反應堆保護系統(tǒng)RPR

1、§1.6.4 反應堆保護系統(tǒng)（rpr）一、 系統(tǒng)功能反應堆保護系統(tǒng)（rpr）是指由所有電器件、機械器件和線路（從傳感器一直到執(zhí)行機構的輸入端）組成的產(chǎn)生保護信號的系統(tǒng)，它必須滿足以下要求：（1） 能自動觸發(fā)有關的系統(tǒng)（需要時包括停堆系統(tǒng)）動作，以保證發(fā)生預計運行事件時，核電廠的主要參數(shù)不超過規(guī)定的限值；（2） 能檢測事故工況并觸發(fā)為減輕這些事故工況后果所需的系統(tǒng)動作；（3） 能抑制控制系統(tǒng)的不安全動作。圖(1)示出反應堆保護系統(tǒng)（rpr）在整個反應堆安全系統(tǒng)的位置。反應堆安全系統(tǒng)（緊急停堆系統(tǒng)工程安全設施系統(tǒng)）保護系統(tǒng)保護執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行機構sip與rpn系統(tǒng)rpr設備與系統(tǒng)連接設備執(zhí)行

2、機構原動 從動機構 機構系統(tǒng)參數(shù)控制裝置信號邏輯處理信號模擬處理傳感器傳感器與系統(tǒng)的連接設備圖(1) 反應堆安全系統(tǒng)組成圖rpr系統(tǒng)與全體保護儀表組件的聯(lián)系可分為熱工儀表和核儀表兩部分，這些儀表組件從模擬測量中觸發(fā)邏輯信號，因此，rpr系統(tǒng)的上游端與以下主要系統(tǒng)相連：表(1) rpr系統(tǒng)與保護儀表組件的聯(lián)系系 統(tǒng)儀 表rcp 反應堆冷卻劑系統(tǒng)熱工儀表vvp 主蒸汽系統(tǒng)熱工儀表are 給水流量調節(jié)系統(tǒng)熱工儀表gre 汽機熱工儀表gse 汽機保護系統(tǒng)熱工儀表ety 安全殼空氣監(jiān)測系統(tǒng)熱工儀表ptr 乏燃料池冷卻和處理系統(tǒng)熱工儀表rpn 核儀表系統(tǒng)核儀表rpn系統(tǒng)的下游端與給出停堆或保護動作安全命令

3、的傳遞系統(tǒng)相連，安全命令的種類有：停閉 反應堆停閉反應堆冷卻劑泵跳閘汽機脫扣保護信號 蒸汽管隔離安全殼隔離狀態(tài)a，b安全注射安全殼噴淋給水隔離輔助給水啟動柴油發(fā)電機組啟動表(2) rpr系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)的聯(lián)系系統(tǒng)（執(zhí)行機構）apa 電動主給水泵系統(tǒng)apg 蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)are 給水流量控制系統(tǒng)asg 輔助給水系統(tǒng)deg 核島冷凍水系統(tǒng)dvk 燃料廠房通風系統(tǒng)dvw 安全殼環(huán)廊通風系統(tǒng)eas 安全殼噴淋系統(tǒng)epp 安全殼泄漏監(jiān)測系統(tǒng)ety 安全殼內大氣監(jiān)測系統(tǒng)gct 蒸汽旁路排放系統(tǒng)lha，b 6.0千伏應急配電系統(tǒng)a，braz 核島氮氣分配系統(tǒng)rcp 反應堆冷卻劑系統(tǒng)rcv 化學和容積控制系

4、統(tǒng)rea 硼和水的補給系統(tǒng)ren 核儀表系統(tǒng)rgl 控制棒系統(tǒng)ric 堆內儀表系統(tǒng)rpe 排氣和疏水系統(tǒng)rpn 核儀表系統(tǒng)rri 設備冷卻水系統(tǒng)sar 儀表用壓縮空氣分配系統(tǒng)sec 重要廠用水系統(tǒng)vvp 主蒸汽系統(tǒng)保護系統(tǒng)的安全作用是：在下面兩種情況下：1、 當控制系統(tǒng)失效而導致產(chǎn)生錯誤指令時2、 在異常的事件情況下，包括故障(incidents)和事故（accidents）狀態(tài)保護三大核安全屏障（即燃料包殼、一回路壓力邊界和安全殼）的完整性，當運行參數(shù)達到危及三大屏障完整性的閾值時，緊急停閉反應堆和啟動專設安全設施。二、 系統(tǒng)描述1、 系統(tǒng)設計準則abcd雙重二取一 m=a（a+b）（c+d

