杜 宇，陳銀萍

（中核集團中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

在核電站運行期間，系統(tǒng)部件可能受到多種影響，這些影響會引起系統(tǒng)性能的變化。因此，有必要對核電站的系統(tǒng)和部件進行檢查，找出可能的損傷，以判斷其對核電站安全運行是否有影響。試驗的范圍和嚴格性應該根據(jù)被試驗的系統(tǒng)及部件的安全重要性來確定。電站運行人員應制定系統(tǒng)對應的運行定期試驗規(guī)程，以檢查安全系統(tǒng)及安全相關(guān)系統(tǒng)與其設計的安全功能準則一致。

1 定期試驗的目的和范圍

1.1 定期試驗的目的

根據(jù)《中華人民共和國核安全法規(guī)匯編》（2004修訂版）核動力廠運行安全規(guī)定（HAF 103）的要求：“運營單位必須制定并實施安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的維修、試驗、監(jiān)督和檢查的大綱，必須確定核動力廠所有的安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的維修、試驗、監(jiān)督和檢查的標準和頻度，以保證構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的可靠性和有效性與核動力廠整個壽期內(nèi)的設計要求始終保持一致[1,2]?！?/p>

根據(jù)HAD103/09《核電廠安全重要物項的監(jiān)督》的規(guī)定，定期試驗要保證：

1）放射性產(chǎn)物和周圍環(huán)境之間屏蔽的完整性。

2）安全系統(tǒng)的可用性[3]。

核電站在正常運行和生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生具有放射性的物質(zhì)，為避免放射性外泄對公眾安全造成影響，核電站采用縱深防御的政策，在預防、監(jiān)督和應急處理等各個方面提出了要求。其中，對安全相關(guān)系統(tǒng)和設備進行定期試驗是保障核安全的一項重要預防措施[4,5]。

定期試驗即通過制定專門的試驗規(guī)程對系統(tǒng)和設備的性能進行定期檢驗，以確保核電站在整個壽期內(nèi)安全可靠地運行。

1.2 定期試驗范圍

核電站定期試驗涉及的系統(tǒng)和設備較多，其范圍與電廠的類型有關(guān)。以目前M310堆型的壓水堆核電站為例，定期試驗主要包括反應堆保護系統(tǒng)、安全專設系統(tǒng)以及與安全相關(guān)的支持系統(tǒng)等。

2 定期試驗相關(guān)文件

定期試驗相關(guān)文件主要有：系統(tǒng)安全準則、試驗導則、定期試驗完整性說明[6]、定期試驗導則[7]、安全相關(guān)系統(tǒng)和設備定期試驗監(jiān)督要求[8]、系統(tǒng)運行定期試驗規(guī)程。

制定系統(tǒng)運行定期試驗規(guī)程，要求從系統(tǒng)本身和相關(guān)配套設備兩方面考慮，通過其上游定期試驗相關(guān)要求文件及技術(shù)支持文件來制定。該規(guī)程的制定流程及定期試驗相關(guān)文件的關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運行定期試驗規(guī)程的制定流程及相關(guān)文件簡介Fig.1 Brief introduction to the formulation process and related documents of the system operation periodical test procedure

3 過程儀表系統(tǒng)定期試驗

3.1 過程儀表系統(tǒng)

3.1.1 過程儀表

過程儀表的定義涵蓋機組主要系統(tǒng)各種運行參數(shù)的過程儀表，過程儀表通道根據(jù)不同的系統(tǒng)功能劃分為不同種類的儀表通道。

包括兩類儀表通道：

1）控制組儀表通道，通過控制和調(diào)節(jié)，保證機組的正常運行。

2）保 護 組（IP組，IIP組，IIIP組 和IVP組）儀表通道，每個通道都能對重要過程參數(shù)進行測量、采集和處理。被處理的變量與設定值進行比較，如果超過了設定值，此通道就會產(chǎn)生一個局部脫扣信號，這個信號會和來自其他冗余通道的局部脫扣信號進行邏輯組合。根據(jù)所監(jiān)測的變量，這些冗余通道的個數(shù)可以是2，3或4。反應堆緊急停堆信號在上述通道產(chǎn)生后被送往停堆斷路器或者控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源柜，參與專設邏輯運算的信號被送往下游的保護邏輯系列。

