CN114038597B - 核电机组保护和安全监测系统、停堆触发系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了核电机组保护和安全监测系统、停堆触发系统及方法，该核电机组停堆触发系统包括数列序列组，每列序列组分别包括：传感器模块，探测现场信号；比较模块，判断现场信号是否满足核功率信号高于一预设阈值、且汽机跳闸信号为已跳闸、且汽机旁路排放阀信号为不可用，并选择性地输出一比较信号；逻辑表决模块，判断输出比较信号的序列组的列数是否等于或超过序列组总列数的一半，选择性地输出停堆信号；执行模块，根据停堆信号触发反应堆停堆。本发明的核电机组保护和安全监测系统、停堆触发系统及方法，可尽早发出停堆信号，有效避免反应堆超温超压的的可能性，保护机组安全，避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作，保证二次侧的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及核安全技术领域，尤其涉及一种核电机组保护和安全监测系统、停堆触发系统及方法。
背景技术
AP1000机组在确定核电厂安全运行范围时，需考虑诸如设备的机械或水力特性的限制，或堆芯传热的要求等。在安全运行范围内，允许对电厂进行调节以响应正常发电的要求。电厂的设计提供了足够的安全裕量，使得电厂正常运行变化引入的瞬态不会引起不安全的电厂工况。电厂控制系统使得反应堆运行在安全限值之内，并且保持一定的裕量。控制系统异常的控制命令和故障、或发生II类或III类事件引起的严重瞬态都会使得电厂工况向接近安全限值的方向发展。设计中分析了假想事件(I类事件)对电厂安全限值的影响，只要接近安全限值，安全系统就触发停堆。反应堆紧急停堆是保护和安全监测系统在预期某一保护参数达到其安全限值时执行的一种保护功能。实现反应堆停堆的过程是，驱动反应堆停堆断路器打开使控制棒驱动机构的线圈失电，控制棒依靠重力落入堆芯。
如图1所示，AP1000机组在下列情况下启动反应堆停堆功能：源量程(SR)高中子注量率；中间量程(IR)高中子注量率；功率量程(PR)高中子注量率(低整定值)；功率量程(PR)高中子注量率(高整定值)；功率量程(PR)中子注量率高正变化率；超温ΔT(OTDT)；超功率ΔT(OPDT)；稳压器低2压力；反应堆冷却剂低2流量；反应堆冷却剂泵(RCP)低2转速；RCP轴承水高2温度；稳压器高2压力；稳压器高3液位；蒸汽发生器(SG)低2液位；SG高3液位；自动卸压系统(ADS)驱动；堆芯补水箱(CMT)注射；S信号驱动；手动反应堆停堆；非能动余热排出(PRHR)驱动。
为了更好的说明，AP1000机组目前存在的缺陷，有必要对AP1000蒸汽旁路排放系统做一个简单的说明。
蒸汽旁路排放可以在反应堆停堆时导出堆芯余热和衰变热，同时在机组正常启动和停运期间导出多余的热量。同时蒸汽旁路排放和快速降功率系统一起防止机组100％甩负荷时反应堆跳堆。
蒸汽旁路排放系统设计有两组排放阀，每组3个：第一组：V002A，V002B，V002C；第二组：V003A，V003B，V003C。容量是满负荷蒸汽流量的40％，每个阀门的排放容量是6.7％满负荷蒸汽流量，开启顺序为V002A-V002B-V002C-V003A-V003B-V003C。
蒸汽旁路排放阀开启和关闭有两种形式：
①调节开启：
-PLS控制：软操或自动控制，也可以通过手轮手动操作
-联锁：C-9(凝汽器可用)与C-7(甩负荷)或蒸汽压力控制模式
②快开：
TAVG(一回路平均温度)和TREF(二回路需求温度)温度偏差达到一定值时，旁排阀门快速开启
-第1组-高1：50％开度需求
-第2组-高2：100％开度需求
蒸汽旁路排放阀闭锁开启信号：
-蒸汽管线隔离(PMS)
-RCS TAVG低-2(PMS)274℃
-联锁(C-9(凝汽器可用)与C-7(甩负荷)或蒸汽压力控制模式)条件不满足。
正常工况下，机组上下行，汽机旁路排放阀可带走反应堆产生的多余热量，维持一二回路核热功率平衡，维持机组安全稳定；
瞬态工况下，机组功率大于50％甩负荷，RPRS(快速降功率系统)会将反应堆功率快速降至50％以下，交由控制棒和汽机旁路排放阀共同维持一二回路核热功率平衡，维持机组安全稳定。
瞬态工况下，机组功率小于50％甩负荷，控制棒和汽机旁路排放阀的容量足以共同维持一二回路核热功率平衡，维持机组安全稳定。
传统CPR1000机组除了设置与AP1000相类似的停堆保护外，另外还设置了C-8(汽机跳闸)+P10(核功率大于10％)+汽机旁路排放阀不可用触发反应堆停堆的信号。该保护的目的可以有效防止一二回路超温超压，避免蒸汽发生器安全阀动作。而与传统CPR1000压水堆相比，AP1000机组目前并未设置该停堆保护信号，有以下两个原因：
