核电厂地震自动停堆功能设计研究

杜德君，何庆镭

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

核电厂地震自动停堆功能设计研究

杜德君，何庆镭

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

1 引言

RG1.166核电厂地震前计划和震后的及时操作（1997版）及美国联邦法规10 CFR 50附录S-《Earthquake engineering criteria for nuclear power plant》的IV（a）（3）要求，“如果地面运动超过运行基准地震动OBE，或者电厂发生显著破坏，营运单位必须停堆”；国际原子能机构（IAEA）最新核安全法规NS-G-1.6 2003版要求核电厂在综合考虑多种因素情况下确定是否设置自动触发停堆的地震仪表系统。福岛事故发生后，世界各国都在重新评估核电厂设置地震自动停堆信号的必要性，韩国已明确要求核电厂设置地震自动停堆信号。我国《“十二五”期间新建核电厂安全要求》也建议增加此功能。

因此，为了更好地满足核安全法规和安全评审要求，提高电厂的安全性，在“华龙一号”堆型的地震仪表系统设计中，增加了地震自动停堆功能，在强地震情况下实现电厂的自动停堆。

2 地震自动停堆功能设计分析

目前，在国内已建核电厂中，只有田湾核电厂的VVER机组设计了地震仪表自动停堆功能，在其他核电厂尚无应用。VVER堆型的地震自动停堆功能划分为安全级。

国家核电技术公司在消化吸收西屋公司的AP1000堆型的基础上，自主研发了CAP1400堆型。国家核安全局在2014年6月针对CAP1400示范工程若干审评问题的技术见解中明确：为减少包括人因失误、操纵员无法完成停堆操作等在内的不确定因素，核电厂应设置地震自动停堆信号，同时鉴于该系统主要承担纵深防御功能，新增设的地震自动停堆系统为非1E 级，停堆信号可不接入安全级的PMS 系统。

在其他新建核电机组初步安全分析报告的审评过程中，我国的核安全监管部门也要求地震仪表系统需要增加地震自动停堆功能。

考虑了VVER的设计和运行经验、安审部门对CAP1400示范工程及新建机组技术理解的基础上，“华龙一号”堆型的地震仪表系统设计保留以往M310堆型的地震仪表系统地震监测和报警功能的同时，增加了地震自动停堆功能。同时保证停堆逻辑的软件可靠性，确定由地震仪表信号提供触发信号，在多样化驱动系统内实现停堆逻辑的方案。确定了增加在多样化驱动系统实现自动停堆逻辑的地震自动停堆功能。“华龙一号”堆型设计的地震仪表系统是每台机组一套地震仪表系统。

3 地震自动停堆功能的实施方案

地震停堆功能设计与“华龙一号”堆型的厂房结构特点、总体布置方案、以及仪控系统总体实施方案紧密结合，在保证强震情况下可靠执行自动停堆功能的同时，考虑了比较完善的防误动措施，保证电厂的经济性。

3.1 参与地震自动停堆功能的传感器测点确定

首先，为了防止地震仪表系统发生误触发事件导致两台机组同时停堆，每台机组分别设置一套地震仪表系统；其次，为了防止因局部振动引起同时误触发多台仪表超出限值导致误停堆，设置了4台加速度仪参与地震自动停堆功能，且保证4台加速度仪空间上保证一定的距离，尽可能分布在不同房间内，且所在房间无大型转动、撞击设备。结合以上考虑因素，以及“华龙一号”堆型三维图纸的房间内设备布置情况确定了参与地震自动停堆的测点布置。以福清5、6号机组为例，参与地震自动停堆的三轴向加速度仪分别位于每台机组的R162、R163、R161、R160房间；此四个房间位于核岛环廊的四个边角上，保证了加速度仪的空间距离。

3.2 停堆逻辑设计

当加速度仪测到超过预定阈值的强震动时，就发出停堆触发信号至地震仪表系统的中央处理机柜报警箱。报警箱将8个地震触发信号（每个加速度仪对应两个ON/OFF信号输出）送往多样化驱动系统参与表决，在多样化驱动系统的两个处理单元上分别完成退防表决逻辑（4个有效输入的一般情况：2/4，1个无效输入：2/3，2个无效输入：2/2，3个无效输入：不产生有效输出）；再将多样化驱动系统两个处理器的表决后信号通过“2取2”逻辑处理，送出停堆信号。以降低出现误停堆事件的概率，保证电厂可用性。同时确定了报警箱与多样化驱动系统之间硬接线的连接性试验方案，以及对应的报警指示。具体逻辑如图1所示：

图1 地震事件引发停堆及报警逻辑图

图1 中， 001KG为定期试验按钮，003~010SY为地震自动停堆触发信号，XISI003~010SKS为各个地震自动停堆触发信号的单独报警，XISI005KA为非试验情况下地震自动停堆触发信号总的报警，XISI003KA为地震自动停堆报警。

