CN114647939B - 一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，包括以下步骤：Step1.确定DAS分析使用的验收准则；Step2.根据Step1中的验收准则初步确定DAS的功能需求；Step3.基于Step2提出的DAS功能需求，进行DAS安全功能设计；Step4.在满足Step3的DAS安全功能的前提下，选取DAS自动驱动信号作为DAS保护信号；Step5.设计DAS保护信号整定值。本发明在设置于安全级平台之外的DAS系统中选取合理的紧急停堆和专设系统保护信号以及对应的整定值，可在安全级平台发生SWCCF时对船用核动力装置进行保护。

Description

一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法
技术领域
本发明涉及核动力装置事故应对技术领域，具体涉及一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法。
背景技术
破冰船等船用核动力装置的反应堆保护系统采用数字化控制系统(DigitalControl System,DCS)，当DCS系统发生软件共模故障(Software Common Cause Failure,SWCCF)时，安全级平台的反应堆保护系统功能丧失，自动触发的安全功能(紧急停堆功能、专设保护功能、部分调节功能)失效，有可能危及堆芯、一回路压力边界、堆舱等的安全。目前国内尚无针对仪控系统多样性与纵深防御设计的指导标准，参考NRC发布的NUREG-0800中的分支技术要求BTP7-19“基于计算机的仪控系统多样化和纵深防御评估导则”以及NUREG/CR-6303“核电保护系统执行纵深防御和多样性分析方法”的要求，为解决数字化仪控系统发生软件共模故障而多重失效的问题，需将可能受到共模故障影响的安全功能通过设置于安全级平台之外的多样化保护系统(Diverse Actuation System,DAS)来实现。如何在DAS系统中选取合理的紧急停堆和专设系统保护信号以及对应的整定值，决定了DAS系统是否可对船用核动力装置提供有效的多样化保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：船用核动力装置采用的DCS系统发生SWCCF后，安全级平台的保护系统失效，自动触发的安全功能失效，本发明提供了解决上述问题的一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，用于缓解安全级平台发生SWCCF时设计基准事故的后果，将船用核动力装置维持在安全可控状态。
本发明通过下述技术方案实现：
一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，包括以下步骤：Step1.确定船用核动力装置DAS分析使用的验收准则；Step2.根据Step1中所述的验收准则初步确定船用DAS的功能需求；Step3.基于Step2提出的DAS的功能需求，进行船用核动力装置DAS的安全功能设计；Step4.在满足Step3设计的船用核动力装置DAS的安全功能的前提下，选取DAS自动驱动信号作为DAS保护信号；Step5.设计DAS保护信号整定值。
船用核动力装置采用的DCS系统发生SWCCF后，安全级平台的保护系统功能失效，即丧失自动触发反应堆紧急停堆、专设保护以及部分调节功能。
本发明在设置于安全级平台之外的多样化保护系统(Diverse ActuationSystem,DAS)系统中选取合理的紧急停堆和专设系统保护信号以及对应的整定值，可在安全级平台发生SWCCF时对船用核动力装置进行保护。
进一步优选，所述Step1中，所述验收准则满足屏障完整性准则、放射性后果准则、堆芯状态相关准则。
进一步优选，所述验收准则解耦获得的安全目标包括：反应性控制以及可冷却结构的维持、放射性屏障的维持以及反应堆冷却剂系统压力控制。
进一步优选，所述Step2中，确定的DAS的功能需求包括：紧急停堆功能、余热导出功能和安全注入功能。
进一步优选，所述Step3中，得到的船用核动力装置DAS的安全功能包括：反应性控制、堆芯冷却&RCS装量维持、余热导出功能、RCS完整性的维持和堆舱完整性的维持。