5、）abc三取二 m=ac+ab+bcabcd四取二 m=ab+ac+ad+bc+bd+cd圖(2) 邏輯符合電路例（斷電方式）（1）冗余度（recundancy）原則。每個保護參數(shù)按其功能只需設置一個保護通道，但為了提高系統(tǒng)的可靠性，往往增設一個或幾個功能完全相同、彼此獨立的通道冗余設置。為使反應堆有高度的連續(xù)運行性能，這些多重通道一般又按照“三取二”或“四取二”等邏輯組合（如圖4-44）。（2）單一故障準則。單一故障是指使某個部件不能執(zhí)行其預定安全功能的隨機故障。保護系統(tǒng)作為一個重要的安全系統(tǒng)，在其任何部位發(fā)生可信的單一隨機故障時仍能執(zhí)行其正常功能。在單一故障分析中，不考慮發(fā)生一個以上的隨機

6、故障。（3）保護參數(shù)多樣性。即針對反應堆每一事故工況，設置幾個保護功能相同的保護參數(shù)，這樣，即使在其中一個保護參數(shù)的全部保護通道同時失效的最壞情況下，仍能確保反應堆安全。（4） 失效安全原則。即當設備故障時，應使設備處在有利于反應堆安全狀態(tài)，（如失電時安全棒立即落棒）。（5） 在線檢查可試驗性。在線檢查是指在反應堆運行過程中，任何時候均能手動或自動檢查系統(tǒng)的完好性，發(fā)現(xiàn)故障時能立即加以排除。（6） 獨立性原則。各保護通道應由獨立線路供給可靠儀表電源（安全級），并應考慮實體隔離；應該避免使保護系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的相互連接。2、 運行工況和事故的分類運行工況，指符合正常運行和預計運行事件定義的那些工況

7、。預計運行事件：在核電廠運行壽期內預計出現(xiàn)一次或數(shù)次偏離正常運行的所有運行過程。由于設計時已采取了適當?shù)拇胧?，這類事件不會使安全重要物項明顯損壞，也不會導致工況。事故工況指核電廠運行中極少出現(xiàn)的對運行工況的嚴重偏離。若有關的專設安全設施不能按設計的要求發(fā)揮作用，則放射性物質的釋放可能會達到不可接受的程度。壓水堆的運行工況按所預計的發(fā)生頻率和對公眾可能帶來的放射性后果，通常分作以下四類：第類正常運行和運行瞬態(tài)過程，它包括1、 核電廠的正常啟動、停閉和穩(wěn)態(tài)運行；2、 帶有允許偏差的故障運行，如發(fā)生燃料包殼泄漏、一回路冷卻劑放射性水平升高、蒸汽發(fā)生器管子有泄漏等，但未超過規(guī)定的最大允許值；3、 運行

8、的瞬態(tài)過程：電站的升溫升壓，或降溫冷卻，以及在允許范圍內的負荷變化等。第類常見故障。屬于這類工況的，是指那些不會導致燃料棒損壞或堆冷卻劑系統(tǒng)超壓而使冷卻劑壓力邊界破壞的常見故障，它可能迫使反應堆停閉；如處理不當，也可能造成嚴重的事故。它包括1、 反應堆啟動時控制棒組件不可控地抽出；2、 在反應堆功率運行時，控制棒組件不可控地抽出；3、 控制棒組件落棒；4、 硼失控稀釋；5、 部分失去冷卻劑流量；6、 失去正常給水；7、 給水溫度降低；8、 負荷過分增加；9、 隔離環(huán)路的啟動；10、 甩負荷事故；11、 失去外電源；12、 一回路卸壓事故13、 主蒸汽系統(tǒng)卸壓事故；14、 功率運行時，安全注射系

