反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)19-20(45)課件

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)11/19/20221一、概述反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPR）的功用：保護(hù)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(dāng)運(yùn)行參數(shù)達(dá)到危及三大屏障完整性的閾值時(shí)，緊急停閉反應(yīng)堆，必要時(shí)啟動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施。1、系統(tǒng)組成

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)RPR是廣義的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的一部分，它包括那些為了保護(hù)反應(yīng)堆，根據(jù)電站參數(shù)變化而操作緊急停堆斷路器和專設(shè)安全設(shè)施執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全部電氣設(shè)備。11/19/20222廣義的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)還包括過(guò)程儀表系統(tǒng)SIP和核儀表系統(tǒng)RPN中有關(guān)保護(hù)參數(shù)的傳感器及模擬電路。由保護(hù)系統(tǒng)控制的安全設(shè)施包括；——蒸汽管道隔離裝置；——主給水隔離裝置；——安全殼隔離裝置；——安全注入系統(tǒng)；11/19/20223——安全殼噴淋系統(tǒng)；——輔助給水泵；——柴油發(fā)電機(jī)。

2．設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在最終安全分析報(bào)告中，對(duì)核電站各種瞬態(tài)和事故進(jìn)行了分析，把事件分為以下四類：

（1）工況I——正常運(yùn)行和正常運(yùn)行瞬態(tài)

（2）工況Ⅱ——中等頻率故障

（3）工況Ⅲ——稀有事故

（4）工況Ⅳ——極限事故11/19/20224各類工況是根據(jù)事件發(fā)生的頻率和對(duì)公眾的放射性后果進(jìn)行分類的，如下表所示。

11/19/20225冗余性：具有相同保護(hù)功能的重復(fù)設(shè)置1、系統(tǒng)和通道的冗余安全監(jiān)測(cè)通道的冗余、安全邏輯裝置的冗余和整個(gè)系統(tǒng)的冗余等例如：在保護(hù)系統(tǒng)中廣泛采用二重、三重和四重通道及三取二（2／3）、四取二（2／4）等邏輯符合電路等。2、邏輯系統(tǒng)、執(zhí)行器和電源的冗余為了排除由于環(huán)境因素、電氣的物理現(xiàn)象相關(guān)影響，具有相同保護(hù)功能的重復(fù)通道之間應(yīng)彼此獨(dú)立，保持物理（或?qū)嶓w）上的分離及電氣上的隔離，以免喪失冗余性。11/19/20227獨(dú)立性：在保護(hù)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)乃至與其他系統(tǒng)之間，要求在電氣上和結(jié)構(gòu)上是相互獨(dú)立的。邏輯系列A和邏輯系列B分別裝在兩個(gè)彼此隔離的房間，以實(shí)現(xiàn)物理隔離；模擬電路產(chǎn)生的邏輯信號(hào)經(jīng)隔離耦合電路傳給幾個(gè)邏輯電路，以實(shí)現(xiàn)它們空間的電氣隔離。11/19/20228（3）多樣性多樣性包括功能多樣性和設(shè)備的多樣性。對(duì)每個(gè)預(yù)想的始發(fā)事件盡量用不同的物理效應(yīng)或不同的變量來(lái)監(jiān)測(cè)。在某些條件下可用不同類型的設(shè)備來(lái)測(cè)量同一物理量，以便克服共模故障。（4）故障安全故障安全準(zhǔn)則：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)仍能使之保持在安全狀態(tài)。例如，緊急停堆斷路器是在失去控制電源時(shí)動(dòng)作（斷開）的，從而保證控制電源故障時(shí)反應(yīng)堆是安全的。11/19/20229（5）邏輯符合保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能夠滿足可靠性和安全性兩方面的要求。增加可靠性的一個(gè)重要方法是采用符合邏輯，它要求在采取保護(hù)動(dòng)作之前必須有兩個(gè)或兩個(gè)以上的冗余信號(hào)相符合。采用符合邏輯也便于進(jìn)行在線測(cè)試，因?yàn)樵诖饲闆r下，通道或裝置可斷開進(jìn)行測(cè)試而無(wú)需用跨接線進(jìn)行短接，以防止觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。11/19/20221011/19/202211

