摘要：反应堆保护系统（RPS - Reactor Protection System）是核电站重要的安全系统，福清5、6号机组核电站数字化反应堆保护系统基于AREVA公司的TXS 平台实现，与以往不同，反应堆保护系统的逻辑功能也与以前有很大不同，本文将通过对比这些差异，发现华龙一号反应堆保护系统提高了系统的可靠性，完善了系统的调试和维护。
1 引言
反应堆保护系统（RPS - Reactor Protection System）是核电站重要的安全系统，它监测与反应堆安全有关的重要参数，当这些参数达到安全分析确定的整定值时自动触发紧急停堆和/或启动专设安全设施，以限制事故的发展和减轻事故后果，保证反应堆及核电站设备和人员 的安全，防止放射性物质向周围环境释放。
反应堆保护系统包括反应堆紧急停堆系统（RTS - Reactor Trip System）和专设安全设施驱动系统（ESFAS - Engineered Safety Features Actuation System）两部分，每个系统都是由仪表系统和逻辑系统组成。它包括了用于保护参数测量的测量电路、信号调整、保护逻辑驱动控制接口单元以及辅助电源供给单元。
福清5、6号机组核电站数字化反应堆保护系统基于AREVA公司的TXS 平台实现。整个系统由4 个保护组（IP、IIP、IIIP、IVP）和2个逻辑系列（A、B）组成。单个通道保护参数的采集处理和阈值比较在保护组完成，停堆和专设逻辑符合在A，B 列完成。福清1-4号机组核电站数字化反应堆保护系统基于INVENSYS公司的TRICON平台实现，整个系统也是由4 个保护组（IP、IIP、IIIP、IVP）和2个逻辑系列（A、B）组成。单个通道保护参数的采集处理和阈值比较在保护组完成，但是停堆逻辑符合在四个保护组完成，专设逻辑符合在A，B 列完成。
2 反应堆保护系统结构差异性分析
2.1 M310机组反应堆保护系统设计
福清1-4核电站保护系统上游为4重冗余的保护组，4 个保护仪表组分布在4 个隔离的连接厂房内。不同的是，每个保护组包括两个多样化子组和一个服务器子组。每个子组完成安全级过程仪表和核仪表信号的采集，阈值比较以及停堆逻辑符合，触发单通道的停堆信号和到ESFAS列的驱动专设动作的“局部脱扣信号”；服务器子组采集保护组内的PAMS 信号以及其他需要在非安全级显示和处理的信息，与位于A，B列的服务器子组通讯，并通过列内的服务器子组将PAMS信号上传到SVDU显示，将其他信息通过网关传输到非安全级系统，类似与福清5、6号机组通信传输单元TUA/B。4 个保护组之间以及与ESFAS间通过远程IO的方式进行数据传输。
福清1-4号核电站保护系统下游为两个冗余的ESFAS列，每个列包括两个多样化子组和一个服务器子组。多样化子组接收来自保护组的“局部脱扣信号”并进行逻辑符合产生系统级ESF 动作，并根据具体工艺要求进行部件级的ESF 逻辑控制。最终ESF 驱动信号通过硬接线传输到PLM。列服务器子组负责与保护组服务器子组，SVDU 以及非安全级的通讯。优选模块（PLM）接收来自四个上游系统的指令信号，按优先级次序依次为ECP 系统级手动控制指令、1E 级Tricon 的ESFAS指令、ATWT/多样化保护系统指令、来自非安全级系统的指令。PLM模件采用FPGA技术，只完成优选逻辑和定期试验功能，执行器状态信息的显示，驱动命令的保持和中断等功能由其他系统完成。PLM 模件只接受硬接线信号，对于来自非安全级系统的信号需进行电气隔离。
2.2 福清5、6号机组核电站保护系统结构
福清5、6号机组核电站保护系统是基于TXS 过程控制系统的硬件和软件结构。系统可以被分为过程变量参数和设备状态参数的输入、数据采集和处理计算机系统、停堆断路器和专设安全设施的驱动逻辑运算、信息结构与数据存储单元（SU）、通讯网关等部分。总体结构如图1所示。
反应堆保护系统的上游为4 重冗余的保护组。为了满足独立性要求，4 个保护仪表组分布在4个隔离的连接厂房内。每个保护仪表组主要包括以下单元：
1）保护仪表预处理单元（PIPS）
保护仪表预处理单元（用于向过程测量仪表进行供电并采集过程测量仪表送来的模拟量信号，将这些信号隔离后分配到需要的地方。如：保护系统的采集处理单元APU、过程控制系统、反应堆功率调节系统或者去后备盘指示。
2）核测量单元
用于采集和调理核中子探测器送来的表征核功率的信号，包括源量程探测器送来的脉冲信号、中间量程探测器和功率量程探测器送来的电流信号。
3）采集处理单元（APU）
采集处理单元分为两个多样性子组，每个子组包括两个处理器。主要执行以下功能：采集保护仪表预处理单元和核测量单元送出的模拟量信号，将这些信号转换为数字量，经过必要的计算和设定值比较运算后产生表决所需的局部触发信号，并通过安全级光纤通讯网络L2 把这些“局部脱扣信号”送到下游对应子系统的驱动逻辑单元（ALU）。
4）保护组传输单元（TU A/B）
保护组与盘接口柜（QDS）之间的PAMS 信号传输，采集保护组内设备状态信息，通过列传输单元与非安全级DCS之间的信号传输。
反应堆保护系统的下游为两个冗余的逻辑系列，即逻辑系列A 和逻辑系列B。为了满足独立性的要求，两个系列分别布置在两个隔离的电气厂房内。每个逻辑系列主要包括以下5 个单元。
1）驱动逻辑单元（ALU）
驱动逻辑单元同样分为两个多样性子组，对于每一个多样性子组，设计了两个半逻辑X 和Y，进行相同的逻辑处理。
2）列传输单元（TU1/2）
主要功能包括采集所在逻辑系列内的设备状态信息，与保护组传输单元通讯，与非安全级系统网关通讯，与保护系统服务器通讯等。
3）网关
用于与非安全级系统的信息传输和网络协议的转换。
4）盘接口柜（PI）
PI 为保护系统与后备盘的接口。保护系统内部的部分重要信号作为失去计算机化的控制方式后的指示和报警都经由PI送往后备盘，从后备盘发出的保护动作的复位/闭锁指令也经盘接口柜送到保护系统。
5）优先级驱动控制单元（PACS）
PACS执行优先级驱动控制功能，针对每一个安全驱动器，来自反应堆保护系统自动逻辑、非安全级控制系统、后备盘和紧急控制盘的驱动信号在此进行优先级判别，最终产生一个信号用于驱动专设安全设施驱动器。
3 结论
华龙一号和M310机组反应堆保护系统设计都采用了数字化技术带来的优势，华龙一号反应堆保护系统采用了法马通公司的TXS平台，与M310机组不同，通道与通道之间、通道与列之间采用安全级网络连接，大大减少了期间硬接线的数量，这样的系统结构使得华龙一号反应堆保护系统的逻辑功能更加全面，提高了机组的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]福清核电厂反应堆保护系统手册
[2]RPS SYSTEM REQUIREMENT SPECIFICATION
论文作者:张帅,王灿
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：系统论文; 反应堆论文; 逻辑论文; 信号论文; 单元论文; 福清论文; 核电站论文; 《电力设备》2018年第35期论文;