9、統(tǒng)誤動作；15、 汽輪發(fā)電機組故障。第類稀有事故。在核電廠壽期內，這類事故一般極少出現(xiàn)。處理這類事故時，為了防止或限制對環(huán)境的輻射危害，需要安全系統(tǒng)投入。這類事故有：1、 一回路系統(tǒng)管道小破裂；2、 二回路系統(tǒng)蒸汽管道小破裂；3、 燃料組件誤裝載；4、 滿功率運行時一根控制棒組件失控抽出；5、 放射性刻廢氣事故釋放；6、 放射性刻廢液事故釋放；7、 全廠斷電事故；8、 蒸汽發(fā)生器管子斷裂。第類極限事故。這類事故預期不會發(fā)生，但一旦發(fā)生，就會釋放出大量的放射性物質，因此被視為“設計基準事故”，屬于這類事故有1、 一回路系統(tǒng)冷卻劑大量流失，堆芯失去冷卻失水事故；2、 二回路蒸汽管道大破裂；3、 一

10、臺冷卻劑泵轉子卡死；4、 燃料操作事故；5、 彈棒事故。各類工況所可能造成的影響和后果是：1、 第1類工況燃料不應受到任何損壞不應要求啟動任何保護系統(tǒng)或專設安全設施2、 第2類工況燃料不應受到任何損壞任何屏障不應受到損壞（本身故障除外）采取措施后機組應能再啟動它不應是后果更嚴重的3類或4類事故的起源3、 第3類工況一些燃料元件可能損壞，但其數(shù)量應該是有限的一回路和安全殼的完整性不應受到影響（本身故障除外）它不應是后果更為嚴重的4類事故的起因4、 第4類工況可能有些燃料元件損壞，但其數(shù)量應有限。為一回路和反應堆廠房的持久性所必需的系統(tǒng)功能不應當變壞。三、 保護系統(tǒng)的組成通過對要防止的反應堆事故的

11、分析，特別是對引起這些事故的原因分析，可以確定安全保護系統(tǒng)的目的和應采取的措施。1、 燃料包殼燃料包殼的破裂會引起燃料的損壞，導致放射性產(chǎn)物釋放到一回路。壓水堆堆芯傳熱的原理建立在液相水冷卻燃料的基礎上，對流換熱的公式為：p=h·s·t式中：p傳遞的熱量 t包殼與冷卻劑水的溫度差h對流換熱系數(shù)s換熱面積由上式可以看出，包殼溫度隨著導出功率而上升，因此要限制反應堆的核功率；另外在功率恒定時，對流換熱的惡化，包殼溫度也將上升。為了確保反應堆的安全，可以允許反應堆的某些點有輕微的泡核沸騰，但是應該絕對避免中燃料包殼表面形成蒸汽膜（偏離泡核沸騰，d.n.b），因為此時熱交換顯著下降

12、，包殼將燒毀。如果規(guī)定最大熱流密度為2時，可以將沸騰的類型限制在區(qū)域a的那種泡核沸騰，以便在反應堆燃料包殼的任何一點都不會發(fā)生燒毀。2、 一回路要避免的事故是因為應力過度增大造成的破裂。這些應力可能中一回路壓力高或溫度快速變化下產(chǎn)生，另外，中子通量密度的快速變化，也將引起溫度的快速變化。3、 安全殼當一回路管道斷裂，冷卻劑大量泄漏，將使安全殼因內部壓力上升而破裂，這也是應避免的事故。所以，保護一回路的所有措施同時也保護安全殼。此外，安全殼還受到壓水堆專設安全設施之一安全殼噴淋系統(tǒng)的保護，而安全殼噴淋系統(tǒng)將由安全保護系統(tǒng)提供的信號而啟動，并同時觸發(fā)反應堆緊急停閉。保護系統(tǒng)包括：1、 反應堆事故停