进一步优选，所述Step4中，在满足Step3设计的船用核动力装置DAS的安全功能的前提下，结合船用核动力装置正常保护系统保护功能的设置原理，选取DAS自动驱动信号。
进一步优选，所述Step5中，DAS系统自动保护信号整定值的设计需遵循保证主保护系统的保护信号整定值先到达的原则，以确保当主保护系统和DAS系统均能正常运行时，主保护系统的保护信号整定值先到达，作为多样性的DAS保护信号的整定值后到达。
为此，DAS保护信号整定值的设计可参考设计基准事故分析采用的主保护系统的保护信号整定值，但二者之间需留有一定的偏移量，即需满足(DAS信号名义定值±精度)与(主保护系统信号名义值±精度)不交错，以保证多样性保护系统信号的整定值在考虑通道精度后仍不影响主保护系统的执行。
进一步优选，其特征在于，还包括以下步骤：
Step6.筛选需要验证分析的设计基准事故；
Step7.DAS信号的验证分析：需通过事故分析验证，考察DAS保护信号以及整定值是否使Step6所筛选出的事故满足验收准则，并根据结果在初步确定的多样性保护信号的基础上修改或新增DAS自动保护功能。
进一步优选，所述Step6中，筛选的原则为：如事故中投运的控制系统在发生SWCCF时仍可用，则这些事故不在验证分析所考虑的范畴内；对于属同类事件且后果相似的事故，选择后果最恶劣的事故进行验证。
进一步优选，所述Step7中，验证分析时采用最佳估算方法。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提供了一种在设置于安全级平台之外的DAS系统中选取合理的紧急停堆和专设系统保护信号以及相应的整定值的思路和方法。提出在独立于安全级平台之外的DAS中设置合理的紧急停堆、汽轮机停机和专设系统等保护信号以及相应的整定值，以缓解安全级平台发生SWCCF时设计基准事故的后果，将船用核动力装置维持在安全可控状态。
本发明提供的一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，将应用于船用核动力装置的设计，该设计可有效缓解事故后果，降低由设计基准事故叠加SWCCF升级成严重事故的可能性。在安全级平台SWCCF情况下，通过在设置于安全级平台之外的DAS中选取合理的紧急停堆和专设系统保护信号以及相应的整定值，可在主保护系统发生SWCCF时对船用核动力装置进行保护，从而使反应性控制、堆芯冷却和RCS装量维持、堆舱完整性、放射性屏障的维持等相关准则得以满足，提高了船用核动力装置的整体安全性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，具体步骤如下：
Step1.确定船用核动力装置DAS分析所采用的验收准则。该验收准则应既符合相关技术文件的规定又符合多样性保护设计原则和DAS验证分析的目的。结合NRC中开展DAS分析时选取的验收准则以及国内某些电厂开展的DAS分析中所采用的验收准则，提出针对破冰船开展多样性保护与纵深防御分析时考虑的验收准则：满足屏障完整性准则、放射性后果准则、堆芯状态相关准则。上述准则可解耦为以下安全目标：反应性控制以及堆芯可冷却结构的维持，放射性屏障的维持以及反应堆冷却剂系统压力控制。
Step2.初步确定船用核动力装置DAS的功能需求。根据Step1的三条安全目标，针对反应性控制以及可冷却结构的维持，主要措施包括防止堆芯功率失控上升、堆芯余热持续导出以及堆芯水装量的维持。因此DAS系统中需考虑针对包括堆芯功率异常上升、防止冷却剂容积沸腾以及水装量排空等设置紧急停堆功能，以及设置余热导出功能和安全注入功能。针对放射性屏障的维持，根据对船用核动力装置确定论安全分析的结果，如果堆舱完整在极限的质能释放情况下也能得以维持，从而可保证放射性屏障的功能实现不会被破坏，则不需要针对该功能设置DAS保护信号；反之，如无法维持放射性屏障的完整性，则DAS系统中需考虑设置相应的保护信号。针对冷却剂系统压力控制功能，由于船用核动力装置执行压力控制的稳压器安全阀的控制不在仪控系统中实现，因而安全阀不会受仪控系统软件共模故障的影响，即在SWCCF下仍可正常工作，故不需要对该功能设置多样性驱动。综上所述，初步确定的DAS安全功能需求为：紧急停堆功能、余热导出功能和安全注入功能。
