管理類核電廠儀表及控制基礎(chǔ)第4單元1 das

授課人：日期：中電投高級培訓(xùn)中心

4單元多樣化驅(qū)動系統(tǒng)（DAS）特殊測量系統(tǒng)（SMS）

1.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)概述2.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)（DAS）功能3.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)性能和運行準(zhǔn)則4.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)束語5.地震監(jiān)測系統(tǒng)的功能6.地震監(jiān)測系統(tǒng)描述7.特殊監(jiān)測系統(tǒng)（SMS）

7.1數(shù)字式金屬碰撞監(jiān)測系統(tǒng)（DMIMS）7.2吊籃振動監(jiān)測系統(tǒng)（CBVMS)7.3反應(yīng)堆冷卻劑泵振動監(jiān)測系統(tǒng)（RCPVMS）1.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)概述AP1000型核電廠設(shè)置了保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)-PMS。該系統(tǒng)采用了四個冗余系列并與其它系統(tǒng)嚴(yán)格隔離，保證安全。但為防止可能性極小的四個系列都失效的共模故障和假設(shè)瞬態(tài)事故同時發(fā)生，該停堆時沒有停堆，尤其在包括保護系統(tǒng)的儀表和控制系統(tǒng)采用計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字化控制以后，除了硬件共模故障，還必須考慮軟件可能引起的共模故障，為此，AP1000設(shè)置了與保護系統(tǒng)在測量參數(shù)、結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、通訊、電源和驅(qū)動信號方面都不同的（多樣的）保護后備系統(tǒng)-多樣性驅(qū)動系統(tǒng)。2.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)（DAS）功能

多樣性驅(qū)動系統(tǒng)不是安全系統(tǒng)，屬于安全D類，抗震Ⅱ級。DAS有三個主要的功能：如果電廠參數(shù)超過設(shè)定值時，為反應(yīng)堆緊急停堆；驅(qū)動選定的專設(shè)安全設(shè)施；提供獨立的手動方式（硬接線）觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆和驅(qū)動選定的專設(shè)安全設(shè)施。為選定的電廠參數(shù)提供專用的、獨立的指示；為預(yù)期瞬態(tài)未能緊急停堆事件提供緩解措施。在假想PMS共因故障情況下，減少堆芯熔化和安全殼超壓的概率自動驅(qū)動功能

基于對電廠的概率風(fēng)險分析。DAS有四項自動驅(qū)動功能：2.1.1反應(yīng)堆停堆和汽輪機停機

當(dāng)蒸汽發(fā)生器低液位或穩(wěn)壓器低液位時，DAS自動觸發(fā)反應(yīng)堆停堆和汽輪機停機。2.1.2堆芯補水箱驅(qū)動和反應(yīng)堆冷卻劑泵停泵

當(dāng)蒸汽發(fā)生器低液位或穩(wěn)壓器低液位時，DAS自動驅(qū)動堆芯補水箱，并使所有反應(yīng)堆冷卻劑泵停泵。

2.1.3非能動余熱排出（PRHR)系統(tǒng)驅(qū)動和安全殼內(nèi)換料水箱(IRWST)回流槽隔離當(dāng)蒸汽發(fā)生器低液位或反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)熱段高溫度時，DAS自動驅(qū)動非能動余熱排出系統(tǒng)，并關(guān)閉IRWST回流槽疏水管道上的隔離閥。2.1.4安全殼隔離和非能動安全殼冷卻系統(tǒng)驅(qū)動

當(dāng)發(fā)生安全殼高溫度時，DAS自動隔離選定的安全殼貫穿件

并驅(qū)動非能動安全殼冷卻系統(tǒng)。手動驅(qū)動功能

DAS手動驅(qū)動功能通過硬接線的方式將手動驅(qū)動開關(guān)直接連接到最終的負(fù)載。DAS手動驅(qū)動開關(guān)位于主控室專用DAS盤上。為防止意外觸發(fā)，設(shè)置了一個“允許總開關(guān)”。只有手動驅(qū)動允許總開關(guān)，為DAS盤提供了驅(qū)動電源，再同時驅(qū)動盤上的兩個開關(guān)，才能觸發(fā)手動驅(qū)動。

