杜 宇，陳銀萍

（中核集團(tuán)中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

在核電站運(yùn)行期間，系統(tǒng)部件可能受到多種影響，這些影響會(huì)引起系統(tǒng)性能的變化。因此，有必要對(duì)核電站的系統(tǒng)和部件進(jìn)行檢查，找出可能的損傷，以判斷其對(duì)核電站安全運(yùn)行是否有影響。試驗(yàn)的范圍和嚴(yán)格性應(yīng)該根據(jù)被試驗(yàn)的系統(tǒng)及部件的安全重要性來(lái)確定。電站運(yùn)行人員應(yīng)制定系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行定期試驗(yàn)規(guī)程，以檢查安全系統(tǒng)及安全相關(guān)系統(tǒng)與其設(shè)計(jì)的安全功能準(zhǔn)則一致。

1 定期試驗(yàn)的目的和范圍

1.1 定期試驗(yàn)的目的

根據(jù)《中華人民共和國(guó)核安全法規(guī)匯編》（2004修訂版）核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定（HAF 103）的要求：“運(yùn)營(yíng)單位必須制定并實(shí)施安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的維修、試驗(yàn)、監(jiān)督和檢查的大綱，必須確定核動(dòng)力廠所有的安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的維修、試驗(yàn)、監(jiān)督和檢查的標(biāo)準(zhǔn)和頻度，以保證構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件的可靠性和有效性與核動(dòng)力廠整個(gè)壽期內(nèi)的設(shè)計(jì)要求始終保持一致[1,2]?！?/p>

根據(jù)HAD103/09《核電廠安全重要物項(xiàng)的監(jiān)督》的規(guī)定，定期試驗(yàn)要保證：

1）放射性產(chǎn)物和周圍環(huán)境之間屏蔽的完整性。

2）安全系統(tǒng)的可用性[3]。

核電站在正常運(yùn)行和生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生具有放射性的物質(zhì)，為避免放射性外泄對(duì)公眾安全造成影響，核電站采用縱深防御的政策，在預(yù)防、監(jiān)督和應(yīng)急處理等各個(gè)方面提出了要求。其中，對(duì)安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行定期試驗(yàn)是保障核安全的一項(xiàng)重要預(yù)防措施[4,5]。

定期試驗(yàn)即通過制定專門的試驗(yàn)規(guī)程對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的性能進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以確保核電站在整個(gè)壽期內(nèi)安全可靠地運(yùn)行。

1.2 定期試驗(yàn)范圍

核電站定期試驗(yàn)涉及的系統(tǒng)和設(shè)備較多，其范圍與電廠的類型有關(guān)。以目前M310堆型的壓水堆核電站為例，定期試驗(yàn)主要包括反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)、安全專設(shè)系統(tǒng)以及與安全相關(guān)的支持系統(tǒng)等。

2 定期試驗(yàn)相關(guān)文件

定期試驗(yàn)相關(guān)文件主要有：系統(tǒng)安全準(zhǔn)則、試驗(yàn)導(dǎo)則、定期試驗(yàn)完整性說(shuō)明[6]、定期試驗(yàn)導(dǎo)則[7]、安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗(yàn)監(jiān)督要求[8]、系統(tǒng)運(yùn)行定期試驗(yàn)規(guī)程。

制定系統(tǒng)運(yùn)行定期試驗(yàn)規(guī)程，要求從系統(tǒng)本身和相關(guān)配套設(shè)備兩方面考慮，通過其上游定期試驗(yàn)相關(guān)要求文件及技術(shù)支持文件來(lái)制定。該規(guī)程的制定流程及定期試驗(yàn)相關(guān)文件的關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行定期試驗(yàn)規(guī)程的制定流程及相關(guān)文件簡(jiǎn)介Fig.1 Brief introduction to the formulation process and related documents of the system operation periodical test procedure

3 過程儀表系統(tǒng)定期試驗(yàn)

3.1 過程儀表系統(tǒng)

3.1.1 過程儀表

過程儀表的定義涵蓋機(jī)組主要系統(tǒng)各種運(yùn)行參數(shù)的過程儀表，過程儀表通道根據(jù)不同的系統(tǒng)功能劃分為不同種類的儀表通道。

包括兩類儀表通道：

1）控制組儀表通道，通過控制和調(diào)節(jié)，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

2）保 護(hù) 組（IP組，IIP組，IIIP組 和IVP組）儀表通道，每個(gè)通道都能對(duì)重要過程參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、采集和處理。被處理的變量與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果超過了設(shè)定值，此通道就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)局部脫扣信號(hào)，這個(gè)信號(hào)會(huì)和來(lái)自其他冗余通道的局部脫扣信號(hào)進(jìn)行邏輯組合。根據(jù)所監(jiān)測(cè)的變量，這些冗余通道的個(gè)數(shù)可以是2，3或4。反應(yīng)堆緊急停堆信號(hào)在上述通道產(chǎn)生后被送往停堆斷路器或者控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源柜，參與專設(shè)邏輯運(yùn)算的信號(hào)被送往下游的保護(hù)邏輯系列。