13、堆線路：它的用途是緊急停閉反應堆。事故停堆線路能切斷控制棒組傳動機構電路電源，使調節(jié)棒組和停堆棒組靠重力作用落入堆芯。2、 專設安全線路：在反應堆發(fā)生失水事故或蒸汽管道破裂事故時，觸發(fā)停堆，并提供信號使專設安全設施如安全注射系統(tǒng)、安全殼隔離系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)以及輔助給水系統(tǒng)動作，防止事故擴大。3、 允許線路：在反應堆正常啟動、停閉或者提升功率過程中，或在某些特殊情況下，為保證反應堆的運行更安全，允許線路建立改變某些設備或某些安全保護系統(tǒng)狀態(tài)的信號。4、 連鎖線路：當出現(xiàn)某些異常情況而又要避免反應堆事故停堆時，這些線路限制的應堆功率以避免達到緊急停堆閾值，并且象某些允許線路那樣朝更安全方向改變

14、機組的狀態(tài)。1、 緊急停堆保護線路需要緊急停堆的主要工況見表(3)，保護參數(shù)見表(4)。表(3)緊急停堆的主要工況狀態(tài)工 況聯(lián)鎖11環(huán)路冷卻劑流量低，或1號主泵斷路器打開p7聯(lián)鎖2環(huán)路冷卻劑流量低，或2號主泵斷路器打開p7聯(lián)鎖穩(wěn)壓器壓力低p7聯(lián)鎖蒸汽發(fā)生器sg1低低水位2穩(wěn)壓器高水位p7聯(lián)鎖sg2低低水位中間量程測量通道中子通量高p10聯(lián)鎖3冷卻劑泵低低轉速p7聯(lián)鎖功率量程高通量，高整定值sg1給水低流量，sg低水位和蒸汽/給水失配sg1高高水位p7聯(lián)鎖4超功率tsg低水位且蒸汽給水失配安注信號，安全殼b防段隔離信號或安全殼噴淋信號sg2高高水位p7聯(lián)鎖5超溫t汽機脫扣功率量程（低定值）中子通

15、量高p10聯(lián)鎖6功率量程中子通量正負變化率高源量程高中子通量p6p10聯(lián)鎖穩(wěn)壓器壓力高表(4) 600mw電功率水堆核電廠停堆保護參數(shù)保護參數(shù)保護功能邏輯聯(lián)鎖作用閾值點源量程中子通量高啟動和停堆時的功率保護，防止啟動時功率異常升高1/2p6以下手動閉鎖，p10以上自動閉鎖。p10以下自動復原105cps中子通量中間量程中子通量高啟動和停堆過程中的高功率事故保護1/2p10以上自動閉鎖。p10以下自動復原25%功率量程中子通量高整定值正常運行時功率保護2/4109%低整定值防止啟動過程中連續(xù)提棒事故2/4p10以上自動閉鎖。p10以下自動復原25%高中子通量變化率正值高變化率防止彈棒事故，負值高

16、變化率防止兩個以上控制棒落下事故2/45%fp/2s熱功率超溫ti高堆芯的dnb保護2/4超功率tn高超功率保護2/4冷卻劑系統(tǒng)1個環(huán)路冷卻劑流量低冷卻劑流量喪失，堆芯沸騰危機保護2/3p7以上流量低（2/3）停堆88.8%1臺主泵開關斷開防止冷卻劑喪失事故1/1p7以上開關斷開停堆主泵低低轉速防止冷卻劑流量低事故2/4p7以下自動閉鎖1365rpm蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器水位低（1/2）并且蒸汽/給水流量失調（1/2）防止堆芯失去散熱2×1/2-0.9m775t/h1臺蒸發(fā)器水位高高防止堆芯過冷，并用于保護汽輪機p7聯(lián)鎖1臺蒸發(fā)器水位低低給水流量喪失，堆芯過熱保護2/4-0.9m25%

17、穩(wěn)壓器穩(wěn)定器壓力高防止冷卻劑系統(tǒng)過壓2/4164.5bar.a穩(wěn)定器壓力低超溫t的冗余保護，防止堆芯出現(xiàn)沸騰危機2/4p7以下自動閉鎖130bar.a穩(wěn)定器水位高防止穩(wěn)壓器汽相消失，并防止安全閥組件帶水運行2/3p7以下自動閉鎖2.43m,86%其它透平脫扣信號防止透平脫扣影響一回路溫度、壓力的過度變化2/3p7以下自動閉鎖安全注射信號防止冷卻劑系統(tǒng)事故，防止堆芯燒毀手動停堆信號由運行人員根據(jù)事故的判斷停堆1/2當反應堆保護回路發(fā)出停堆指令時，控制棒驅動機構的動力電源被斷開，所有的安全棒和調節(jié)棒，不管其在何位置，均在約兩秒鐘之內依其自重全部落入堆芯，反應堆迅速處于次臨界。2、 專設安全設施保護

