核电厂严重事故监测和控制系统的设计研究

杜德君，何庆镭（中国核电工程有限公司，北京 100840）

1 引言

核电厂严重事故监测和控制系统的设计工作包括：依据严重事故管理导则确定严重事故下“必须使用”和“可能用到”的两类设备仪表。严重事故管理“必须使用”的仪表为对进入严重事故管理导则严重事故主要进程以及核电厂设计中应对严重事故的专设系统的功能是否正常运行的参数进行监测、测量的仪表；“可能用到”的仪表为根据严重事故管理“能用则用”的原则，在严重事故工况下可能会用到的监测、测量仪表。仪控设计专业主要依据“必须用到”的设备仪表清单进行设计工作，主要包括严重事故监测和控制系统结构设计，严重事故监测及控制系统和严重事故仪表设备设计，严重事故相关工艺系统的监测控制方案设计等。最终由核电厂数字化控制系统（DCS）供货商依据仪控设计要求实施严重事故监测和控制系统的功能。

2 严重事故监测和控制系统功能分析

核电厂严重事故监测和控制系统通过对严重事故缓解相关工艺系统的控制来实现对严重事故的预防和缓解，达到减轻堆芯熔化后果和限制放射性大量释放的目的。三代核电厂的典型严重事故预防和缓解功能包括：

（1）为了保持压力容器下封头完整性，可以通过向堆腔内注入冷却水的控制方式，保证对堆芯的冷却，从而将熔融堆芯物质滞留在反应堆压力容器内。

（2）通过反应堆压力容器排气系统的控制，排出反应堆内不可凝气体，保证反应堆冷却剂系统中只有唯一的汽水界面。

（3）通过反应堆冷却剂系统的卸压系统的控制，完成反应堆冷却剂系统的快速卸压，从而避免高压熔堆以及安全壳直接加热的产生。

（4）通过对核电厂二次回路余热排出系统的控制，针对发生全厂断电事故且辅助给水系统启动泵启动失效的情况下，在不超过规定的燃料设计极限和冷却剂压力边界设计条件的前提下，保证反应堆运行安全从而降低熔堆概率。

（5）通过非能动安全壳热量导出系统的控制，导出安全壳的长期排热，将安全壳压力和温度降低至可接受的水平，以保持安全壳的完整性。

（6）通过安全壳喷淋系统的控制，使裂变产物沉降或者对裂变产物进行洗涤。

3 严重事故监测和控制系统

3.1 设计基准与准则

安全等级：严重事故监测和控制仝不是安全系统，为非安全级设备，即“NC”级。

抗震类别：仪控设备抗震类别要求，抗震I类。

供电要求：为了实现在全厂失电的情况下，保证严重事故监测和控制系统的正常运行，需要设置专门的不间断电源系统，保证其在规定时间内正常运行。同时为了减少不间断电源的负荷要求，将实现严重事故监测和控制功能的设备尽量集中到统一的机柜内。

定期试验要求：在通常情况下，严重事故监测和控制系统的使用频率极低，但是如果出现严重事故工况，又必须保证系统的可用性，所以需要对其进行定期试验，根据当前设备仪表的要求，确定为每个换料周期进行一次定期试验。

独立性要求：为了防止其他控制系统或保护系统故障，影响到严重事故监测和控制系统的正常运行，需采用一定设计方案，保证该系统的独立性。

3.2 严重监测和控制系统设计

3.2.1 系统方案

严重事故监测和控制系统范围内的执行机构，集中在非安全级、抗震I类的严重事故处理机柜内，可通过操纵员工作站和常规后备盘台进行控制。在全厂失电工况下主要通过设置在后备盘台专有区域内的常规开关和指示仪表为操纵员提供继续控制电厂的手段。

对于严重事故监测和控制系统范围内的仪表，将集中在BUP专有区域或相关区域内通过指示仪（记录仪）进行显示，方便操作员对这些参数的监测。同时这些参数将送往操作员工作站，将根据这些参数的功能、安全分级，进行具体的信号回路设计，如事故和严重事故工况下共用的参数，将通过安全级的隔离分配模件采集并分配至主控室，仅用于严重事故工况的参数，将通过上述的DCS机柜采集并送往主控室。

对于严重事故仪控系统驱动的设备，如该设备为严重事故专用设备，可通过严重事故专用仪控机柜进行直接控制；如果该设备同时接收保护系统信号，则需要使用优选模件，保证保护系统命令具有高优先级。

上述DCS机柜、安全级的隔离分配模件、优选模件以及后备盘上常规控制和显示设备由相关专用电源供电。

严重事故专用的仪控系统将能够执行定期试验，保证其设计功能能够满足设计要求。通过试验可以：检查系统潜在的故障，检查严重事故相关仪控设备的性能。定期试验的具体方案和周期，将依据相关工艺系统的定期试验要求，DCS供货商提供的设备自检能力，可靠性数据以及相关仪表的可靠性指标等来确定。

3.2.2 系统结构设计

通过对系统方案进行细化，提出严重事件监测和控制系统结构，如图1所示。

图1 严重事故监测和控制系统结构示意图

4 结语

二代核电厂实现的纵深防御要求包括：（1）正常运行时，当出现异常运行，由电厂控制系统进行调节来使电厂恢复正常运行；（2）当发生预期设计瞬态事件时，由保护系统来触发执行安全功能；（3）设计基准事故时，由保护系统来触发执行安全功能。三代核电厂增加了严重事故监测和控制系统后，实现了完整有效的第四层防御：严重事故时，提供严重事故监督和控制功能以降低发生堆芯熔化和放射性释放的几率，使得核电厂的安全性得以显著提高。

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