杜 宇，陈银萍

（中核集团中国核电工程有限公司，北京 100840）

0 引言

在核电站运行期间，系统部件可能受到多种影响，这些影响会引起系统性能的变化。因此，有必要对核电站的系统和部件进行检查，找出可能的损伤，以判断其对核电站安全运行是否有影响。试验的范围和严格性应该根据被试验的系统及部件的安全重要性来确定。电站运行人员应制定系统对应的运行定期试验规程，以检查安全系统及安全相关系统与其设计的安全功能准则一致。

1 定期试验的目的和范围

1.1 定期试验的目的

根据《中华人民共和国核安全法规汇编》（2004修订版）核动力厂运行安全规定（HAF 103）的要求：“运营单位必须制定并实施安全重要构筑物、系统和部件的维修、试验、监督和检查的大纲，必须确定核动力厂所有的安全重要构筑物、系统和部件的维修、试验、监督和检查的标准和频度，以保证构筑物、系统和部件的可靠性和有效性与核动力厂整个寿期内的设计要求始终保持一致[1,2]。”

根据HAD103/09《核电厂安全重要物项的监督》的规定，定期试验要保证：

1）放射性产物和周围环境之间屏蔽的完整性。

2）安全系统的可用性[3]。

核电站在正常运行和生产过程中会产生具有放射性的物质，为避免放射性外泄对公众安全造成影响，核电站采用纵深防御的政策，在预防、监督和应急处理等各个方面提出了要求。其中，对安全相关系统和设备进行定期试验是保障核安全的一项重要预防措施[4,5]。

定期试验即通过制定专门的试验规程对系统和设备的性能进行定期检验，以确保核电站在整个寿期内安全可靠地运行。

1.2 定期试验范围

核电站定期试验涉及的系统和设备较多，其范围与电厂的类型有关。以目前M310堆型的压水堆核电站为例，定期试验主要包括反应堆保护系统、安全专设系统以及与安全相关的支持系统等。

2 定期试验相关文件

定期试验相关文件主要有：系统安全准则、试验导则、定期试验完整性说明[6]、定期试验导则[7]、安全相关系统和设备定期试验监督要求[8]、系统运行定期试验规程。

制定系统运行定期试验规程，要求从系统本身和相关配套设备两方面考虑，通过其上游定期试验相关要求文件及技术支持文件来制定。该规程的制定流程及定期试验相关文件的关系如图1所示。

图1 系统运行定期试验规程的制定流程及相关文件简介Fig.1 Brief introduction to the formulation process and related documents of the system operation periodical test procedure

3 过程仪表系统定期试验

3.1 过程仪表系统

3.1.1 过程仪表

过程仪表的定义涵盖机组主要系统各种运行参数的过程仪表，过程仪表通道根据不同的系统功能划分为不同种类的仪表通道。

包括两类仪表通道：

1）控制组仪表通道，通过控制和调节，保证机组的正常运行。

2）保 护 组（IP组，IIP组，IIIP组 和IVP组）仪表通道，每个通道都能对重要过程参数进行测量、采集和处理。被处理的变量与设定值进行比较，如果超过了设定值，此通道就会产生一个局部脱扣信号，这个信号会和来自其他冗余通道的局部脱扣信号进行逻辑组合。根据所监测的变量，这些冗余通道的个数可以是2，3或4。反应堆紧急停堆信号在上述通道产生后被送往停堆断路器或者控制棒驱动机构电源柜，参与专设逻辑运算的信号被送往下游的保护逻辑系列。

这两类中保护组仪表通道能够触发安全级的停堆或专设安全设施。根据各系统的传感器的功能确定相应的保护通道，保护仪表通道输出的信号包括以下内容：

a）送往处理器的信号。

b）通过隔离模块送到事故后监测系统（事故后监测）的模拟信号。

c）送往其他系统的信号等。

过程仪表通道是保护仪表通道的一部分，范围从传感器（试验不包括传感器部分）到输入卡件。

这里过程仪表系统试验包含对保护组仪表通道以及对应仪表的试验。

3.1.2 保护通道的功能和组成

3.1.2.1 保护通道的功能

保护仪表组分为热工仪表组和核仪表组，监测物理参数。当参数的变化达到或超出安全分析确定的保护动作整定值时，给出保护动作的初始启动信号。

反应堆保护系统接收上述仪表组的信号，进行逻辑处理，符合逻辑组合的要求时给出保护动作触发信号。

3.1.2.2 安全功能

反应堆控制系统将这些参数限制在允许的范围内。在控制系统故障给出错误指令或发生异常事件（事故）时，反应堆保护系统动作，将重要参数维持在规定的范围内，保证反应堆的安全。