這兩類中保護組儀表通道能夠觸發(fā)安全級的停堆或?qū)ＴO安全設施。根據(jù)各系統(tǒng)的傳感器的功能確定相應的保護通道，保護儀表通道輸出的信號包括以下內(nèi)容：

a）送往處理器的信號。

b）通過隔離模塊送到事故后監(jiān)測系統(tǒng)（事故后監(jiān)測）的模擬信號。

c）送往其他系統(tǒng)的信號等。

過程儀表通道是保護儀表通道的一部分，范圍從傳感器（試驗不包括傳感器部分）到輸入卡件。

這里過程儀表系統(tǒng)試驗包含對保護組儀表通道以及對應儀表的試驗。

3.1.2 保護通道的功能和組成

3.1.2.1 保護通道的功能

保護儀表組分為熱工儀表組和核儀表組，監(jiān)測物理參數(shù)。當參數(shù)的變化達到或超出安全分析確定的保護動作整定值時，給出保護動作的初始啟動信號。

反應堆保護系統(tǒng)接收上述儀表組的信號，進行邏輯處理，符合邏輯組合的要求時給出保護動作觸發(fā)信號。

3.1.2.2 安全功能

反應堆控制系統(tǒng)將這些參數(shù)限制在允許的范圍內(nèi)。在控制系統(tǒng)故障給出錯誤指令或發(fā)生異常事件（事故）時，反應堆保護系統(tǒng)動作，將重要參數(shù)維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，保證反應堆的安全。

3.1.2.3 保護通道組成

1）測量儀表（探測器、傳感器和保護儀表預處理裝置等），監(jiān)測核電機組變量。

2）采集和處理單元，將模擬量信號轉(zhuǎn)換為開-關(guān)信號，送到保護邏輯。

3）保護邏輯，接收儀表組送來的開-關(guān)信號，進行邏輯處理，發(fā)送保護動作指令到安全驅(qū)動器。

保護通道原理圖如圖2所示。過程儀表通道的定期試驗分幾個階段進行，每個階段有其自身的試驗頻度。

圖2 護儀表通道-原理圖Fig.2 Protective instrument channel-schematic diagram

本文以福清一期核電機組為例進行說明。福清一期的保護通道是基于美國英維斯公司的安全級平臺實現(xiàn)的，保護系統(tǒng)有4個冗余的保護組和兩個冗余的系列（A系列和B系列）組成。每一個保護組包含兩個功能多樣性的子系統(tǒng)（子系統(tǒng)1和子系統(tǒng)2）。每個子系統(tǒng)又由3個完全相同的系統(tǒng)支路組成，采用了三重冗余的設計，每塊主處理器卡件上包含3個主處理器模塊，每個系統(tǒng)支路獨立地執(zhí)行控制程序，并與其他兩個支路并行工作，有一個專用I/O處理器用于管理主處理器與I/O模塊間的數(shù)據(jù)交換。因為每一個支路都是和其他兩個隔離的，任一支路內(nèi)的任何一個單點失效都不會傳遞給其他兩支。如果在一支內(nèi)有硬件故障發(fā)生，該失效的一支就能被其他兩支所補償。這一結(jié)構(gòu)保障了保護系統(tǒng)的高可靠性[9]。

3.2 過程儀表系統(tǒng)定期試驗的目的

過程儀表通道試驗的目的是保證機組的整個壽期內(nèi)過程儀表以及過程儀表通道的正常運行。

保護通道的結(jié)構(gòu)允許相關(guān)的保護動作的一個或多個保護通道（閾值）和邏輯處理間的連接中斷，而不觸發(fā)保護動作。這時，安全限制變成可用性限制。切換到試驗狀態(tài)導致通道狀態(tài)變成故障狀態(tài)。對仍然在運行的通道，這意味著分別從4取2或3取2邏輯分別變成3取1或2取1邏輯。

