CN106920579A - 一种核电厂数字化地震自动停堆系统及方法 - Google Patents

一种核电厂数字化地震自动停堆系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种核电厂数字化地震自动停堆系统和方法，系统包括至少两个通道；每个通道包括：至少两个三轴向加速度传感器(以下简称“加速度传感器”)和至少一台逻辑触发机柜。方法包括以下步骤：S1，数据采集；S2，数据处理；S3，定值器逻辑；S4，符合逻辑；S5，停堆触发。本发明提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，填补了我国在地震自动停堆系统自主化设计经验的空白。

Description

一种核电厂数字化地震自动停堆系统及方法
技术领域
本发明属于核电厂数字化仪控系统领域，具体涉及一种核电厂数字化地震自动停堆系统及方法。
背景技术
在地震条件下，核电厂的系统、构筑物和部件有可能受到损坏，进而影响核电厂的安全运行，因此核电厂一般均强制要求配备地震监测系统，通过对地震信号进行采集、分析后通知操纵员进行地震响应相关操作，但该系统仅具有监测功能，不具有地震自动停堆功能。我国以及国际上在役和在建的多数核电厂并不具备地震自动停堆功能。我国大陆地区除了从俄罗斯引进的田湾核电厂外，均未设置地震自动停堆系统。
日本福岛事故发生后，核电厂在地震条件下的安全性引起了广泛关注。作为福岛事故的重要经验教训，许多国家都强调提升核电厂抗震设防及地震次生灾害的应对。2011年5月国际原子能机构核电厂仪控工作组会议上，建议重点考虑增设地震自动停堆系统以应对超设计基准的严重事故。我国核安全监管机构针对地震自动停堆也提出了新的、更高的要求。国家核安全局在《新建核电厂安全要求》中提出新建核电厂“宜设置地震自动停堆系统”。
但是，在此之前，我国并无大型核电厂地震自动停堆系统自主设计的经验，同时缺乏相关的法规标准。
国际上部分国家在不同时期设计了地震自动停堆系统，但在地震停堆方法上存在较大差异。
日本核电厂均安装地震自动停堆系统，但均为模拟系统，且设计为安全级系统，并触发反应堆保护系统触发停堆。
俄罗斯核电厂均安装了工业抗震保护系统(IAPS)，该系统是反应堆保护系统的一部分，设计为安全级系统。
台湾地区的所有机组均加装了地震自动停堆系统，其设计与日本较为相似，也是安全级系统，通过反应堆保护系统触发停堆。
韩国是目前世界上唯一采用数字化理念设计地震自动停堆系统(ASTS)的国家，且设计为非安全级系统，通过棒电源机组出口断路器触发停堆。
如上所述，日本、俄罗斯、韩国及我国台湾地区等地已投入运行的地震自动停堆系统在设计上存在较大差异，且均存在一定的局限性。如在日本和台湾地区，采用的是模拟系统设计，在强调数字化技术的今天已经较为落后，而俄罗斯的IAPS则是集地震监测系统和地震停堆系统于一体，系统过于复杂，韩国的ASTS尽管设计为双通道但设备安装在同一个机柜中，存在共因故障和降低系统可靠性的风险。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种核电厂数字化地震自动停堆系统。
核电厂数字化地震自动停堆系统，包括至少一个通道；每个通道包括：
至少两个加速度传感器，用于实时监测和采集核电厂地震信号；
至少一台逻辑触发机柜，用于接收所述加速度传感器采集的地震信号，并对地震信号进行数据处理和逻辑判断，并生成地震停堆触发信号；
优选地，每个通道包括两个加速度传感器；两个加速度传感器分别通过多芯电缆与该通道的逻辑触发机柜的输入/输出(I/O)模块连接。
每台逻辑触发机柜中对该通道的地震信号进行数据处理、定值器比较，同时接收另一通道的定值器比较结果进行四取二符合逻辑表决，并当表决结果表明地震强度超过停堆整定值时，发出地震停堆触发信号至棒电源机组出口断路器。
每台逻辑触发机柜中设置一套维护和试验组件(MTA)，可通过该组件强制输入特定的试验信号进行旁通试验，验证停堆逻辑的正确性；系统维修和试验时可旁通任一传感器，且同一时刻只能旁通一个传感器，与此同时，符合逻辑算法的表决逻辑由四取二(2/4)变为三取二(2/3)。
每台逻辑触发机柜中均设置报警指示盘，为核电厂运行人员提供停堆触发状态、系统设备状态、旁通允许状态和旁通状态报警，报警信号同时发送至主控制室进行声光报警，通知操纵员。
每台逻辑触发机柜均具有自诊断功能，能够对设备状态、数据链路等状态进行实时诊断；当系统检测到设备或通信存在故障时，向主控制室发送故障报警信号，通知操纵员。
在每台逻辑触发机柜中设置有不间断电源(UPS)，以确保在丧失外部电源时系统仍可持续运行至少30分钟，执行系统功能。
本发明的另一目的在于提供一种核电厂数字化地震自动停堆方法。
核电厂数字化地震自动停堆方法包括以下步骤：
S1，数据采集；通过布置在核岛底板上的4个加速度传感器实时监测和采集核电厂地震信号；
S2，数据处理；通过逻辑触发机柜对该逻辑触发机柜所在通道的两个加速度传感器采集的地震信号进行低通滤波和真伪地震识别，消除非天然地震信号的影响；