（6）可試驗(yàn)性和可維修性保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用冗余度的目的是為了使它們?cè)诎l(fā)生一些故障之后還能繼續(xù)運(yùn)行。但是，為了能發(fā)現(xiàn)和修理故障的元件，防止故障積累，導(dǎo)致總的保護(hù)系統(tǒng)故障，故需要定期作試驗(yàn)。保護(hù)系統(tǒng)的冗余性為在線測(cè)試提供了可能性。在線測(cè)試主要有：針對(duì)儀表系統(tǒng)的T1測(cè)試，針對(duì)邏輯單元的T2測(cè)試和針對(duì)執(zhí)行器的T3測(cè)試。通過(guò)測(cè)試可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并及早排除。11/19/202212

3．邏輯圖標(biāo)識(shí)核電站的圖紙資料中有大量的邏輯圖。邏輯圖中各種邏輯門符號(hào)和定時(shí)器符號(hào)。這些符號(hào)在反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)中也大量使用。（1）“與”門有2個(gè)以上輸入信號(hào)。輸入信號(hào)全為1時(shí)輸出才是1。只有當(dāng)全部輸入信號(hào)同時(shí)發(fā)生時(shí)，輸出才發(fā)生。（2）“或”門有2個(gè)以上輸入信號(hào)。輸入信號(hào)全為0時(shí)輸出才是0。輸入信號(hào)只要有一個(gè)或一個(gè)以上發(fā)生時(shí)，輸出就發(fā)生。11/19/202213（3）“非”門有1個(gè)輸入信號(hào)。輸出信號(hào)的電平與輸入相反。（4）符合門有2個(gè)以上的輸入信號(hào)。對(duì)于左邊的標(biāo)識(shí)，當(dāng)輸入信號(hào)中為1的數(shù)目大于等于框中所標(biāo)數(shù)值時(shí)輸出為1。對(duì)于右邊標(biāo)識(shí)，分母代表輸入信號(hào)的數(shù)量，分子代表使輸出為1的最少輸入信號(hào)為1的數(shù)目。11/19/20221411/19/202215（5）記憶門實(shí)際上是觸發(fā)器，有兩個(gè)輸入端，一個(gè)稱置1端，一個(gè)稱復(fù)0端。置1端脈沖前沿將其輸出置為1，復(fù)0端脈沖前沿使輸出為0。輸出狀態(tài)決定于最后來(lái)的信號(hào)。（6）前沿延時(shí)定時(shí)器輸出前沿在輸入前沿t秒以后出現(xiàn)，后沿同輸入后沿。（7）后沿延時(shí)定時(shí)器輸出前沿與輸入同，后沿在輸入后沿t秒后出現(xiàn)。11/19/202216（8）前后沿延時(shí)定時(shí)器輸出前沿在輸入前沿t1秒后出現(xiàn)，輸出后沿在輸入后沿t2秒后出現(xiàn)。11/19/202217二、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)述一個(gè)過(guò)程參數(shù)（如溫度、壓力、液位、流量等）用多只探測(cè)器探測(cè)，其中供反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)用的至少兩只（如源量程探測(cè)器和中間量程探測(cè)器），最多4只。探測(cè)器信號(hào)送往各自儀表柜，由模擬電路產(chǎn)生模擬顯示、控制信號(hào)，由閾值繼電器產(chǎn)生邏輯輸出信號(hào)，由接口電路分成兩個(gè)在電氣上沒(méi)有聯(lián)系的邏輯信號(hào)。兩個(gè)邏輯信號(hào)分別送往安裝在不同房間的對(duì)應(yīng)保護(hù)柜中。11/19/202218斷路器控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)380V電源11/19/20221911/19/202220在保護(hù)柜中，經(jīng)過(guò)符合門，輸出兩個(gè)在電氣上沒(méi)有聯(lián)系的邏輯信號(hào)，它們分別到控制A,B兩個(gè)通道的緊急停堆斷路器。