3.1.2.3 保护通道组成

1）测量仪表（探测器、传感器和保护仪表预处理装置等），监测核电机组变量。

2）采集和处理单元，将模拟量信号转换为开-关信号，送到保护逻辑。

3）保护逻辑，接收仪表组送来的开-关信号，进行逻辑处理，发送保护动作指令到安全驱动器。

保护通道原理图如图2所示。过程仪表通道的定期试验分几个阶段进行，每个阶段有其自身的试验频度。

图2 护仪表通道-原理图Fig.2 Protective instrument channel-schematic diagram

本文以福清一期核电机组为例进行说明。福清一期的保护通道是基于美国英维斯公司的安全级平台实现的，保护系统有4个冗余的保护组和两个冗余的系列（A系列和B系列）组成。每一个保护组包含两个功能多样性的子系统（子系统1和子系统2）。每个子系统又由3个完全相同的系统支路组成，采用了三重冗余的设计，每块主处理器卡件上包含3个主处理器模块，每个系统支路独立地执行控制程序，并与其他两个支路并行工作，有一个专用I/O处理器用于管理主处理器与I/O模块间的数据交换。因为每一个支路都是和其他两个隔离的，任一支路内的任何一个单点失效都不会传递给其他两支。如果在一支内有硬件故障发生，该失效的一支就能被其他两支所补偿。这一结构保障了保护系统的高可靠性[9]。

3.2 过程仪表系统定期试验的目的

过程仪表通道试验的目的是保证机组的整个寿期内过程仪表以及过程仪表通道的正常运行。

保护通道的结构允许相关的保护动作的一个或多个保护通道（阈值）和逻辑处理间的连接中断，而不触发保护动作。这时，安全限制变成可用性限制。切换到试验状态导致通道状态变成故障状态。对仍然在运行的通道，这意味着分别从4取2或3取2逻辑分别变成3取1或2取1逻辑。

需要在特定的试验条件下进行试验。只有在核蒸汽供应系统及汽轮机处于稳定工况，并且没有报警产生时，才允许通道切换到试验状态。

3.3 过程仪表系统定期试验分析

3.3.1 过程仪表系统安全或安全相关准则

福建福清核电厂一期工程的过程仪表通道安全准则为：为保证仪表及仪表通道能够完成其功能，需要检查影响安全性的各种组件和相关的连接设备。检查内容包括：

1）检查传感器/转换器组件的可用性。检查准则是参数转换为电流或电压信号。

2）检查隔离分配模块和输入卡件的可用性，检查准则为在信号分配，模拟量信号采集，响应时间与功能要求相符。

3.3.2 过程仪表系统组成和相关试验

本节对过程仪表通道的各组件分别描述各种类型的试验。试验内容包括以下方面：

1）在线试验。

2）数据一致性检查。

3）定期试验。

4）停堆换料期间的试验。

3.3.2.1 变送器

a）在线试验

对产生保护动作的通道，相应整定值的状态由保护系统进行连续的监测。如果因传感器故障请求执行保护动作，将触发一个报警。因此，可通过在线报警信号进行在线试验。

b）数据一致性检查

运行中要进行日常检查，保证冗余通道的数据一致性。这样，就检查了下面组件是否正常运行：

① 传感器联结装置。

② 传感器。

③ 传感器通道。

④ 转换器。

⑤ 模拟量处理模块。

⑥ 机柜/控制室信号传输。

⑦ 控制室信息。

上述检查不能验证保护通道的精度是否能够满足功能要求，但是可以探测到通道故障或调节作用丧失。

c）定期试验

需要对传送逻辑信号到反应堆保护系统及专设安全设施系统逻辑处理单元的通道进行定期试验。试验开始阶段，要检查冗余通道数据的一致性，记录控制室中数据的读数。冗余通道的测量值间的差异要符合规程规定的偏差，允许的偏差值依据相关通道的理论精度确定。