手動驅(qū)動允許總開關(guān)置于主控室操縱員控制臺上。當(dāng)主控室不可用時，DAS手動驅(qū)動功能將被禁止，這需要操作一個DAS禁止總開關(guān)，它放在遠(yuǎn)程停堆室。

手動驅(qū)動功能包括：反應(yīng)堆停堆和汽輪機停機；堆芯補水箱驅(qū)動和反應(yīng)堆冷卻劑泵停泵；非能動余熱排出系統(tǒng)驅(qū)動和安全殼內(nèi)換料水箱回流槽隔離安全殼隔離；非能動安全殼冷卻系統(tǒng)驅(qū)動；

手動驅(qū)動功能(續(xù))氫氣點火裝置控制；第1級自動卸壓；第2級自動卸壓；第3級自動卸壓；第4級自動卸壓；安全殼內(nèi)置換料水箱注射；驅(qū)動安全殼再循環(huán)；驅(qū)動安全殼換料水箱疏水至安全殼。2.3指示功能DAS提供多樣化的指示來確認(rèn)反應(yīng)堆停堆和專設(shè)安全設(shè)施的驅(qū)動。此外還可提供報警和系統(tǒng)狀態(tài)指示。所用的測量儀表也是獨立于保護系統(tǒng)和電廠控制系統(tǒng)的

指示參數(shù)包括：反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)熱段溫度；蒸氣發(fā)生器寬量程液位；穩(wěn)壓器液位；安全殼溫度；堆芯出口溫度；棒電源機組電壓;狀態(tài)指示：DAS手動驅(qū)動；任意一個DAS處理機柜處于試驗?zāi)Ｊ?；DAS自動邏輯故障或異常。3.多樣性驅(qū)動系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)性能和運行準(zhǔn)則

3.1DAS的組成多樣性驅(qū)動系統(tǒng)有兩個冗余的子系統(tǒng)，由兩個處理器和一些支持設(shè)備組成，每個處理器單獨處理輸入信號，并產(chǎn)生輸出信號。輸出采用二取二表決，“通電驅(qū)動”邏輯。DAS與現(xiàn)場設(shè)備之間采用多種類型的接口，并且這些接口類型不同于保護與監(jiān)測系統(tǒng)（PMS）中所采用的接口。反應(yīng)堆停堆接口是通過給控制棒電動發(fā)電機裝置中的就地斷路器的分閘線圈通電，打開這些斷路器，使控制棒驅(qū)動機構(gòu)失電，而PMS停堆是通過停堆斷路器的欠壓（失電）脫扣裝置動作，或勵磁（得電）脫扣裝置動作，導(dǎo)致停堆斷路器打開，使控制棒驅(qū)動機構(gòu)失電，實現(xiàn)停堆。多樣性驅(qū)動系統(tǒng)功能圖多樣性驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DAS系統(tǒng)與基于CommonQ的保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)相隔離和獨立，所以當(dāng)安全系統(tǒng)發(fā)生共模故障的小概率事件時，DAS將執(zhí)行預(yù)期的功能。另外DAS系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，獨立于其它的控制和監(jiān)測系統(tǒng)，并且它的運行不依賴于電廠數(shù)據(jù)（DCS）網(wǎng)絡(luò)的運行DAS系統(tǒng)有兩個控制器機柜。DAS控制器將過程輸入信號與設(shè)定的整定值相比較來決定是否需要自動DAS驅(qū)動。每個DAS驅(qū)動功能的狀態(tài)在主控室DAS專用控制盤上進行顯示。相同的狀態(tài)信息也在接近DAS控制器機柜的工程師站就地可用。與DAS控制器所使用的相同，只需要滿足抗震II級。爆破閥控制機柜包括12個與爆破閥點火裝置連接的爆破閥控制器。DAS系統(tǒng)設(shè)備描述系統(tǒng)性能和運行準(zhǔn)則