3.3 地震自动停堆功能的可靠性设计

可靠性能设计：在此设计中，用于停堆的地震信号测量和处理回路之间相互独立，避免了共模故障，其采集信号通过硬接线直接与中央处理机柜的报警箱连接，送往多样化驱动系统机柜，中间不涉及任何软件处理，避免地震监测系统工控机的可靠性能影响地震自动停堆功能的实现。

防止误触发设计：每个加速度仪对应两个ON/OFF信号输出，并分别在不同多样化驱动系统机柜中进行逻辑运算，保证在一个硬接线信号出现故障时，另外一个信号可以正常工作，防止出现误触发地震停堆功能（如实现多样化驱动多样化驱动系统功能的平台具有回路短接监测功能的输入模件，则建议采用此类模件）；系统或者预期瞬态未停堆系统对地震自动停堆信号的表决逻辑采用了退防逻辑，如果监测到某个信号为故障信号，则完成退防表决逻辑，保证地震自动停堆触发信号的可靠性。

故障功能报警的设计：在正常运行时，如果出现单个传感器或硬接线回路故障，通过设置任何一个硬接线带电，产生一个二层报警指示，确保及时发现并排除加速度仪及其信号通路的故障。

定期试验的设计：通过在地震仪表系统中央处理机柜侧注入测试信号，在多样化驱动系统或者预期瞬态未停堆系统侧进行相应信号读取的方式，进行两者之间硬接线连接性的定期试验，同时保证测试信号不会触发报警，避免对操纵员产生不必要的干扰。多样化驱动系统内的地震自动停堆表决及退防逻辑将在其系统定期试验期间完成；通过定期试验，保证地震自动停堆功能的可用性和可靠性。

4 设计方案总结

与目前我国役及在建的核电厂地震仪表系统设计比较，在保证地震仪表系统的报警和地震信息记录功能的基础上，充分利用了已有的系统设计，本着简单可靠的原则，没有过多地增加设备及设计的复杂性，实现核电厂地震自动停堆功能。本设计符合国内最新地震仪表标准NB/T 20076-2012的要求。

另外，在发生超过预置阈值的强地震情况下，核电厂自动停堆极大地减小了核电厂结构、设备的损坏程度，从而有效降低强地震带来的经济损失和人员伤害。

综上所述，ACP1000堆型的地震自动停堆功能设计方案，在保证地震仪表系统报警功能的基础上，增加了地震自动停堆功能，减轻了操纵员在地震情况下的工作负担，且有助于提高电厂的安全可靠性和经济性。

[1] NB/T 20076-2012, 核电厂地震仪表准则[S].

[2] GB/T 13625-1992, 核电厂安全系统电气设备抗震鉴定[S].

[3] RCC-E-2005, 压水堆核电站核岛电气设备设计和建造规则[S].

[4] RG1.166-1997, Pre-Earthquake Planning and Immediate Nuclear Power Plant Operator Post-Earthquake Actions[S].

[5] “十二五”期间新建核电厂安全要求[Z].

Design Study of Earthquake Automatic Reactor Trip Function of NPP

核电厂正常运行期间发生地震，地震仪表系统的三轴向加速度仪将检测的地震动加速度值与预先设定的阈值进行比较。如果加速度值超过阈值，则此加速度仪触发送往多样化驱动系统的地震停堆信号。多样化驱动系统在接收到触发信号后，经过符合逻辑运算后，最后发出送往反应堆棒控系统电源柜的地震自动停堆触发信号。

核电厂；地震；自动停堆

During the nuclear power plant in the normal operation, if there is an earthquake, the tri-axial accelerator of seismic instrumentation system shall compare the measured acceleration value and with preset value. If the acceleration value exceeds the preset value, the corresponding accelerator shall issue an earthquake trip reactor signal to diversity actuation system. After the diversity actuation system receives the trigger signal and executes the related logic, it will send the final signal to the reactor rod control system’s power supply cabinet for implementing earthquake automatic reactor trip function.

Nuclear power plant; Earthquake; Automatic reactor trip

B

1003-0492(2016)03-0076-02

TM623

杜德君（1977-），男，吉林公主岭人，工程师，毕业于哈尔滨工程大学控制理论与控制工程专业，获工学硕士学位，现就职于中国核电工程有限公司，长期从事核电站仪控系统设计工作，先后参与秦山二期扩建核电工程、岭澳二期核电工程、方家山、福清等多个核电工程地震仪表系统设计工作，对核电厂地震仪表系统具有较深的研究。

何庆镭（1981-），男，山西人，工程师，硕士，现就职于中国核电工程有限公司，主要研究方向为仪表与控制。