邏輯信號(hào)為1時(shí)（其電平為低電平）使緊急停堆斷路器的失壓線圈斷電，切斷了控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源，使控制棒在約3秒鐘內(nèi)全部落入堆芯。緊急停堆斷路器由兩臺(tái)電動(dòng)發(fā)電機(jī)組供電，機(jī)組上帶有飛輪，作用是在供電電源LKA或LKB瞬間斷電時(shí)仍能維持對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的供電。11/19/202221三、緊急停堆保護(hù)綜述1、ΔT保護(hù)ΔT保護(hù)是采用限制反應(yīng)堆進(jìn)、出口溫差的方法來(lái)保護(hù)燃料包殼的一種緊急停堆保護(hù)。燃料包殼損壞的原因主要是超溫?zé)龤В瑴責(zé)龤У脑蛑饕袃蓚€(gè)：（1）燃料芯塊局部功率過(guò)高而使其局部熔化。（2）包殼表面產(chǎn)生沸騰危機(jī)，即偏離泡核沸騰，致使局部因傳熱不良而燒毀。11/19/202222沸騰危機(jī)：由于沸騰機(jī)理的變化引起傳熱系數(shù)陡降，導(dǎo)致傳熱壁面溫度驟然升高的現(xiàn)象稱為沸騰危機(jī)。發(fā)生拂騰危機(jī)時(shí)的熱流密度稱為臨界熱流密度。偏離泡核沸騰（DNB）：泡核沸騰在熱流密度足夠大時(shí)突然轉(zhuǎn)變成膜態(tài)沸騰，它發(fā)生在含汽率很低或者欠熱的液體中。膜態(tài)沸騰的傳熱系數(shù)很低，使壁面溫度升高而燒毀。11/19/202223根據(jù)這兩種原因，ΔT保護(hù)分為超功率ΔT保護(hù)和超溫ΔT保護(hù)。ΔT保護(hù)動(dòng)作在ΔT實(shí)測(cè)值升高到等于或大于ΔT整定值時(shí)發(fā)生。三個(gè)環(huán)路中有兩個(gè)發(fā)生了ΔT超功率或ΔT超溫工況則立即緊急停堆。ΔT整定值是根據(jù)一回路有關(guān)參數(shù)由公式計(jì)算出來(lái)的。不考慮動(dòng)態(tài)過(guò)程的簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下：11/19/20222411/19/2022252．核儀表系統(tǒng)提供的保護(hù)（1）源量程緊急停堆在反應(yīng)堆停堆期間和啟動(dòng)初始階段，保證中子注量率10－19％到10－30％FP的測(cè)量。源量程核儀表提供的緊急停堆保護(hù)措施主要用以防止誤稀釋或誤操作而引起的后果。在沒(méi)有閉鎖和通道抽屜未抽出時(shí)，中子注量率測(cè)量計(jì)數(shù)率增加到105s-1時(shí),即產(chǎn)生緊急停堆信號(hào)。某一通道抽屜抽出，說(shuō)明該通道正在進(jìn)行試驗(yàn)，故閉鎖經(jīng)該通道的緊急停堆信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)通道完全抽出，這是不允許的，故需緊急停堆。11/19/202226當(dāng)中間量程中子注量率達(dá)到相當(dāng)于10－5％Pn時(shí)P6出現(xiàn)，允許用閉鎖開關(guān)閉鎖源量程緊急停堆，使功率得以繼續(xù)提升。當(dāng)堆功率降到源量程緊急停堆閾值以下時(shí)，有時(shí)需啟用源量程顯示儀表，可將閉鎖開關(guān)置向解鎖位置一次。為了防止功率大于10％時(shí)錯(cuò)誤進(jìn)行解鎖操作而引起緊急停堆，故用P10信號(hào)來(lái)閉鎖源量程緊急停堆。當(dāng)功率下降到P6閾值時(shí)，源量程高壓電源接通。為了避免在接通高壓電源啟用源量程測(cè)量線路瞬間產(chǎn)生高于源量程緊急停堆閾值的峰值功率而引起誤緊急停堆，閉鎖電路中加有一個(gè)