這兩類中保護(hù)組儀表通道能夠觸發(fā)安全級(jí)的停堆或?qū)ＴO(shè)安全設(shè)施。根據(jù)各系統(tǒng)的傳感器的功能確定相應(yīng)的保護(hù)通道，保護(hù)儀表通道輸出的信號(hào)包括以下內(nèi)容：

a）送往處理器的信號(hào)。

b）通過隔離模塊送到事故后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（事故后監(jiān)測(cè)）的模擬信號(hào)。

c）送往其他系統(tǒng)的信號(hào)等。

過程儀表通道是保護(hù)儀表通道的一部分，范圍從傳感器（試驗(yàn)不包括傳感器部分）到輸入卡件。

這里過程儀表系統(tǒng)試驗(yàn)包含對(duì)保護(hù)組儀表通道以及對(duì)應(yīng)儀表的試驗(yàn)。

3.1.2 保護(hù)通道的功能和組成

3.1.2.1 保護(hù)通道的功能

保護(hù)儀表組分為熱工儀表組和核儀表組，監(jiān)測(cè)物理參數(shù)。當(dāng)參數(shù)的變化達(dá)到或超出安全分析確定的保護(hù)動(dòng)作整定值時(shí)，給出保護(hù)動(dòng)作的初始啟動(dòng)信號(hào)。

反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)接收上述儀表組的信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，符合邏輯組合的要求時(shí)給出保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)信號(hào)。

3.1.2.2 安全功能

反應(yīng)堆控制系統(tǒng)將這些參數(shù)限制在允許的范圍內(nèi)。在控制系統(tǒng)故障給出錯(cuò)誤指令或發(fā)生異常事件（事故）時(shí)，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，將重要參數(shù)維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，保證反應(yīng)堆的安全。

3.1.2.3 保護(hù)通道組成

1）測(cè)量?jī)x表（探測(cè)器、傳感器和保護(hù)儀表預(yù)處理裝置等），監(jiān)測(cè)核電機(jī)組變量。

2）采集和處理單元，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為開-關(guān)信號(hào)，送到保護(hù)邏輯。

3）保護(hù)邏輯，接收儀表組送來(lái)的開-關(guān)信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，發(fā)送保護(hù)動(dòng)作指令到安全驅(qū)動(dòng)器。

保護(hù)通道原理圖如圖2所示。過程儀表通道的定期試驗(yàn)分幾個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段有其自身的試驗(yàn)頻度。

圖2 護(hù)儀表通道-原理圖Fig.2 Protective instrument channel-schematic diagram

本文以福清一期核電機(jī)組為例進(jìn)行說(shuō)明。福清一期的保護(hù)通道是基于美國(guó)英維斯公司的安全級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，保護(hù)系統(tǒng)有4個(gè)冗余的保護(hù)組和兩個(gè)冗余的系列（A系列和B系列）組成。每一個(gè)保護(hù)組包含兩個(gè)功能多樣性的子系統(tǒng)（子系統(tǒng)1和子系統(tǒng)2）。每個(gè)子系統(tǒng)又由3個(gè)完全相同的系統(tǒng)支路組成，采用了三重冗余的設(shè)計(jì)，每塊主處理器卡件上包含3個(gè)主處理器模塊，每個(gè)系統(tǒng)支路獨(dú)立地執(zhí)行控制程序，并與其他兩個(gè)支路并行工作，有一個(gè)專用I/O處理器用于管理主處理器與I/O模塊間的數(shù)據(jù)交換。因?yàn)槊恳粋€(gè)支路都是和其他兩個(gè)隔離的，任一支路內(nèi)的任何一個(gè)單點(diǎn)失效都不會(huì)傳遞給其他兩支。如果在一支內(nèi)有硬件故障發(fā)生，該失效的一支就能被其他兩支所補(bǔ)償。這一結(jié)構(gòu)保障了保護(hù)系統(tǒng)的高可靠性[9]。

3.2 過程儀表系統(tǒng)定期試驗(yàn)的目的

過程儀表通道試驗(yàn)的目的是保證機(jī)組的整個(gè)壽期內(nèi)過程儀表以及過程儀表通道的正常運(yùn)行。

保護(hù)通道的結(jié)構(gòu)允許相關(guān)的保護(hù)動(dòng)作的一個(gè)或多個(gè)保護(hù)通道（閾值）和邏輯處理間的連接中斷，而不觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。這時(shí)，安全限制變成可用性限制。切換到試驗(yàn)狀態(tài)導(dǎo)致通道狀態(tài)變成故障狀態(tài)。對(duì)仍然在運(yùn)行的通道，這意味著分別從4取2或3取2邏輯分別變成3取1或2取1邏輯。