Step3.船用核动力装置DAS的功能设计。针对Step2提出的DAS安全功能需求，得到船用核动力装置执行的关键安全功能为：反应性控制、堆芯冷却&RCS装量维持、余热导出功能、RCS完整性的维持和堆舱完整性的维持。在执行上述安全功能的相应安全系统中，结合船用核动力装置事故发展的具体特点，筛选出为达到执行安全功能的目的而必须动作的安全系统，作为初步确定的DAS系统自动驱动功能。
Step4.DAS保护信号的筛选。对于DAS自动驱动信号的选取；应在满足安全功能的前提下，尽可能的简化。根据前述步骤DAS安全功能需求的分析，并结合船用核动力装置正常保护系统保护功能的设置原理，筛选并设置满足Step3安全功能需求的DAS自动驱动信号。
Step5.DAS信号整定值设计。DAS系统自动保护信号整定值的设计需遵循保证主保护系统的保护信号整定值先到达的原则，以确保当主保护系统和DAS系统均能正常运行时，主保护系统的保护信号整定值先到达，作为多样性的DAS保护信号的整定值后到达。为此，DAS保护信号整定值的设计可参考设计基准事故分析采用的主保护系统的保护信号整定值，但二者之间需留有一定的偏移量，即需满足(DAS信号名义定值±精度)与(主保护系统信号名义值±精度)不交错，以保证多样性保护系统信号的整定值在考虑通道精度后仍不影响主保护系统的执行。在此基础上初步确定上述多样性保护信号的整定值，经过后续的事故计算验证分析后，可再根据验证结果重新调整多样性保护系统的保护信号和整定值。
Step6.筛选需要验证分析的设计基准事故。筛选的原则为：
1)如事故中所采用投运的控制系统在发生SWCCF时仍可用，则这些事故不在验证分析所考虑的范畴内；
2)对于属同类事件且后果相似的事故，选择后果最恶劣的事故进行验证；
根据上述原则，可筛选出需要验证分析的设计基准事故。
Step7.DAS信号的验证分析。对于上述初步确定的DAS保护信号以及整定值，需通过事故分析验证，考察这些初步设置的信号能否使Step6所筛选出的事故满足验收准则，并根据事故分析验证结果在初步确定的多样性保护信号的基础上修改或新增DAS自动保护功能。由于始发事件叠加SWCCF已经超出了设计基准事故的范畴，因此验证分析时原则上采用最佳估算方法(现实性假设)。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1.确定船用核动力装置多样化保护系统分析使用的验收准则；
其中，所述验收准则满足屏障完整性准则、放射性后果准则、堆芯状态相关准则；
所述验收准则解耦获得的安全目标包括：反应性控制以及可冷却结构的维持、放射性屏障的维持以及反应堆冷却剂系统压力控制；
Step2.根据Step1中所述的验收准则初步确定船用多样化保护系统的功能需求；
其中，确定的多样化保护系统的功能需求包括：紧急停堆功能、余热导出功能和安全注入功能；
Step3.基于Step2提出的多样化保护系统的功能需求，进行船用核动力装置多样化保护系统的安全功能设计；
其中，得到的船用核动力装置多样化保护系统的安全功能包括：反应性控制、堆芯冷却&冷却剂系统装量维持、余热导出功能、冷却剂系统完整性的维持和堆舱完整性的维持；
Step4.在满足Step3设计的船用核动力装置多样化保护系统的安全功能的前提下，选取多样化保护系统自动驱动信号作为多样化保护系统保护信号；
其中，在满足Step3设计的船用核动力装置多样化保护系统的安全功能的前提下，结合船用核动力装置正常保护系统保护功能的设置原理，选取多样化保护系统自动驱动信号；
Step5.设计多样化保护系统保护信号整定值；
其中，多样化保护系统保护信号整定值的设计参考设计基准事故分析采用的主保护系统的保护信号整定值，且满足多样化保护系统信号名义定值±精度与主保护系统信号名义值±精度不交错，以保证多样化保护系统保护信号整定值在考虑通道精度后仍不影响主保护系统的执行；
Step6.筛选需要验证分析的设计基准事故；
其中，筛选的原则为：如事故中投运的控制系统在发生软件共模故障时仍可用，则这些事故不在验证分析所考虑的范畴内；
Step7.多样化保护系统信号的验证分析：需通过事故分析验证，考察多样化保护系统保
护信号以及整定值是否使Step6所筛选出的事故满足验收准则，并根据结果在初步确定的多样性保护信号的基础上修改或新增多样化保护系统自动保护功能。
2.根据权利要求1所述的一种船用核动力装置多样化保护参数的选取方法，其特征在于，所述Step7中，验证分析时采用最佳估算方法。
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