需要在特定的試驗條件下進行試驗。只有在核蒸汽供應系統(tǒng)及汽輪機處于穩(wěn)定工況，并且沒有報警產(chǎn)生時，才允許通道切換到試驗狀態(tài)。

3.3 過程儀表系統(tǒng)定期試驗分析

3.3.1 過程儀表系統(tǒng)安全或安全相關(guān)準則

福建福清核電廠一期工程的過程儀表通道安全準則為：為保證儀表及儀表通道能夠完成其功能，需要檢查影響安全性的各種組件和相關(guān)的連接設備。檢查內(nèi)容包括：

1）檢查傳感器/轉(zhuǎn)換器組件的可用性。檢查準則是參數(shù)轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號。

2）檢查隔離分配模塊和輸入卡件的可用性，檢查準則為在信號分配，模擬量信號采集，響應時間與功能要求相符。

3.3.2 過程儀表系統(tǒng)組成和相關(guān)試驗

本節(jié)對過程儀表通道的各組件分別描述各種類型的試驗。試驗內(nèi)容包括以下方面：

1）在線試驗。

2）數(shù)據(jù)一致性檢查。

3）定期試驗。

4）停堆換料期間的試驗。

3.3.2.1 變送器

a）在線試驗

對產(chǎn)生保護動作的通道，相應整定值的狀態(tài)由保護系統(tǒng)進行連續(xù)的監(jiān)測。如果因傳感器故障請求執(zhí)行保護動作，將觸發(fā)一個報警。因此，可通過在線報警信號進行在線試驗。

b）數(shù)據(jù)一致性檢查

運行中要進行日常檢查，保證冗余通道的數(shù)據(jù)一致性。這樣，就檢查了下面組件是否正常運行：

① 傳感器聯(lián)結(jié)裝置。

② 傳感器。

③ 傳感器通道。

④ 轉(zhuǎn)換器。

⑤ 模擬量處理模塊。

⑥ 機柜/控制室信號傳輸。

⑦ 控制室信息。

上述檢查不能驗證保護通道的精度是否能夠滿足功能要求，但是可以探測到通道故障或調(diào)節(jié)作用喪失。

c）定期試驗

需要對傳送邏輯信號到反應堆保護系統(tǒng)及專設安全設施系統(tǒng)邏輯處理單元的通道進行定期試驗。試驗開始階段，要檢查冗余通道數(shù)據(jù)的一致性，記錄控制室中數(shù)據(jù)的讀數(shù)。冗余通道的測量值間的差異要符合規(guī)程規(guī)定的偏差，允許的偏差值依據(jù)相關(guān)通道的理論精度確定。

這些試驗，例如運行期間的檢查，可以探測到任何的故障，漂移或調(diào)節(jié)不準確。

d）停堆換料期間進行的其他試驗

在停堆換料期間要對變送器做校準試驗，通過測試傳感器和轉(zhuǎn)換器。試驗保證傳感器達到制造商規(guī)定的理論精度[10]。

對給定的傳感器，試驗每“n”個停堆換料周期進行一次，“n”為冗余通道的數(shù)量。這就保證對每個冗余通道的測量，至少有一個傳感器在上一次停堆換料期間中檢查過。此傳感器的數(shù)據(jù)可以作為參考來檢查一致性。這樣，就可以探測出任何共模漂移故障。