10s延遲環(huán)節(jié)。11/19/202227（2）中間量程緊急停堆保證中子注量率從2×102到5×1010n／（cm，·s）（或10-6％到100％FP）范圍內(nèi)的測(cè)量。中間量程緊急停堆的功用與源量程的相同，閾值為25％Pn。測(cè)量通道的抽屜試驗(yàn)時(shí)的閉鎖和緊急停堆的原理也與源量程一樣。P10出現(xiàn)后允許手動(dòng)閉鎖。（3）功率量程緊急停堆功率量程緊急停堆（低閾）與中間量程的一樣，是一種冗余。11/19/202228保證堆芯上部、下部以及平均中子注量率的冗余測(cè)量，測(cè)量范圍可覆蓋從5×102到5×1010n/(cm2·s)(10-1％到200％FP）。功率量程緊急停堆閾值為109%Pn（高閾）是超功率保護(hù)的另一種形式（直接形式），不能閉鎖。（4）中子注量率變化率高緊急停堆代表堆功率變化趨勢(shì)、快慢和反應(yīng)堆所處的狀態(tài)。通常用周期表測(cè)量，顯示中子注量率變化一倍的時(shí)間（倍增時(shí)間）。T＝∞說(shuō)明堆功率為常數(shù)，反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)。T為正值表明功率增加，T為負(fù)值表明功率減少。11/19/202229如果倍增時(shí)間為一過(guò)小的正值，說(shuō)明反應(yīng)堆功率增加過(guò)快，容易引起失控。所以，在啟堆升功率期間一定要時(shí)刻監(jiān)視倍增時(shí)間，禁止其小于18s。中子注量率變化率高緊急停堆是為了限制彈棒或掉棒事故后果。當(dāng)前功率與經(jīng)時(shí)間常數(shù)為2s的延遲環(huán)節(jié)的功率之差超過(guò)±5％Pn時(shí)產(chǎn)生緊急停堆動(dòng)作。這是一種瞬時(shí)信號(hào)，所以用記憶環(huán)節(jié)記憶。現(xiàn)場(chǎng)有記憶環(huán)節(jié)的復(fù)位開關(guān)。11/19/2022303．環(huán)路流量偏低的保護(hù)反應(yīng)堆冷卻劑流量低會(huì)使反應(yīng)堆冷卻不良，進(jìn)、出口溫差增加，造成包殼燒毀，所以必須進(jìn)行保護(hù)。流量低有兩個(gè)現(xiàn)象，第一是泵電源斷路器斷開；另一個(gè)是轉(zhuǎn)速下降。（1）單環(huán)路流量偏低保護(hù)當(dāng)堆功率大于30％Pn時(shí)，出現(xiàn)允許信號(hào)P8，但此時(shí)如果一個(gè)環(huán)路流量低于額定值的88.8％（三臺(tái)檢測(cè)儀表有二臺(tái)達(dá)到閾值）或一臺(tái)主泵斷路器打開,則發(fā)生緊急停堆動(dòng)作。也就是說(shuō)，如果堆功率大于30％Pn，則必須三個(gè)環(huán)路都正常運(yùn)行。11/19/202231（2）雙環(huán)路流量偏低保護(hù)當(dāng)堆功率大于10％Pn，或汽輪機(jī)功率大于額定值的10％時(shí)，出現(xiàn)允許信號(hào)P7。此時(shí)如果有二個(gè)環(huán)路流量低于額定值的88．8％或主泵轉(zhuǎn)速低于1365r/min或主泵斷路器打開，則發(fā)出緊急停堆動(dòng)作。4．穩(wěn)壓器和蒸汽發(fā)生器參數(shù)異常引發(fā)的保護(hù)（1）穩(wěn)壓器壓力高保護(hù)目的：防止一回路超壓，保護(hù)一回路壓力邊界。三臺(tái)壓力測(cè)量?jī)x表有兩臺(tái)測(cè)得的表壓力高于16.45MPa時(shí)，則產(chǎn)生緊急停堆保護(hù)動(dòng)作。11/19/202232（2）穩(wěn)壓器水位高保護(hù)堆功率大于10％Pn時(shí)（P7信號(hào)出現(xiàn)），如果三臺(tái)測(cè)量?jī)x表有兩臺(tái)測(cè)得的穩(wěn)壓器水位高于2.48m（滿量程水位的86％），則產(chǎn)生緊急停堆保護(hù)動(dòng)作。因?yàn)樗黄邥?huì)降低穩(wěn)壓器控制壓力的能力（蒸汽空間減少），所以它是穩(wěn)壓器超壓的先兆。11/19/202233（3）穩(wěn)壓器壓力低保護(hù)這個(gè)保護(hù)動(dòng)作也是在P7允許信號(hào)下，在測(cè)量?jī)x表三取二符合邏輯下，當(dāng)穩(wěn)壓器絕對(duì)壓力低到13．0MPa后發(fā)出的，用來(lái)防止偏離泡核沸騰，保護(hù)燃料包殼。（4）蒸汽發(fā)生器水位低保護(hù)如果蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障（給水流量降低或喪失），引起汽水流量不平衡，造成蒸汽發(fā)生器水位偏低，使二回路吸收一回路能量的能力降低，將導(dǎo)致一回路溫度和壓力上升。11/19/202234只要在一臺(tái)蒸汽發(fā)生器的四個(gè)水位測(cè)量線路中有兩個(gè)測(cè)量值低于保護(hù)閾值，就產(chǎn)生緊急停堆動(dòng)作。只要一臺(tái)蒸汽發(fā)生器的兩個(gè)水位測(cè)量值之一低于保護(hù)閾值且同臺(tái)蒸汽發(fā)生器的蒸汽流量與給水流量之差超過(guò)保護(hù)閾值時(shí)，產(chǎn)生緊急停堆保護(hù)動(dòng)作。（5）蒸汽發(fā)生器水位高高保護(hù)