1)AP1000机组设置有AOP-332(汽轮机异常响应规程)，在出现汽轮机运行异常时，可进入上述规程进行故障诊断，规程中若检查发现蒸汽发生器安全阀开启，则指导主控室操作员手动停堆；
2)AP1000设置快速降功率(RPRS)系统，在高功率(大于70％Pn)，负荷瞬降幅度超过40％Pn时，如汽机甩空载负荷、甩厂用电等，RPRS投运，触发选定的四组控制棒落入堆底，快速跟踪(平衡或部分平衡)二回路负荷而不停堆。
这就带来了如下后果，当机组核功率大于10％，如果发生凝汽器不可用即C-9非，该信号会触发汽机旁路排放阀不可用且汽机跳闸，为了排除多余的热量，大气释放阀将会开启；若初始核功率大于50％，快速降功率(RPRS)系统动作，将机组功率降至50％以下，但因汽机旁路排放阀不可用，大气释放阀和蒸汽发生器安全阀都会开起，主控室操作员只有在执行AOP-332中根据程序指引手动停堆。这将对机组安全稳定运行带来以下不利后果：
1.蒸汽发生器安全阀开启，若无法正常回座，可能引入二次侧破口的重大风险；
2.事故情况下，主控室操作员需要多线程处理，AP1000的设计要求在该事故下操作员根据AOP-332程序手动停堆，相比于自动停堆增加了人因失误的概率；
综上可知，目前AP1000机组的停堆保护设计并不能很好的保证机组安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对以上缺陷，提供一种改进的核电机组保护和安全监测系统、停堆触发系统及方法，解决诸如AP1000的核电机组中核功率大于10％时且汽轮机旁路排放阀不可用且汽机跳闸信号存在时避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电机组停堆触发系统，包括数列序列组，每列所述序列组分别包括：
传感器模块，用于探测现场信号，所述现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号；
比较模块，用于接收当前所述序列组的所述现场信号，判断所述现场信号是否满足所述核功率信号高于一预设阈值、且所述汽机跳闸信号为已跳闸、且所述汽机旁路排放阀信号为不可用，并选择性地输出一比较信号；
逻辑表决模块，用于接收每一所述序列组中所述比较模块的所述比较信号，并判断输出所述比较信号的所述序列组的列数是否等于或超过所述序列组总列数的一半，并选择性地输出停堆信号；
执行模块，用于根据所述停堆信号触发反应堆停堆。
优选地，所述预设阈值为10％。
优选地，所述序列组总列数为4。
还提供一种核电机组停堆触发方法，利用前述核电机组停堆触发系统中的数列所述序列组执行如下步骤：
S1.探测现场信号，所述现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号；
S2.接收当前所述序列组的所述现场信号，判断所述现场信号是否满足所述核功率信号高于一预设阈值、且所述汽机跳闸信号为已跳闸、且所述汽机旁路排放阀信号为不可用，若是，则输出一比较信号，并执行步骤S3；若否，则返回步骤S1；
S3.接收每一所述序列组中所述比较模块的所述比较信号，并判断输出所述比较信号的所述序列组的列数是否等于或超过所述序列组总列数的一半，若是，则输出停堆信号，并执行步骤S4；若否，则返回步骤S1；
S4.根据所述停堆信号触发反应堆停堆。
优选地，所述预设阈值为10％。
优选地，所述序列组总列数为4。
还提供一种核电机组保护和安全监测系统，包括反应堆停堆子系统、安全驱动子系统、堆芯仪表子系统、质量数据子系统，其中，所述反应堆停堆子系统分为数列序列组，每列所述序列组分别包括：
传感器模块，用于探测现场信号，所述现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号；
比较模块，用于接收当前所述序列组的所述现场信号，判断所述现场信号是否满足所述核功率信号高于一预设阈值、且所述汽机跳闸信号为已跳闸、且所述汽机旁路排放阀信号为不可用，并选择性地输出一比较信号；
逻辑表决模块，用于接收每一所述序列组中所述比较模块的所述比较信号，并判断输出所述比较信号的所述序列组的列数是否等于或超过所述序列组总列数的一半，并选择性地输出停堆信号；
执行模块，用于根据所述停堆信号触发反应堆停堆。
优选地，所述预设阈值为10％。
优选地，所述序列组总列数为4。
优选地，所述反应堆停堆子系统包括：
现场传感器，包括每列所述序列组中的所述传感器模块；