这些试验，例如运行期间的检查，可以探测到任何的故障，漂移或调节不准确。

d）停堆换料期间进行的其他试验

在停堆换料期间要对变送器做校准试验，通过测试传感器和转换器。试验保证传感器达到制造商规定的理论精度[10]。

对给定的传感器，试验每“n”个停堆换料周期进行一次，“n”为冗余通道的数量。这就保证对每个冗余通道的测量，至少有一个传感器在上一次停堆换料期间中检查过。此传感器的数据可以作为参考来检查一致性。这样，就可以探测出任何共模漂移故障。

3.3.2.2 模拟量处理模块

a）在线试验

试验内容包括监测仪表通道的供电电压、持续监测电压和绝缘电阻，当出现故障时产生报警。对产生保护动作的通道，如果通道故障，导致请求动作，保护系统产生报警。故障的通道通过状态指示或报警显示。

b）数据一致性检查

在运行过程中检查冗余通道数据的一致性，间接检查模拟量处理模块的正常运行。

c）过程仪表试验装置定期试验

试验涉及产生命令到保护系统或专设安全系统执行机构的通道，以及在正常运行时不能检查的事故后监测通道。图3为保护系统定期试验的T1试验的范围。

图3 保护系统定期试验范围Fig.3 Periodic test range of protection system

通过对试验通道的输入端注入信号，而且其动态变化与事故后瞬态的动态变化相当，使试验的通道触发保护动作。

试验验证准则为测量处理模块的漂移，验收准则允许的裕度应考虑通道的所有模块。

试验检查每个模块的设置，并通过自检检查模块的故障以防出现定期试验故障。探测到故障模块后，需要安排维修来重新调整或替换故障模块。

维修后为验证通道有效性，需要进行相应的定期试验。

进行定期试验，检查相应的通道符合要求精度。精度由定期试验来保证，需要满足整体通道精度要求。

d）停堆换料期间进行的试验

因为要考虑反应堆特性的变化，每个换料周期需要对仪表进行校准修正。校准根据仪表的设备运行和维修手册的要求执行。

3.3.2.3 到保护系统的传输通道

持续监测采集和处理单元产生的到保护系统的逻辑信号。处理单元或传输通道故障导致部分触发，产生报警。

过程仪表通道产生的逻辑信号分别送到各保护系统系列（或送到预期瞬态未停堆处理单元）。保护系统（或预期瞬态未停堆处理单元）每个系列输入信号的状态在工作站显示。

3.3.2.4 事故后监测参数

a）数据一致性检查要对在正常运行期间提供重要参数显示的通道进行检查以保证数据的一致性。

试验间接地检查了事故后监测参数显示及传输通道工作正常，这样就保证了信息可用于事故后监测。

b）定期试验

对下面内容进行定期试验：

① 对同时产生到保护系统命令的事故后监测指示通道。

② 正常运行期间不提供重要的参数显示的事故后监测通道。

试验主要包括：对每个通道注入模拟信号，并检查控制室的事故后监测参数读数显示。

记录的数值必须在过程仪表试验装置可接受的范围内。

4 结论

定期试验有效地保证了安全及安全相关系统或设备的可靠性和有效性，使其在核电站整个寿期内与其设计要求保持一致。定期试验相关上游设计文件对这些具有安全及安全相关功能的系统或设备的试验内容和目的进行了说明，依据这些上游文件，运行人员可以制定切实有效的定期试验规程，从而保证了核电站运行人员及公众的健康安全。

本文对过程仪表系统定期试验的范围、内容进行了详细的分析，包括对变送器、模拟量处理模块，到保护系统的传输通道以及事故后监测参数分别进行了研究，确保定期试验的范围覆盖了全部仪表通道，以保障仪表通道满足核电机组的安全运行要求，对数字化核电机组后续进行具体仪表通道的定期试验规程提供了实施依据。