接点（如图5所示的24和024）驱动方式改为试验开关的三对接点（如图6所示的31和031、41和041、以及51和051）并联驱动方式，提高试验回路的可靠性，从而降低试验过程中因T3试验开关接点故障导致设备误动的风险。

该改进方案的改动较小，实施容易，且不引入新的风险。

实例2：

以699CC试验开关为例，如图7所示为改进前699CC的试验回路，图8所示为改进后699CC的试验回路。经对比可见，该699CC试验回路的改造方案为：

（1）将T3试验开关三对接点（即图7中的24和024、25和025、以及26和026）改为并联（即图8中的24和024、25和025、以及26和026），驱动备用核级继电器（即图8中的RPR013UM4），在通过备用继电器的接点，分别驱动试验回路（即图8中的403和431、404和441、以及405和451），从而提高设备可靠性；

（2）将核级继电器（图8中的RPR013UM4）的常开接点接入试验信号注入回路的单逻辑支路（即X支路或Y支路）中，可接入该支路的任一位置，从而当常开接点失效时，闭锁试验信号，防止试验过程中设备误动；

（3）将核级继电器（图8中的RPR013UM4）的常开接点的输出接入另一核级继电器（例如图8中的012UM1），通过该核级继电器将T3试验回路的报警信号传送主控，从而得以增加正常运行监视信号，加强运行监测能力。

同样地，该改进方案的改动较小，实施容易，且不引入新的风险。

在采用上述实例1和/或2提供的改进方法后，发明人对其效果进行了跟踪，以对某核电站某机组T3试验回路进行改进。该某机组T3试验回路优化改造后，所进行过的三次T3试验（A列两次，B列一次），都没有再出现超差（偏大）问题，详细内容见改造前后的D2RPR试验结果记录（如表2和表3所示）。其中，改进前的并电阻检查电流法T3试验（304/617/699CC）如表2所示，为改进前存在的故障情况，其中规程要求范围为4-8mA：

表2改进前的故障情况

自采用本申请实施例提供的改进方案后，如表3所示为改进后的效果。

表3改进后的效果

时间	列	开关	试验数据	故障情况
					2010.06.03	A	304CC	4.8mA	无
2010.06.03	A	617CC	4.2mA	无
					2010.06.03	A	699CC	4.8mA	无
2010.06.03	A	699CC	4.9mA	无
					2010.06.03	A	699CC	4.7mA	无
2010.07.07	B	304CC	5.1mA	无
					2010.07.07	B	617CC	4.5mA	无
2010.07.07	B	699CC	4.8mA	无
					2010.07.07	B	699CC	4.6mA	无
2010.07.07	B	699CC	4.8mA	无

无论699CC或304CC或617CC，其并电阻检查电流法T3试验改进前的主要故障为：

（1）T3试验开关可靠性不高，在“ON”位置时接点接触电阻偏大（或不能闭合），试验信号注入时存在较大的误动风险；

（2）T3试验开关在“ON”位置时，接点接触电阻偏大（或不能闭合）没有被全部有效监视，当开关转到INJ（注入动作信号）存在产生保护误动。

实例1对于D/L/XRPA/RPB304/617CC，将试验开关三路接点并联输出驱动试验回路，降低触点故障率高引入的误动风险。实例2对于试验开关D/L/XRPA/RPB699CC所带试验回路，通过将试验开关的三组触点并联，输出到备用核级继电器，并将该继电器接入试验回路，不仅降低触点故障率高引入的风险，还提高设备可靠性；同时，为降低误动和拒动风险，增加试验信号自锁，使得当开关触点失效时，闭锁试验信号，减少误动；此外，增加正常运行监视回路，将信号发送主控进行报警，减少因方案优化引入的拒动风险。虽然实例1和实例2是针对不同编号的试验开关，但应理解实例2的设计方案也可用于实例1中，实例2也可以单独只采用实例1的设计方式。

实例1和2的改进方案采用同一机柜内备用继电器，利用如D/L/XRPA/RPB304/617/699CC试验开关的三对接点并联驱动继电器，通过继电器的输出接点信号驱动测试回路，同时实现保护回路的闭锁。应理解，本申请所涉及的试验开关并不限于以上实施例所涉及编号的开关，也不限于具体某个核电站某机组的某个反应堆保护系统。

综上，本申请实施例具有如标准性与可靠性，其中，标准性是指优化设计方案使用继电器为RPR系统原备用继电器，为核级继电器，是核电站使用的标准产品，而可靠性是指设备上用核级继电器替代机械式试验开关，同时在试验回路上增加自锁功能，能有效提高T3试验回路的可靠性，降低试验误动风险。采用本申请实施例的优化改进试验回路，其采用现场的RPR备用核级继电器来替代T3试验开关接点，同时所有接线改动均在试验回路上进行，实施改动小，容易实现，且不引入新的风险，从而具有如下有益效果：

（1）降低了触点误动概率：由于采用核级继电器触点代替无级的开关CC（即非核电站级别使用的开关）的触点，降低了触点误动的故障率；

（2）实现试验回路自锁：由于将试验注入信号通过继电器扩展，并送入试验动作回路，使得在开关CC失效、继电器失电时，闭锁试验信号，确保不出现误动；

（3）降低拒动风险：利用T2试验送出报警继电器，将试验继电器动作信号送主控，确保正常运行时因试验回路可能引起的拒动能被及时识别，降低拒动风险。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种核电站反应堆保护系统T3试验回路的优化方法，所述T3试验回路采用并电阻检查电流回路，包括多个试验开关，其中至少一个试验开关对应多路设备，其特征在于，所述优化方法包括：将所述至少一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点，该并联接点的输出驱动T3试验回路。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述并联接点的输出控制反应堆保护系统的至少一个核级继电器，所述至少一个核级继电器的触点电性连接所述一个试验开关。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：所述核级继电器的常开触点串联到所述T3试验回路的单逻辑支路。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：所述核级继电器的常开触点串联反应堆保护系统的另一核级继电器。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述核级继电器的常开触点与所述另一核级继电器的串联支路中串联入二极管，用于输出T3试验回路的报警信号。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，并联接点为所述一个试验开关中的三对接点并联形成。

7.一种核电站反应堆保护系统的T3试验回路，采用并电阻检查电流回路，包括多个试验开关，其中至少一个试验开关对应多路设备，其特征在于，所述至少一个试验开关中至少两对接点进行并联，形成并联接点，该并联接点的输出驱动T3试验回路。

8.如权利要求7所述的T3试验回路，其特征在于，所述并联接点的输出控制反应堆保护系统的至少一个核级继电器，所述至少一个核级继电器的触点电性连接所述一个试验开关。

9.如权利要求8所述的T3试验回路，其特征在于，所述核级继电器的常开触点串联到所述T3试验回路的单逻辑支路。

10.如权利要求9所述的T3试验回路，其特征在于，所述核级继电器的常开触点串联反应堆保护系统的另一核级继电器，所述核级继电器的常开触点与所述另一核级继电器的串联支路中串联入二极管，用于输出T3试验回路的报警信号。

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