18、通道壓水堆核電廠專設安全設施的主要保護對象見表(5)。表4(6)是專設安全設施動作線路安全保護參數(shù)表。1/21&1&1/2&12/4&2/412/412/4&2/32/3&1/1&2/42/412/3&12/42/4&sg12/41/2&11緊急停堆（停堆斷路器打開）p10%（p10）源量程中子通量高p6，存在時手動閉鎖中間量程中子通量高p10存在時手動閉鎖功率量程低定值中子通量高p10存在時手動閉鎖功率量程高定值中子通量高中子通量正負變化率高堆冷卻劑泵低低轉速p10%（p7）1#環(huán)路堆冷卻劑流量低2#環(huán)路堆冷卻劑

19、流量低p10%（p7）1#堆冷卻劑泵斷路器打開2#堆冷卻劑泵斷路器打開 t超溫 t超功率穩(wěn)壓器水位高p7穩(wěn)壓器壓力高3穩(wěn)壓器壓力低3p7sg水位低蒸汽/給水失配同上sg22/42/412/42/41&2/312/412/32/31&&&1111/21緊急停堆（停堆斷路器打開）sg1水位低低sg2水位低低sg1水位高高sg2水位高高p7si信號si手動控制安全殼壓力高安全殼隔離手動控制凝汽器不可用汽機截止閥開關汽機保護流體壓力低p16gct閥門關閉閉鎖蒸汽排放回路gct高手動緊急停堆圖（3） 緊急停堆綜合邏輯圖表（6） 專設安全設施的保護對象保護的對象危險性原 因

20、采 用 的 保 護 方 法燃料包殼熔化中子通量密度過高超核功率保護出現(xiàn)d.n.b(燒毀)p.t.異常變化的保護一回路流量低的保護一回路壓力低的保護中子通量密度局部峰值的保護蒸汽發(fā)生器冷卻不足的保護(給水流量低汽輪機脫扣)一回路破裂一回路壓力過高一回路壓力高的保護/穩(wěn)壓器水位高的保護蒸汽發(fā)生器冷卻不足的保護（給水流量低汽輪機脫扣)熱應力中子通量密度變化過快的保護平均值溫度變化過快的保護安全殼破裂安全殼壓力過高安全殼壓力高的保護安全殼溫度的保護表4（7） 專設安全設施安全保護參數(shù)安全信號保護參數(shù)符合度聯(lián)鎖安全注射信號穩(wěn)壓器壓力低低（2/4）2×2/4p11以下手動閉鎖蒸汽管道間壓力低低2

21、×2/3蒸汽管道流量高（1/2），且蒸汽管道壓力低或tavg低低2×1/2或2/4蒸汽管道隔離，p12允許手動閉鎖安全殼壓力高22/3手動啟動1/2安全殼噴淋信號安全殼壓力異常高2/4手動啟動1/2安全殼隔離信號安全注射信號安全殼噴淋信號手動啟動1/2蒸汽管道隔離信號表（8） 專設安全設施安全保護參數(shù)安全信號保護參數(shù)及符合度聯(lián)鎖安全注射信號穩(wěn)壓器壓力低低（2/4）p11以下手動閉鎖蒸汽管道間壓力低低（2/3）蒸汽管道流量高且蒸汽管道壓力低（1/2）或平均溫度低低（2/4）p12允許手動閉鎖安全殼壓力高2（2/3）手動啟動（1/2）安全殼噴淋信號安全殼壓力異常高（2/4）手動