需要在特定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。只有在核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)及汽輪機(jī)處于穩(wěn)定工況，并且沒有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，才允許通道切換到試驗(yàn)狀態(tài)。

3.3 過程儀表系統(tǒng)定期試驗(yàn)分析

3.3.1 過程儀表系統(tǒng)安全或安全相關(guān)準(zhǔn)則

福建福清核電廠一期工程的過程儀表通道安全準(zhǔn)則為：為保證儀表及儀表通道能夠完成其功能，需要檢查影響安全性的各種組件和相關(guān)的連接設(shè)備。檢查內(nèi)容包括：

1）檢查傳感器/轉(zhuǎn)換器組件的可用性。檢查準(zhǔn)則是參數(shù)轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)。

2）檢查隔離分配模塊和輸入卡件的可用性，檢查準(zhǔn)則為在信號(hào)分配，模擬量信號(hào)采集，響應(yīng)時(shí)間與功能要求相符。

3.3.2 過程儀表系統(tǒng)組成和相關(guān)試驗(yàn)

本節(jié)對(duì)過程儀表通道的各組件分別描述各種類型的試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括以下方面：

1）在線試驗(yàn)。

2）數(shù)據(jù)一致性檢查。

3）定期試驗(yàn)。

4）停堆換料期間的試驗(yàn)。

3.3.2.1 變送器

a）在線試驗(yàn)

對(duì)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的通道，相應(yīng)整定值的狀態(tài)由保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)。如果因傳感器故障請(qǐng)求執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，將觸發(fā)一個(gè)報(bào)警。因此，可通過在線報(bào)警信號(hào)進(jìn)行在線試驗(yàn)。

b）數(shù)據(jù)一致性檢查

運(yùn)行中要進(jìn)行日常檢查，保證冗余通道的數(shù)據(jù)一致性。這樣，就檢查了下面組件是否正常運(yùn)行：

① 傳感器聯(lián)結(jié)裝置。

② 傳感器。

③ 傳感器通道。

④ 轉(zhuǎn)換器。

⑤ 模擬量處理模塊。

⑥ 機(jī)柜/控制室信號(hào)傳輸。

⑦ 控制室信息。

上述檢查不能驗(yàn)證保護(hù)通道的精度是否能夠滿足功能要求，但是可以探測(cè)到通道故障或調(diào)節(jié)作用喪失。

c）定期試驗(yàn)

需要對(duì)傳送邏輯信號(hào)到反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)及專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)邏輯處理單元的通道進(jìn)行定期試驗(yàn)。試驗(yàn)開始階段，要檢查冗余通道數(shù)據(jù)的一致性，記錄控制室中數(shù)據(jù)的讀數(shù)。冗余通道的測(cè)量值間的差異要符合規(guī)程規(guī)定的偏差，允許的偏差值依據(jù)相關(guān)通道的理論精度確定。

這些試驗(yàn)，例如運(yùn)行期間的檢查，可以探測(cè)到任何的故障，漂移或調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確。

d）停堆換料期間進(jìn)行的其他試驗(yàn)

在停堆換料期間要對(duì)變送器做校準(zhǔn)試驗(yàn)，通過測(cè)試傳感器和轉(zhuǎn)換器。試驗(yàn)保證傳感器達(dá)到制造商規(guī)定的理論精度[10]。

對(duì)給定的傳感器，試驗(yàn)每“n”個(gè)停堆換料周期進(jìn)行一次，“n”為冗余通道的數(shù)量。這就保證對(duì)每個(gè)冗余通道的測(cè)量，至少有一個(gè)傳感器在上一次停堆換料期間中檢查過。此傳感器的數(shù)據(jù)可以作為參考來(lái)檢查一致性。這樣，就可以探測(cè)出任何共模漂移故障。

3.3.2.2 模擬量處理模塊

a）在線試驗(yàn)

試驗(yàn)內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)儀表通道的供電電壓、持續(xù)監(jiān)測(cè)電壓和絕緣電阻，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。對(duì)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的通道，如果通道故障，導(dǎo)致請(qǐng)求動(dòng)作，保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。故障的通道通過狀態(tài)指示或報(bào)警顯示。

b）數(shù)據(jù)一致性檢查

在運(yùn)行過程中檢查冗余通道數(shù)據(jù)的一致性，間接檢查模擬量處理模塊的正常運(yùn)行。

c）過程儀表試驗(yàn)裝置定期試驗(yàn)