單一故障準(zhǔn)則：DAS的單一故障（傳感器故障、硬件故障或電源喪失）不會誤停堆或?qū)ＴO(shè)安全設(shè)施動作。多樣性設(shè)計：采用不同于PMS系統(tǒng)的保護參數(shù)；采用不同的測量儀表，不同的裝置、硬件、軟件和不同于PMS的設(shè)計人員。驅(qū)動信號采用不同于PMS系統(tǒng)的通電驅(qū)動方式。正常2取2的通電驅(qū)動輸出形式，可減少誤動作的幾率。整定值和響應(yīng)時間：DAS設(shè)計的整定值和響應(yīng)時間應(yīng)使DAS的自動驅(qū)動發(fā)生在PMS被驅(qū)動而沒有動作之后,具有在電廠運行時對單個通道進行定期試驗和校準(zhǔn)的能力。

多樣性驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)束語多樣性驅(qū)動系統(tǒng)是一個非安全相關(guān)系統(tǒng)，是保護系統(tǒng)的多樣性后備。它降低嚴(yán)重事故的發(fā)生概率，這些嚴(yán)重事故可能來自于保護系統(tǒng)和控制系統(tǒng)遭遇幾率極小的假想瞬態(tài)和假想共模故障同時發(fā)生的情況。保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)（PMS）設(shè)計成能夠防止共模故障，包括計算機軟件引起共模故障的可能性和不確定性，一旦這種概率很小的共模故障出現(xiàn)了，多樣性驅(qū)動系統(tǒng)就能夠提供多樣性保護。地震監(jiān)測系統(tǒng)的功能

地震反應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集；發(fā)生超過預(yù)定值的地震事件時，通知操縱員；地震事件發(fā)生4個小時內(nèi)，現(xiàn)場分析電廠地震反應(yīng)數(shù)據(jù)；滿足停堆地震判定準(zhǔn)則時，進行地震反應(yīng)數(shù)據(jù)分析后，通知操縱員。地震監(jiān)測系統(tǒng)在安全停堆地震（SSE)期間及事后仍能繼續(xù)執(zhí)行其功能，提供地震影響的相關(guān)信息。

地震監(jiān)測系統(tǒng)描述地震監(jiān)測系統(tǒng)包括的儀表和設(shè)備有：三向加速度傳感器；強震記錄器；時程反應(yīng)分析儀；系統(tǒng)電源板、UPSI/O輸入輸出控制和打印機。10.6.1三向加速度傳感器地震監(jiān)測系統(tǒng)有5個三向加速度傳感器裝在5個監(jiān)測點上，各自安裝在密封的容器中。容器與連接面剛性連接以防止信號放大。傳感器通過電纜與強震記錄器相連。10.6..2強震記錄器每個三向加速度傳感器對應(yīng)一個數(shù)字化強震記錄器。當(dāng)三向加速度傳感器測得的任1信號超過其預(yù)設(shè)定值時，強震記錄器開始記錄地震反應(yīng)數(shù)據(jù)，并通知主控室操縱員記錄系統(tǒng)已被觸發(fā)。

強震記錄器記錄的內(nèi)容包括：地震日期和時間；持續(xù)時間；加速度傳感器位置；加速度傳感器標(biāo)簽編號；加速度峰值和時程等。10.6.3時程反應(yīng)分析儀時程反應(yīng)分析儀用于接收強震記錄器獲得的地震反應(yīng)時程數(shù)據(jù)并自動進行分析。當(dāng)三向加速度傳感器測得的任一信號超過預(yù)設(shè)地震加速度值，系統(tǒng)被觸發(fā)并開始記錄，時程反應(yīng)分析儀即驅(qū)動主控室音頻及視頻報警；當(dāng)超過停堆準(zhǔn)則預(yù)設(shè)定值時，系統(tǒng)將激發(fā)二次報警。報警之后，運行人員利用地震監(jiān)測系統(tǒng)的分析結(jié)果決定是否需要停堆。歷史記錄儀觸發(fā)后開始從每個三維加速度傳感器上記錄數(shù)據(jù)，它提供至少25分鐘的不間斷記錄三向加速度傳感器安裝位置