双稳态逻辑处理器，包括每列所述序列组中的所述比较模块；
符合逻辑处理器，包括每列所述序列组中的所述逻辑表决模块；
执行机构，包括每列所述序列组中的所述执行模块。
实施本发明的有益效果是：本发明的核电机组保护和安全监测系统、停堆触发系统及方法中，通过判断现场信号是否同时满足以下三个条件：
1.核功率信号高于一预设阈值；
2.汽机跳闸信号为已跳闸；
3.汽机旁路排放阀信号为不可用；
然后在同时满足以上三个条件的情况下，进一步判断输出比较信号的序列组的列数是否等于或超过序列组总列数的一半，从而选择性地输出停堆信号，可尽早发出停堆信号，有效避免了反应堆超温超压的的可能性，保护了机组安全，避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作，保证了二次侧的完整性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中核电AP1000机组反应堆停堆信号示意图；
图2是本发明一些实施例中核电机组保护和安全监测系统中反应堆停堆子系统的原理示意图；
图3是本发明一些优选实施例核电机组保护和安全监测系统中反应堆停堆子系统的原理示意图；
图4是本发明一些实施例中核电机组停堆触发方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图2示出了本发明一些实施例中的核电机组保护和安全监测系统，用于在核电机组核功率大于10％时且汽轮机旁路排放阀不可用且汽机跳闸信号存在的情况下，触发停堆信号，防止反应堆超温，避免蒸汽发生器大气释放阀、安全阀动作的方法及系统，保证了机组安全稳定运行。
本发明实施例中的核电机组保护和安全监测系统包括反应堆停堆子系统、安全驱动子系统(未图示)、堆芯仪表子系统(未图示)、质量数据子系统(未图示)。其中，如图2所示，反应堆停堆子系统分为数列序列组，反应堆停堆子系统包括现场传感器100、双稳态逻辑处理器200、符合逻辑处理器300和执行机构400，现场传感器100包括每列序列组中的传感器模块10；双稳态逻辑处理器200包括每列序列组中的比较模块20；符合逻辑处理器300包括每列序列组中的逻辑表决模块30；执行机构400包括每列序列组中的执行模块40。
具体地，每列序列组分别包括传感器模块10、比较模块20、逻辑表决模块30和执行模块40。
其中，传感器模块10用于探测现场信号，现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号。可以理解地，核功率信号为用百分号表示的数据信号，汽机跳闸信号包括已跳闸和未跳闸两种信号状态，汽机旁路排放阀信号包括可用和不可用两种信号状态。
比较模块20用于接收当前序列组的现场信号，判断现场信号是否满足核功率信号高于一预设阈值、且汽机跳闸信号为已跳闸、且汽机旁路排放阀信号为不可用，并选择性地输出一比较信号。优选地，预设阈值为10％。作为选择，一些实施例中的预设阈值还可以根据实际需求进行设置，比如，预设阈值为8％-12％，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
逻辑表决模块30用于接收每一序列组中比较模块20的比较信号，并判断输出比较信号的序列组的列数是否等于或超过序列组总列数的一半，并选择性地输出停堆信号。优选地，序列组总列数为4，在这种情况下，若输出比较信号的序列组的列数等于或超过2，则输出停堆信号。
作为选择，一些实施例中的序列组总列数还可以根据实际需求进行设置，比如，序列组总列数为3，或者，序列组总列数为5，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
执行模块40用于根据停堆信号触发反应堆停堆。
图3是本发明一些优选实施例中核电机组保护和安全监测系统的反应堆停堆子系统。结合图2和3所示，以核电AP1000机组为例，机组自身包括保护和安全监测系统(即PMS)。保护和安全监测系统包括反应堆停堆子系统、安全驱动子系统、堆芯仪表子系统、质量数据子系统。在本实施例中主要涉及反应堆停堆子系统。其中，反应堆停堆子系统分为四列：A、B、C、D，包含现场传感器100、双稳态逻辑处理器200、符合逻辑处理器300、执行机构400(即反应堆停堆断路器)等。现场传感器100将测量的数据、即现场信号收集后送到各序列的BPL(即双稳态逻辑处理器200)，BPL将接收到的信号经过处理后进行限值比较，输出结果、即比较信号给LCL(即符合逻辑处理器300)，LCL除接收本列BPL发送的比较信号，同时接收其它三列BPL发送的比较信号，对每一列的BPL发送的比较信号进行或运算，得出该列的最终计算结果，将四列的信号进行4取2逻辑，得出该列最终的RT(即反应堆的停堆信号)送往执行机构400(即反应堆停堆断路器)。
