摘 要：福建省寧德核電站是采用數(shù)字化反應堆保護系統(tǒng)的核電站之一，具有先進的設計理念和思想，提高了自動化水平，系統(tǒng)設計滿足單一故障、多樣性、獨立性以及可試驗性等設計準則。本文介紹了寧德核電站數(shù)字化反應堆保護系統(tǒng)的功能、總體結(jié)構(gòu)、設計特點以及定期試驗等方面的內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：核電站;數(shù)字化;冗余性;多樣性;拓撲結(jié)構(gòu);共模故障
0 引言
由于核電站對核安全的特殊要求，一直以來核電站大都采用傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)，數(shù)字化儀控系統(tǒng)在核電站的應用較少，以分散控制系統(tǒng)（DCS）為設計思想的數(shù)字化控制系統(tǒng)在常規(guī)火電廠得到了普遍應用 [7]。隨著計算機軟硬件的快速發(fā)展，數(shù)字化儀控系統(tǒng)所具有的開放性、高可靠性、快速性和可操作性逐漸被認可，同時由于數(shù)字化儀控系統(tǒng)可靠性的逐步提高以及使用經(jīng)驗的積累，核電站采用數(shù)字化控制系統(tǒng)成為可能，是發(fā)展趨勢。目前，已經(jīng)采用全范圍數(shù)字化控制系統(tǒng)的核電站有田灣核電站、嶺澳一期核電站常規(guī)島系統(tǒng)和設備[4,5]。數(shù)字化控制系統(tǒng)具有常規(guī)模擬量控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，也是提高核電站綜合自動化水平的必要手段。作為核電站最重要系統(tǒng)之一，反應堆保護系統(tǒng)逐步采用數(shù)字化保護系統(tǒng)已成為趨勢，它是核電站全范圍DCS的安全級部分。目前在建的核電站，例如嶺澳二期、紅沿河核電站、寧德核電站等，均采用數(shù)字化反應堆保護系統(tǒng)。
1 反應堆保護系統(tǒng)
1.1. 功能
反應堆保護系統(tǒng)是核電站最重要的安全系統(tǒng)，屬于核電廠1E級電氣設備，它包括緊急停堆系統(tǒng)和專設安全設施驅(qū)動系統(tǒng)。反應堆保護系統(tǒng)監(jiān)測與反應堆安全有關(guān)的參數(shù)，當這些參數(shù)超過預設的保護定值時，自動觸發(fā)緊急停堆及啟動相應專設安全設施，以限制事故的發(fā)展和減輕事故后果，防止放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境釋放，保證核電站設備和人員的安全。同時還應向操作人員提供手動控制手段和相關(guān)系統(tǒng)和設備狀態(tài)信息。
1.2. 設計準則
反應堆保護系統(tǒng)設計應遵循如下準則[1]：自動保護、單一故障準則、多樣性、可試驗性以及獨立性原則等。“單一故障準則”是指單一保護系統(tǒng)通道或系統(tǒng)部件故障都不得妨礙保護系統(tǒng)的正常動作，要滿足單一故障準則，反應堆保護系統(tǒng)應具有足夠的冗余度;通過功能多樣性和設備多樣性來避免共模故障是核電站儀控設計的基本原則之一[6];“故障安全準則”是指在失去能源條件下能夠發(fā)生停堆，系統(tǒng)通道或部件發(fā)生故障時，不需要采取任何操作而使保護系統(tǒng)的功能處于安全狀態(tài)。
2 寧德核電站數(shù)字化反應堆保護系統(tǒng)設計
2.1 總體結(jié)構(gòu)
寧德核電站反應堆保護系統(tǒng)采用日本三菱公司的MELTAC-Nplus R3系統(tǒng)，主要完成核安全級系統(tǒng)和設備控制功能，如反應堆跳閘保護邏輯、專設安全設施驅(qū)動、事故后監(jiān)測等，它是一體化全范圍DCS系統(tǒng)的安全級部分，其總體結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 數(shù)字化反應堆保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
為滿足保護系統(tǒng)各方面的設計要求，寧德核電站反應堆保護系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用A、B兩列，四個冗余的保護測量通道，兩個冗余的邏輯處理單元，在列與列、通道與通道之間，實現(xiàn)物理與電氣隔離[2]，具有獨立性，互不影響。數(shù)字化反應堆保護系統(tǒng)主要包括：安全級的測量儀表、反應堆保護柜（RPC）、專設安全設施驅(qū)動柜（ESFAC）、安全邏輯機柜（SLC）、通訊網(wǎng)絡、多樣性驅(qū)動系統(tǒng)（DAS）及停堆斷路器等。
在安全級測量儀表與數(shù)據(jù)采集通道之間、邏輯處理輸出與停堆斷路器之間、主控室手動控制設備與保護系統(tǒng)之間采用硬接線方式連接，其它均采用網(wǎng)絡方式通訊，網(wǎng)絡采用雙網(wǎng)冗余環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。
2.2 安全級顯示單元（SVDU）
采用SVDU是本系統(tǒng)的一大特點，SVDU是三菱公司基于最小化后備盤思想而設計的，SVDU具有觸摸屏功能，主要用來控制安全級設備的操作。運行操作人員從NC-VDU調(diào)用安全級設備，通過網(wǎng)絡將調(diào)用信號傳送至SVDU，在SVDU上彈出操作面板，運行操作人員利用觸摸功能實現(xiàn)對對象的控制。本系統(tǒng)共有16個SVDU，分別分布在后備盤（BUP）、操作臺（OWP）、遠程停堆站（RSS）上，為滿足不同功能需求，三種SVDU的人機界面不盡相同。