22、啟動（1/2）安全殼隔離信號安全注射信號安全殼噴淋信號手動啟動蒸汽管道隔離信號蒸汽管道壓力低低（2/3）p12允許手動閉鎖平均溫度低低（2/4）p12允許手動閉鎖蒸汽管道壓力低低（1/2）且蒸汽管道流量高（1/2）手動控制安全殼壓力高3（2/3）輔助給水啟動信號電 動泵sg水位高高（2/4）安注信號sg水位低低延時或sg水位低低與流量低（2/4）手動控制atwt冷凝水泵母線電壓降落汽動泵反應堆冷卻劑泵轉速低低（2/4）p7聯(lián)鎖sg水位低低延時或sg水位低低與流量低（2/4）atwt（2/3）手動控制4、 允許線路（p信號）允許信號按反應堆狀態(tài)允許或禁止某些停堆保護功能，以便實現(xiàn)按反應堆不同功率

23、水平完成相應保護動作。例如，中子功率測量有三個不同量程（源量程、中間量程和功率量程），與此相應各通道都設有相對應的功率高緊急停堆，在正常啟動過程中，如果通量測量指示是正常的，在達到相應的定值點以前，操縱員必須手動閉鎖相應停堆信號源量程1個，中間量程1個，以使提升功率能繼續(xù)進行。這些允許信號，當功率重新下降后，能自動將這些停堆功能閉鎖解除。表（9）為允許信號表。表（9） 允許信號表。信號說 明動 作p4停堆斷路器打開（p4出現(xiàn)）1） 汽機跳閘2） 在低平均溫度時，關閉給水主控閥3） 允許快速打開頭兩組旁路閥（gct），閉鎖第3組停堆斷路器合上（p4消失）1） 若安注已被禁止，允許其自動開啟2）

24、低平均溫度上升后，允許恢復主給水閥控制p6中間量程1/2通量高（p6出現(xiàn)）允許閉鎖源量程停堆，切除源量程電源2/2中間量程通量低（p6消失）解除源量程停堆，切除源量程電源p10功率量程2/4通量高（p10出現(xiàn)）1） 手動閉鎖功率量程低通量停堆2） 允許手動閉鎖停堆，閉鎖提棒（c1、中間量程）3） 閉鎖源量程高通量停堆，及源量程電源（p4出現(xiàn)除外）4） 設置p75） 允許修正高通量率3/4功率量程通量低（p10消失）1） 允許實現(xiàn)“功率量程通量高低整點停堆”功能2） 允許“中間量程高通量停堆”功能3） 若無手動閉鎖p6，允許返回“源量程高通量停堆”4） 允許禁止提棒閉鎖5） 閉鎖高通量率修正p7

25、p10或p13出現(xiàn)（p7出現(xiàn)）1） 主回路流量低（3/3）或1/2個回路主泵斷路器跳閘停堆2） 主泵流量低低停堆3） 穩(wěn)壓器壓力低停堆4） 穩(wěn)壓器液位高停堆5） 二個蒸汽發(fā)生器（sg）之一出現(xiàn)高高水位停堆6） 允許主泵低速運轉帶廠用電運行無p10和p13出現(xiàn)（p7出現(xiàn)）閉鎖上述反應堆停堆功能1）5），閉鎖主泵低速帶“廠用電”運行功能2/4穩(wěn)壓器壓力通道低（p11出現(xiàn)）1） 允許手動閉鎖穩(wěn)壓器壓力低的安注啟動2） 閉鎖主泵no.1密封泄漏隔離閥的自動關閉3） 允許手動強制打開穩(wěn)壓器安全隔離閥3/4穩(wěn)壓器壓力通道測量壓力高于定值（p11消失）1） 自動解除安注啟動手動閉鎖2） 允許和自動關上主泵no.1號密封泄漏隔離閥3） 自動解除手動強制打開穩(wěn)壓器的安全隔離閥p131/2壓力通道測出汽機第一級壓力高（p13出現(xiàn)）執(zhí)行p7功能2/2通道壓力測量低于汽機第一級壓力設定（p13出現(xiàn)）撤消p7功能p14任一蒸發(fā)器2/4液位測量通道出現(xiàn)高高液位（p14出現(xiàn)）1） 汽機主回水泵跳閘，關上正常給水（are）主閥及旁通閥2） 與p7符合停堆p162/4功率量程通道通量高（p16出現(xiàn)）允許通過汽機跳閘引發(fā)停堆2/4功率量程通量低于定值（p16消失）閉鎖由汽機跳閘引發(fā)的停堆p12主回路2/4溫度通道平均溫度低于設定（p12出現(xiàn)）1） p12