以下结合图2-4对本发明一些实施例中核电机组停堆触发方法的具体步骤进行说明。本发明一些实施例中的核电机组停堆触发方法，用于在核电机组核功率大于10％时且汽轮机旁路排放阀不可用且汽机跳闸信号存在的情况下，触发停堆信号，防止反应堆超温，避免蒸汽发生器大气释放阀、安全阀动作的方法及系统，保证了机组安全稳定运行。
本发明实施例中，核电机组停堆触发方法利用前述实施例核电机组保护和安全监测系统中反应堆停堆子系统的数列序列组执行如下步骤S1-S4。
S1.探测现场信号，现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号。可以理解地，核功率信号为用百分号表示的数据，汽机跳闸信号包括已跳闸和未跳闸两种信号状态，汽机旁路排放阀信号包括可用和不可用两种信号状态。
S2.接收当前序列组的现场信号，判断现场信号是否满足核功率信号高于一预设阈值、且汽机跳闸信号为已跳闸、且汽机旁路排放阀信号为不可用，若是，则输出一比较信号，并执行步骤S3；若否，则返回步骤S1。优选地，预设阈值为10％，在这种情况下，判断现场信号是否满足核功率信号高于10％、且汽机跳闸信号为已跳闸、且汽机旁路排放阀信号为不可用，若是，则输出比较信号，并执行步骤S3；若否，则返回步骤S1。
作为选择，一些实施例中的预设阈值还可以根据实际需求进行设置，比如，预设阈值为8％-12％，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
S3.接收每一序列组中的比较信号，并判断输出比较信号的序列组的列数是否等于或超过序列组总列数的一半，若是，则输出停堆信号，并执行步骤S4；若否，则返回步骤S1。优选地，序列组总列数为4，在这种情况下，判断输出比较信号的序列组的列数是否等于或超过2，若是，则输出停堆信号，并执行步骤S4；若否，则返回步骤S1。
作为选择，一些实施例中的序列组总列数还可以根据实际需求进行设置，比如，序列组总列数为3，或者，序列组总列数为5，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
S4.根据停堆信号触发反应堆停堆。
结合图2-4所示，在一些优选实施例中，本发明提供的核电机组停堆触发方法，在核电机组核功率大于10％时且汽轮机旁路排放阀不可用且汽机跳闸信号存在时，为避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作，执行如下步骤：
现场传感器100将探测到的现场信号传输至双稳态逻辑处理器200(即BPL)；
双稳态逻辑处理器200将接收到的现场传感器100的现场信号进行阈值比较，并选择性地输出比较信号；
符合逻辑处理器300(即LCL)接收并根据经过双稳态逻辑处理器200完成的阈值比较，即比较信号进行逻辑表决，若表决通过，得到停堆信号，送往执行机构400，执行机构400断开停堆短路器开关，触发反应堆停堆。
通过采用上述技术方案中的方法，可以保证在核功率大于10％时且汽轮机旁路排放阀不可用且汽机跳闸信号存在时，反应堆触发停堆，从而避免避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作，触发反应堆停堆信号。
进一步的，现场传感器100将探测到的信号传输至双稳态逻辑处理器200(即BPL，双稳态逻辑处理器200将接收到的现场传感器100信号进行阈值比较，符合逻辑处理器300接收并根据经过双稳态逻辑处理器200完成的阈值比较进行逻辑表决，表决通过信号送往执行机构400断开停堆短路器开关等所有处理器均是充分利用AP1000机组原有的设备，无需对AP1000机组自身的包括保护和安全监测系统(即PMS)作硬件设备方面的改进，即可实现本发明提供的方法，便于实现。可以理解地，本发明实施例中的核电机组停堆触发方法，可以通过软件形式实现，也可以通过硬件形式来实现。当通过软件形式实现的时候，利用AP1000机组原有的设备，无需对AP1000机组自身的包括保护和安全监测系统(即PMS)作硬件设备方面的改进，即可实现本发明提供的方法。
进一步的，AP1000机组还包括用于产生停堆信号的保护和安全监测系统，通过这种方式可尽早发出停堆信号，有效避免了反应堆超温超压的的可能性，保护了机组安全，避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作，保证了二次侧的完整性。