地震監(jiān)測系統(tǒng)電源地震監(jiān)測系統(tǒng)由非安全級直流和UPS系統(tǒng)（EDS）供電，允許外部電源短暫中斷。電源板可以為強震記錄器提供至少72小時的不間斷電源。

在役試驗和監(jiān)測電廠在正常運行期間，每月進行一次通道檢查，每6個月進行一次通道功能測試，每18個月或停堆換料期間進行一次通道校驗。設(shè)備分級地震監(jiān)測系統(tǒng)無安全相關(guān)功能。地震監(jiān)測系統(tǒng)為非安全D級，非抗震類系統(tǒng)。但系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)根據(jù)IEEE344的要求進行抗震鑒定，在核電廠安全停堆地震(SSE)期間及之后，仍能維持其主要功能。

特殊監(jiān)測系統(tǒng)（SMS）SMS是由一些子系統(tǒng)組成的非安全相關(guān)系統(tǒng)主要包括:數(shù)字式金屬碰撞監(jiān)測系統(tǒng)（DMIMS）吊籃振動監(jiān)測系統(tǒng)（CBVMS)反應(yīng)堆冷卻劑泵振動監(jiān)測系統(tǒng)（RCPVMS）

DMIMSDMIMS用于監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中的金屬松動物件的存在和位置。

金屬物件能通過多種途徑進入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，典型來源包括換料和檢查工具、維修工具和零件、反應(yīng)堆系統(tǒng)部件和堆內(nèi)構(gòu)件的破損。在流速一般約為15m/s的冷卻劑的帶動下，這些金屬物件被沖入冷卻劑分流處的自然積聚區(qū)，如蒸汽發(fā)生器封頭熱端或反應(yīng)堆壓力容器底部。。

松動件能以相當(dāng)大的力撞擊反應(yīng)堆冷卻劑承壓邊界內(nèi)壁和內(nèi)部結(jié)構(gòu)從而引起重大損壞。通過多個壓電式加速度計監(jiān)測寬頻聲音信號。為使撞擊探測的靈敏度最大，應(yīng)把傳感器安放在盡可能接近能捕捉到松動件的區(qū)域：在反應(yīng)堆壓力容器底部安裝3個傳感器、頂蓋3個、每臺蒸汽發(fā)生器3個、每臺反應(yīng)堆冷卻劑泵1個。共16個加速度計，每個加速度計的輸出信號先通過前置放大器和信號處理設(shè)備進行放大，然后再通過鑒別器處理以消除本底噪音。數(shù)據(jù)經(jīng)過分析并形成報警后，通過機柜內(nèi)的全廠DCS接口發(fā)送給全廠數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（DDS。

SMS接口圖

有了這些傳感器，可計算具體的撞擊源位置，撞擊物的質(zhì)量。標(biāo)定過程可以在電廠停堆換料期間進行。DMIMS設(shè)計成可探測到重量從0.11~13.61kg的松動部件，并且還能探測到距離傳感器0.914m（3ft）范圍內(nèi)對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界內(nèi)表面產(chǎn)生動能為0.069kg.m的撞擊。DMIMS包含的功能如下撞擊事件的數(shù)字式記錄；通過分析撞擊信號到達的時間差進行撞擊定位；通過網(wǎng)絡(luò)進行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸；撞擊物質(zhì)量的在線分析。