試驗(yàn)涉及產(chǎn)生命令到保護(hù)系統(tǒng)或?qū)ＴO(shè)安全系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通道，以及在正常運(yùn)行時(shí)不能檢查的事故后監(jiān)測(cè)通道。圖3為保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)的T1試驗(yàn)的范圍。

圖3 保護(hù)系統(tǒng)定期試驗(yàn)范圍Fig.3 Periodic test range of protection system

通過對(duì)試驗(yàn)通道的輸入端注入信號(hào)，而且其動(dòng)態(tài)變化與事故后瞬態(tài)的動(dòng)態(tài)變化相當(dāng)，使試驗(yàn)的通道觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。

試驗(yàn)驗(yàn)證準(zhǔn)則為測(cè)量處理模塊的漂移，驗(yàn)收準(zhǔn)則允許的裕度應(yīng)考慮通道的所有模塊。

試驗(yàn)檢查每個(gè)模塊的設(shè)置，并通過自檢檢查模塊的故障以防出現(xiàn)定期試驗(yàn)故障。探測(cè)到故障模塊后，需要安排維修來(lái)重新調(diào)整或替換故障模塊。

維修后為驗(yàn)證通道有效性，需要進(jìn)行相應(yīng)的定期試驗(yàn)。

進(jìn)行定期試驗(yàn)，檢查相應(yīng)的通道符合要求精度。精度由定期試驗(yàn)來(lái)保證，需要滿足整體通道精度要求。

d）停堆換料期間進(jìn)行的試驗(yàn)

因?yàn)橐紤]反應(yīng)堆特性的變化，每個(gè)換料周期需要對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)修正。校準(zhǔn)根據(jù)儀表的設(shè)備運(yùn)行和維修手冊(cè)的要求執(zhí)行。

3.3.2.3 到保護(hù)系統(tǒng)的傳輸通道

持續(xù)監(jiān)測(cè)采集和處理單元產(chǎn)生的到保護(hù)系統(tǒng)的邏輯信號(hào)。處理單元或傳輸通道故障導(dǎo)致部分觸發(fā)，產(chǎn)生報(bào)警。

過程儀表通道產(chǎn)生的邏輯信號(hào)分別送到各保護(hù)系統(tǒng)系列（或送到預(yù)期瞬態(tài)未停堆處理單元）。保護(hù)系統(tǒng)（或預(yù)期瞬態(tài)未停堆處理單元）每個(gè)系列輸入信號(hào)的狀態(tài)在工作站顯示。

3.3.2.4 事故后監(jiān)測(cè)參數(shù)

a）數(shù)據(jù)一致性檢查要對(duì)在正常運(yùn)行期間提供重要參數(shù)顯示的通道進(jìn)行檢查以保證數(shù)據(jù)的一致性。

試驗(yàn)間接地檢查了事故后監(jiān)測(cè)參數(shù)顯示及傳輸通道工作正常，這樣就保證了信息可用于事故后監(jiān)測(cè)。

b）定期試驗(yàn)

對(duì)下面內(nèi)容進(jìn)行定期試驗(yàn)：

① 對(duì)同時(shí)產(chǎn)生到保護(hù)系統(tǒng)命令的事故后監(jiān)測(cè)指示通道。

② 正常運(yùn)行期間不提供重要的參數(shù)顯示的事故后監(jiān)測(cè)通道。

試驗(yàn)主要包括：對(duì)每個(gè)通道注入模擬信號(hào)，并檢查控制室的事故后監(jiān)測(cè)參數(shù)讀數(shù)顯示。

記錄的數(shù)值必須在過程儀表試驗(yàn)裝置可接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

定期試驗(yàn)有效地保證了安全及安全相關(guān)系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性和有效性，使其在核電站整個(gè)壽期內(nèi)與其設(shè)計(jì)要求保持一致。定期試驗(yàn)相關(guān)上游設(shè)計(jì)文件對(duì)這些具有安全及安全相關(guān)功能的系統(tǒng)或設(shè)備的試驗(yàn)內(nèi)容和目的進(jìn)行了說(shuō)明，依據(jù)這些上游文件，運(yùn)行人員可以制定切實(shí)有效的定期試驗(yàn)規(guī)程，從而保證了核電站運(yùn)行人員及公眾的健康安全。

本文對(duì)過程儀表系統(tǒng)定期試驗(yàn)的范圍、內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析，包括對(duì)變送器、模擬量處理模塊，到保護(hù)系統(tǒng)的傳輸通道以及事故后監(jiān)測(cè)參數(shù)分別進(jìn)行了研究，確保定期試驗(yàn)的范圍覆蓋了全部?jī)x表通道，以保障儀表通道滿足核電機(jī)組的安全運(yùn)行要求，對(duì)數(shù)字化核電機(jī)組后續(xù)進(jìn)行具體儀表通道的定期試驗(yàn)規(guī)程提供了實(shí)施依據(jù)。