通过这种方式可自动触发反应堆停堆，有效避免了反应堆超温超压的的可能性，保护了机组安全，避免大气释放阀和蒸汽发生器安全阀动作，保证了二次侧的完整性。
本发明一些实施例中还提供一种核电机组停堆触发系统，本实施例中的核电机组停堆触发系统与前述实施例中的反应堆停堆子系统一致，此处不再赘述。
可以理解地，本发明实施例中的核电机组停堆触发系统，可以通过软件形式实现，也可以通过硬件形式来实现。当通过软件形式实现的时候，利用AP1000机组原有的设备，无需对AP1000机组自身的包括保护和安全监测系统(即PMS)作硬件设备方面的改进，即可实现本发明提供的系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种核电机组停堆触发系统，其特征在于，包括数列序列组，每列所述序列组分别包括：
传感器模块(10)，用于探测现场信号，所述现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号；
比较模块(20)，用于接收当前所述序列组的所述现场信号，判断所述现场信号是否满足所述核功率信号高于一预设阈值、且所述汽机跳闸信号为已跳闸、且所述汽机旁路排放阀信号为不可用，并选择性地输出一比较信号；其中，所述预设阈值为8％-12％；
逻辑表决模块(30)，用于接收每一所述序列组中所述比较模块(20)的所述比较信号，并判断输出所述比较信号的所述序列组的列数是否等于或超过所述序列组总列数的一半，并选择性地输出停堆信号；
执行模块(40)，用于根据所述停堆信号触发反应堆停堆。
2.根据权利要求1所述的核电机组停堆触发系统，其特征在于，所述预设阈值为10％。
3.根据权利要求1或2所述的核电机组停堆触发系统，其特征在于，所述序列组总列数为4。
4.一种核电机组停堆触发方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一项所述核电机组停堆触发系统中的数列所述序列组执行如下步骤：
S1.探测现场信号，所述现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号；
S2.接收当前所述序列组的所述现场信号，判断所述现场信号是否满足所述核功率信号高于一预设阈值、且所述汽机跳闸信号为已跳闸、且所述汽机旁路排放阀信号为不可用，若是，则输出一比较信号，并执行步骤S3；若否，则返回步骤S1；其中，所述预设阈值为8％-12％；
S3.接收每一所述序列组中的所述比较信号，并判断输出所述比较信号的所述序列组的列数是否等于或超过所述序列组总列数的一半，若是，则输出停堆信号，并执行步骤S4；若否，则返回步骤S1；
S4.根据所述停堆信号触发反应堆停堆。
5.根据权利要求4所述的核电机组停堆触发方法，其特征在于，所述预设阈值为10％。
6.根据权利要求4或5所述的核电机组停堆触发方法，其特征在于，所述序列组总列数为4。
7.一种核电机组保护和安全监测系统，其特征在于，包括反应堆停堆子系统、安全驱动子系统、堆芯仪表子系统、质量数据子系统，其中，所述反应堆停堆子系统分为数列序列组，每列所述序列组分别包括：
传感器模块(10)，用于探测现场信号，所述现场信号包括核功率信号、汽机跳闸信号和汽机旁路排放阀信号；
比较模块(20)，用于接收当前所述序列组的所述现场信号，判断所述现场信号是否满足所述核功率信号高于一预设阈值、且所述汽机跳闸信号为已跳闸、且所述汽机旁路排放阀信号为不可用，并选择性地输出一比较信号；其中，所述预设阈值为8％-12％；
逻辑表决模块(30)，用于接收每一所述序列组中所述比较模块(20)的所述比较信号，并判断输出所述比较信号的所述序列组的列数是否等于或超过所述序列组总列数的一半，并选择性地输出停堆信号；
执行模块(40)，用于根据所述停堆信号触发反应堆停堆。
8.根据权利要求7所述的核电机组保护和安全监测系统，其特征在于，所述预设阈值为10％。
9.根据权利要求7或8所述的核电机组保护和安全监测系统，其特征在于，所述序列组总列数为4。
10.根据权利要求7或8所述的核电机组保护和安全监测系统，其特征在于，所述反应堆停堆子系统包括：
现场传感器(100)，包括每列所述序列组中的所述传感器模块(10)；
双稳态逻辑处理器(200)，包括每列所述序列组中的所述比较模块(20)；
符合逻辑处理器(300)，包括每列所述序列组中的所述逻辑表决模块(30)；
执行机构(400)，包括每列所述序列组中的所述执行模块(40)。
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