數(shù)字式金屬撞擊監(jiān)測系統(tǒng)在AP1000設(shè)備安全分級中為D級，抗震按OBE運行基準(zhǔn)地震進行鑒定。

金屬物件能通過多種途徑進入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，典型來源包括換料和檢查工具、維修工具的遺漏，零件、反應(yīng)堆本體系統(tǒng)部件的脫落和堆內(nèi)構(gòu)件的破損。金屬物件與反應(yīng)堆本體系統(tǒng)內(nèi)壁或結(jié)構(gòu)撞擊時產(chǎn)生聲波，這個聲波能通過反應(yīng)堆以及管壁能長距離傳播。壓電式加速度傳感器作為聲敏元件，頻段為1Hz到20kHZ，因為在這個頻段里反應(yīng)堆的本底噪聲不太大，同時反應(yīng)堆壁內(nèi)的聲波衰減不會太嚴(yán)重。數(shù)字式金屬碰撞監(jiān)測系統(tǒng)

AP1000核蒸汽供給系統(tǒng)傳感器的布置

蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器穩(wěn)壓器一體化堆頂組合件每臺S/G波動管反應(yīng)堆冷卻劑泵冷端熱端壓力容器上封頭傳感器位置(3個顯示1個)壓力容器下封頭傳感器位置(3個顯示1個)注3每臺主泵反應(yīng)堆壓力容器表示傳感器位置

秦山一期核電廠松動部件脫落案例1998年至1999年間秦山一期核電廠發(fā)生過一次松動部件脫落事件，造成停堆半年以上，最后用高價請西屋公司的潛水員到吊蘭里面去，（潛水下吊蘭里面去一次就100萬美元，能否拿出還不保證）取出了一個脫落部件后繼續(xù)運行至今

吊籃振動監(jiān)測系統(tǒng)（CBVMS)

在壓水堆的反應(yīng)堆壓力容器中，堆芯端部是靠吊籃支撐的。吊籃的梁型懸臂運動造成堆芯運動，使堆芯與壓力容器壁之間的冷卻劑分配失衡，直接造成堆外核測中子探測器測量值的變化。探測并分析功率量程堆外中子探測器的中子注量率數(shù)值變化和中子噪音，可以測得吊籃的橫向運動并幫助診斷以下問題：吊籃壓緊彈簧預(yù)緊力減小；堆芯冷卻劑上、下流態(tài)異常；吊籃振動監(jiān)測系統(tǒng)（CBVMS)安裝在數(shù)字式金屬碰撞

監(jiān)測系統(tǒng)（DMIMS）的機柜中。

吊籃振動監(jiān)測系統(tǒng)下拉界面

RCPVIMS系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑泵和控制棒驅(qū)動機構(gòu)風(fēng)機異常振的振動狀態(tài)，提供診斷工具和信息以幫助評價反應(yīng)堆冷卻劑泵的性能RCPVIMS在每臺主泵上安裝5個，每臺風(fēng)機上安裝2個加速度傳感器作為結(jié)構(gòu)振動傳感器，1個鍵相（keyphasor）傳感器用于監(jiān)測冷卻劑泵的轉(zhuǎn)速。傳感器信號在儀表柜內(nèi)處理，儀表柜帶有就地液晶顯示器(LCD)。儀表柜通過網(wǎng)絡(luò)與全廠DCS的數(shù)據(jù)鏈接服務(wù)器相連，為主控室顯示和報警提供數(shù)據(jù)。反應(yīng)堆冷卻劑泵和控制棒驅(qū)動機構(gòu)風(fēng)機振動監(jiān)測系統(tǒng)在AP1000設(shè)備安全分級中為D級，抗震分類為NS.反應(yīng)堆冷卻劑泵振動監(jiān)測系統(tǒng)(RCPVIMS)

VIMS為反應(yīng)堆冷卻劑泵和控制棒驅(qū)動機構(gòu)風(fēng)機提供連續(xù)的振動監(jiān)測，其包括兩部分：----控制反應(yīng)堆冷卻劑泵振動監(jiān)測系統(tǒng)（RCPVMS）----棒驅(qū)動機構(gòu)風(fēng)機振動監(jiān)測系統(tǒng)（CFVMS）VIMS是一個連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，通過在主泵和CRDM風(fēng)機上安