S3，定值器逻辑；在每台逻辑触发机柜中设置两个定值器处理器，当任一加速度传感器中任一轴向的地震加速度幅值超过预先设定的停堆整定值时，则该加速度传感器的定值器逻辑设置为触发状态，并锁存一定时间，锁存时间在0～10秒范围内可调，以确保所有定值器逻辑触发状态同步输出；
S4，符合逻辑；在每台逻辑触发机柜中设置一个符合逻辑处理器，用于接收本机柜的两个定值器逻辑状态和另一机柜的两个定值器逻辑状态，并形成四取二(2/4)符合逻辑表决；
S5，停堆触发；在每台逻辑触发机柜中，若符合逻辑表决结果表明地震强度超过停堆整定值，即满足2/4符合逻辑，则该符合逻辑处理器产生一个反应堆停堆信号并发送至棒电源机组控制柜出口断路器；若两台机柜均发出停堆触发信号，则棒电源机组出口断路器形成二取二(2/2)驱动逻辑，实现反应堆停堆；
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，填补了我国在地震自动停堆系统自主化设计经验的空白。
2、本发明提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，为核电厂提供纵深防御功能，提高核电厂的抗震防护能力。
3、本发明提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，通过数字化设计理念、冗余架构设计、数据处理分析、定值器逻辑和符合表决逻辑等方面的设计，提高系统的可靠性，能够最大限度地降低地震误触发停堆的可能性。
附图说明
图1为符合本发明优选实施例的核电厂数字化地震自动停堆系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，核电厂数字化地震自动停堆系统，包括两个通道，分别为A通道和B通道；每个通道包括：
两个加速度传感器；即A通道包括加速度传感器A1和加速度传感器A2，B通道包括加速度传感器B1和加速度传感器B2。所述加速度传感器安装在密闭的保护罩内，且与安装面刚性连接，防止信号放大；
一台逻辑触发机柜；两个加速度传感器分别通过多芯电缆与该通道的逻辑触发机柜的输入/输出(I/O)模块连接；所述逻辑触发机柜用于接收与其连接的加速度传感器的地震信号。
上述核电厂数字化地震自动停堆系统的使用方法，包括以下步骤：
S1，数据采集；通过布置在核岛底板上的4个加速度传感器实时监测和采集核电厂地震信号；
S2，数据处理；A通道逻辑触发机柜对来自加速度传感器A1和加速度传感器A2的地震信号(X、Y、Z三个轴向分量)进行数字低通滤波，截止频率设定为10Hz；B通道逻辑触发机柜对来自加速度传感器B1和加速度传感器B2的地震信号进行数字低通滤波，截止频率设定为10Hz；同时通过特定算法识别真伪地震，避免非天然地震导致的误触发停堆；
S3，定值器逻辑；每台逻辑触发机柜中设置2个定值器逻辑处理器，分别对本通道的两组地震加速度信号的幅值与预先设定的停堆整定值进行比较。当本通道任意一个加速度传感器检测到任一轴向分量超过停堆整定值时，其对应的定值器逻辑置为触发状态，并锁存一定时间，锁存时间在0～10秒范围内可调，以确保所有定值器逻辑触发状态同步输出；定值器逻辑输出信号同时发送至本机柜和另一机柜的符合逻辑处理器中，作为符合逻辑处理器的输入信号；
S4，符合逻辑；每台逻辑触发机柜中设置1个符合逻辑处理器。每台逻辑触发机柜的符合逻辑处理器接收来自定值器逻辑处理器的4个输入信号，其中2个来自本通道的逻辑触发机柜，另外2个来自另一个通道的逻辑触发机柜，并对4个输入信号进行四取二(2/4)符合逻辑表决；对任一逻辑触发机柜符合逻辑处理器而言，当4个定值器逻辑输出信号中的任意2个为触发状态时，该符合逻辑处理器将产生停堆触发信号；
S5，停堆触发；在每台逻辑触发机柜中，若符合逻辑表决结果表明地震强度超过停堆整定值，即满足2/4符合逻辑，则该符合逻辑处理器产生一个反应堆停堆信号，并分别发送至棒电源机组控制柜，即A通道停堆触发信号发送至其中一台棒电源机组控制柜，B通道停堆触发信号发送至另一台棒电源机组控制柜；由于两台棒电源机组并联运行，因此只有当2个逻辑触发机柜同时发出停堆触发信号时，才可二取二(2/2)驱动反应堆停堆；
S6，试验、旁通和复位；在每台逻辑触发机柜中设置维修和试验组件(MTA)，在维修和试验组件上为本通道的两个传感器子通道设置旁通允许开关和旁通开关；只有当旁通允许开关闭合时，才可通过旁通开关进行旁通试验，旁通状态在主控制室进行报警；试验时，可通过维修和试验组件强制输入特定的仿真信号，验证停堆逻辑的正确性；响应结果通过维修和试验组件的显示界面上的停堆指示进行验证；系统维修和试验时可旁通任一传感器，且同一时刻只能旁通一个传感器，与此同时，符合逻辑算法的表决逻辑由四取二(2/4)变为三取二(2/3)；
S7，报警和状态指示；在每台逻辑触发机柜中提供以下报警、指示信息：传感器通道允许、传感器旁通状态、设备故障状态、通道停堆驱动状态；报警信号同时发送至主控制室进行声光报警，通知操纵员