蒸汽發(fā)生器水位高高出現(xiàn)的原因主要是給水流量控制系統(tǒng)故障，另外蒸汽管道破裂或蒸汽流量突然增加引起的假水位現(xiàn)象也可能產(chǎn)生蒸汽發(fā)生器水位高高信號(hào)。11/19/202235蒸汽發(fā)生器水位過(guò)高的危害有：蒸汽品質(zhì)惡化；如果發(fā)生蒸汽管道破裂會(huì)引起安全殼瞬態(tài)超壓和一回路過(guò)冷。只要一臺(tái)蒸汽發(fā)生器水位高高（四取二），就會(huì)出現(xiàn)允許信號(hào)P14，它使汽輪機(jī)脫扣和主給水隔離；如果同時(shí)存在P7允許信號(hào)，則產(chǎn)生緊急停堆。11/19/2022365．汽輪機(jī)脫扣引發(fā)的保護(hù)汽輪機(jī)脫扣會(huì)使一、二回路功率瞬時(shí)失衡，使一回路溫度和壓力迅速上升。這種現(xiàn)象在高功率運(yùn)行時(shí)尤其嚴(yán)重。此時(shí)如果冷凝器不可用或GCT不可用，排放系統(tǒng)不能正常工作，則必須緊急停堆，以保護(hù)燃料包殼和一回路壓力邊界。（1）汽輪機(jī)脫扣對(duì)于保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，“汽輪機(jī)脫扣”的定義：三個(gè)低壓缸中有兩個(gè)的進(jìn)汽截止閥全部關(guān)閉或三個(gè)保護(hù)油壓力測(cè)量線路信號(hào)中有兩個(gè)低于保護(hù)閾值。此時(shí)產(chǎn)生汽輪機(jī)脫扣信號(hào)C8。11/19/202237（2）冷凝器不可用冷凝器絕對(duì)壓力大于50kPa或噴水總管表壓力小于0．6MPa就稱冷凝器不可用，反之稱冷凝器可用。冷凝器可用產(chǎn)生的信號(hào)為C9，不可用為C9。（3）GCT不可用15個(gè)GCT排放閥上游的隔離閥中只要有一個(gè)未開啟、有蒸汽排放閉鎖信號(hào)存在或排放系統(tǒng)模擬電路未產(chǎn)生高于3℃溫差的排放信號(hào)，即認(rèn)為GCT不可用。11/19/202238汽輪機(jī)脫扣引發(fā)的緊急停堆條件：堆功率大于40％Pn（出現(xiàn)允許信號(hào)P16），加上冷凝器不可用或GCT不可用。11/19/2022396．ATWT保護(hù)ATWT（AnticipatedTransientswithoutTriP）意為“停堆保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)”。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)對(duì)事故工況（特別是Ⅱ類工況）的保護(hù)手段主要是緊急停堆，當(dāng)緊急停堆保護(hù)發(fā)生故障時(shí)（例如當(dāng)參數(shù)達(dá)到緊急停堆保護(hù)閾值但沒(méi)產(chǎn)生緊急停堆保護(hù)信號(hào)，或雖然產(chǎn)生了緊急停堆信號(hào)但緊急停堆斷路器未斷開）發(fā)生ATWT。停堆保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)的概率PATWT等于緊急停堆概率P1與緊急停堆保護(hù)故障的概率P2的乘積。11/19/202240在各種ATWT事故中，以失掉正常給水和失掉廠外電源這兩個(gè)ATWT最為嚴(yán)重，前者使一回路超壓，后者使DNBR降低。正常給水喪失可能是由于給水泵故障也可能是由于給水調(diào)節(jié)閥故障引起的。如果發(fā)生了喪失正常給水ATWT，則由于二回路吸收一回路熱量的能力下降而引起一回路溫度和壓力上升。為了限制這些后果，AT