3.3.2.2 模擬量處理模塊

a）在線試驗

試驗內(nèi)容包括監(jiān)測儀表通道的供電電壓、持續(xù)監(jiān)測電壓和絕緣電阻，當出現(xiàn)故障時產(chǎn)生報警。對產(chǎn)生保護動作的通道，如果通道故障，導致請求動作，保護系統(tǒng)產(chǎn)生報警。故障的通道通過狀態(tài)指示或報警顯示。

b）數(shù)據(jù)一致性檢查

在運行過程中檢查冗余通道數(shù)據(jù)的一致性，間接檢查模擬量處理模塊的正常運行。

c）過程儀表試驗裝置定期試驗

試驗涉及產(chǎn)生命令到保護系統(tǒng)或?qū)ＴO安全系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的通道，以及在正常運行時不能檢查的事故后監(jiān)測通道。圖3為保護系統(tǒng)定期試驗的T1試驗的范圍。

圖3 保護系統(tǒng)定期試驗范圍Fig.3 Periodic test range of protection system

通過對試驗通道的輸入端注入信號，而且其動態(tài)變化與事故后瞬態(tài)的動態(tài)變化相當，使試驗的通道觸發(fā)保護動作。

試驗驗證準則為測量處理模塊的漂移，驗收準則允許的裕度應考慮通道的所有模塊。

試驗檢查每個模塊的設置，并通過自檢檢查模塊的故障以防出現(xiàn)定期試驗故障。探測到故障模塊后，需要安排維修來重新調(diào)整或替換故障模塊。

維修后為驗證通道有效性，需要進行相應的定期試驗。

進行定期試驗，檢查相應的通道符合要求精度。精度由定期試驗來保證，需要滿足整體通道精度要求。

d）停堆換料期間進行的試驗

因為要考慮反應堆特性的變化，每個換料周期需要對儀表進行校準修正。校準根據(jù)儀表的設備運行和維修手冊的要求執(zhí)行。

3.3.2.3 到保護系統(tǒng)的傳輸通道

持續(xù)監(jiān)測采集和處理單元產(chǎn)生的到保護系統(tǒng)的邏輯信號。處理單元或傳輸通道故障導致部分觸發(fā)，產(chǎn)生報警。

過程儀表通道產(chǎn)生的邏輯信號分別送到各保護系統(tǒng)系列（或送到預期瞬態(tài)未停堆處理單元）。保護系統(tǒng)（或預期瞬態(tài)未停堆處理單元）每個系列輸入信號的狀態(tài)在工作站顯示。

3.3.2.4 事故后監(jiān)測參數(shù)

a）數(shù)據(jù)一致性檢查要對在正常運行期間提供重要參數(shù)顯示的通道進行檢查以保證數(shù)據(jù)的一致性。

試驗間接地檢查了事故后監(jiān)測參數(shù)顯示及傳輸通道工作正常，這樣就保證了信息可用于事故后監(jiān)測。

b）定期試驗

對下面內(nèi)容進行定期試驗：

① 對同時產(chǎn)生到保護系統(tǒng)命令的事故后監(jiān)測指示通道。

② 正常運行期間不提供重要的參數(shù)顯示的事故后監(jiān)測通道。

試驗主要包括：對每個通道注入模擬信號，并檢查控制室的事故后監(jiān)測參數(shù)讀數(shù)顯示。

記錄的數(shù)值必須在過程儀表試驗裝置可接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

定期試驗有效地保證了安全及安全相關(guān)系統(tǒng)或設備的可靠性和有效性，使其在核電站整個壽期內(nèi)與其設計要求保持一致。定期試驗相關(guān)上游設計文件對這些具有安全及安全相關(guān)功能的系統(tǒng)或設備的試驗內(nèi)容和目的進行了說明，依據(jù)這些上游文件，運行人員可以制定切實有效的定期試驗規(guī)程，從而保證了核電站運行人員及公眾的健康安全。

本文對過程儀表系統(tǒng)定期試驗的范圍、內(nèi)容進行了詳細的分析，包括對變送器、模擬量處理模塊，到保護系統(tǒng)的傳輸通道以及事故后監(jiān)測參數(shù)分別進行了研究，確保定期試驗的范圍覆蓋了全部儀表通道，以保障儀表通道滿足核電機組的安全運行要求，對數(shù)字化核電機組后續(xù)進行具體儀表通道的定期試驗規(guī)程提供了實施依據(jù)。