S8，自诊断；每台逻辑触发机柜均具有自诊断功能，能够对设备状态、数据链路等状态进行实时诊断；当系统检测到设备或通信存在故障时，向主控制室发送故障报警信号，通知操纵员。
S9，不间断供电；在每台逻辑触发机柜中设置有不间断电源(UPS)，以确保在丧失外部电源时系统仍可持续运行至少30分钟，执行系统功能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明优选实施例提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，填补了我国在地震自动停堆系统自主化设计经验的空白。
2、本发明优选实施例提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，为核电厂提供纵深防御功能，提高核电厂的抗震防护能力。
3、本发明优选实施例提供的核电厂数字化地震自动停堆的系统和方法，通过数字化设计理念、冗余架构设计、数据处理分析、定值器逻辑和符合表决逻辑等方面的设计，提高系统的可靠性，能够最大限度地降低地震误触发停堆的可能性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，包括至少两个通道；每个通道包括：
至少两个加速度传感器，用于实时监测和采集核电厂地震信号；
至少一台逻辑触发机柜，用于接收所述加速度传感器采集的地震信号，并对地震信号进行数据处理和逻辑判断，生成地震停堆触发信号。
2.根据权利要求1所述的核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，包括两个通道，每个通道包括两个加速度传感器；两个加速度传感器分别通过多芯电缆与该通道的逻辑触发机柜的输入/输出模块连接。
3.根据权利要求1所述的核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，每台逻辑触发机柜中对该通道的地震信号进行数据处理、定值器比较，同时接收另一通道的定值器比较结果进行四取二符合逻辑表决，并当表决结果表明地震强度超过停堆整定值时，发出地震停堆触发信号至棒电源机组出口断路器。
4.根据权利要求1所述的核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，试验、旁通和复位功能，即每台逻辑触发机柜中设置一套维护和试验组件(MTA)，可通过该组件强制输入特定的试验信号进行旁通试验，验证停堆逻辑的正确性；系统维修和试验时可旁通任一传感器，且同一时刻只能旁通一个传感器，与此同时，符合逻辑算法的表决逻辑由四取二(2/4)变为三取二(2/3)。
5.根据权利要求1所述的核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，报警指示功能，即每台逻辑触发机柜中均设置报警指示盘，为核电厂运行人员提供停堆触发状态、系统设备状态、旁通允许状态和旁通状态报警，报警信号同时发送至主控制室进行声光报警，通知操纵员。
6.根据权利要求1所述的核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，每台逻辑触发机柜均具有自诊断功能，能够对设备状态、数据链路等状态进行实时诊断；当系统检测到设备或通信存在故障时，向主控制室发送故障报警信号，通知操纵员。
7.根据权利要求1所述的核电厂数字化地震自动停堆系统，其特征在于，在每台逻辑触发机柜中设置有不间断电源(UPS)，以确保在丧失外部电源时系统仍可持续运行至少30分钟，执行系统功能。
8.一种核电厂数字化地震自动停堆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，数据采集；通过布置在核岛底板上的4个加速度传感器实时监测和采集核电厂地震信号；
S2，数据处理；通过逻辑触发机柜对该逻辑触发机柜所在通道的两个加速度传感器采集的地震信号进行低通滤波和真伪地震识别，消除非天然地震信号的影响；
S3，定值器逻辑；在每台逻辑触发机柜中设置两个定值器处理器，当任一加速度传感器中任一轴向的地震加速度幅值超过预先设定的停堆整定值时，则该加速度传感器的定值器逻辑设置为触发状态，并锁存一定时间，锁存时间在0～10秒范围内可调，以确保所有定值器逻辑触发状态同步输出；
S4，符合逻辑；在每台逻辑触发机柜中设置一个符合逻辑处理器，用于接收本机柜的两个定值器逻辑状态和另一机柜的两个定值器逻辑状态，并形成四取二(2/4)符合逻辑表决；
S5，停堆触发；在每台逻辑触发机柜中，若符合逻辑表决结果表明地震强度超过停堆整定值，即满足2/4符合逻辑，则该符合逻辑处理器产生一个反应堆停堆信号并发送至棒电源机组控制柜出口断路器；若两台机柜均发出停堆触发信号，则棒电源机组出口断路器形成二取二(2/2)驱动逻辑，实现反应堆停堆。
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