核电站数字化反应堆保护系统停堆响应时间分析

　　一、引言

　　为了保证核电站的安全性，所有核电站必须设置可实现自动控制的反应堆保护系统，它的功用是保护三大核安全屏障(即燃料包壳、一回路压力边界和安全壳)的完整性。当运行参数达到危机三大屏障完整性的闭值时，要紧急停堆，必要时启动专设安全设施。

　　紧急停堆，即切断控制棒束及其他棒束电源，使全部控制棒紧急插入堆芯，停闭反应堆。紧急停堆控制，由反应堆保护系统实现信号采集、运算和控制输出。由于涉及核电站的安全，对停堆的响应时间要求非常严格，涉及停堆响应速度的指标主要包括传感器响应时间、保护系统响应时间、停堆断路器响应时间，一般要求反应堆保护系统的响应时间应小于0.2秒，所以必须对响应时间进行评价。反应堆保护系统的响应时间，是从现场传感器产生信号到反应堆保护系统输出信号给停堆断路器所用的时间。一般需要通过理论分析和实际测试两种手段进行评价。通过理论分析能得出理论上响应时间的最大值，而实际测试是对响应时间的实际验证，但实测值始终是小于最大值的一个值，所以为了保证确定性，应对响应时间的理论最大值进行评价。

　　二、数字化反应堆保护系统

　　结构典型的数字化反应堆保护系统结构如图1所示。为了获得更高的安全性，整个反应堆保护系统由四个冗余的保护通道(CHI-IV)构成，每个保护通道都对应一组测量过程参数(如温度、压力、液位、流量等)的传感器。每个保护通道中为上、下两层CPU结构，分别用来进行闭值处理和四取二(2/4)符合逻辑运算。CPU1将采集的传感器信号进行闭值比较后，得出一数字量结果，例如，超过限值为1，未超过限制为0，并将此结果(1或0)发送给本通道及其它通道的CPU2。各个保护通道的CPU2对接受到的结果再进行2/4符合运算，当有大于等于2个通道闭值结果为1时，便产生一个停堆信号，停堆信号分别由各个保护通道的DO发出，使各保护通道对应的停堆断路器的失压线圈断电，从而切断控制棒驱动机构电源，使控制棒全部落入堆芯，反应堆停堆。

　　三、反应堆保护系统信号处理过程

　　反应堆保护系统的信号处理过程如图2所示。现场传感器信号输入给AI模块，AI模块将信号处理完毕后，通过I/O总线传送给CPU1处理，CPU1进行输入处理、运算处理、输出处理、通讯处理及自诊断处理等过程后，通过单向“点对点”网络传输给CPU2进行下一步处理，CPU2的处理过程和CPU1一样，并最终将运算结果通过I/O总线再传送给DO模块，实现控制输出。故此，整个信号处理过程包括以下几个部分：