基于FirmSys的三代压水堆核电站核安全级数字化保护系统设计概述
核电站安全分级对DCS系统设计影响分析
审的基本出发点。系统或设备从技术规范书开始， 到设计、制造、安装、调试、质量控制以及运行 维护的整个过程，都需按照不同的安全级别应用 相应的标准规范。
对核电站仪控系统和设备的分级，依据的主 要标准 RCCE-C5000 以及 IEC61226。在升版的 RCC-E（2002）标准（主要在 C5000 章节）中[1]， 将安全分级定为安全级与非安全级；安全级又分 为 1E 及非 1E，有关硬件均要求满足抗震及相关 环境鉴定要求（K3：安全壳外正常工况下的鉴 定）；用于 1E 级系统及设备的软件应满足《数字 化系统安全功能的软件要求规范》（IEC60880） 的鉴定要求，非 1E 应满足《数字化系统安全相 关功能的软件要求规范》（IEC62138）“B 类”的 鉴定要求。（“B 类”为安全重要性分类，主要有 “A”、“B”、“C”及 NC 类，由 IEC61226 定义）。
关键词：核电站；安全分级；数字化仪控系统；总体方案设计 中图分类号：TL364 文献标志码：A
1前言
尽管数字化仪控系统（DCS）技术产品已在 非核电领域得到广泛应用，但由于核安全设计纵 深防御理念带来的系统与设备安全分级问题，使 得 DCS 在核电站工程总体方案的实施中滞后于 非核电 领域。
当前，三代核电站技术基本上在整个工艺设 计时就充分考虑了数字化仪控平台的特点，但对 于 CPR1000 以及其他早期（20 世纪）设计的核 电站，由于在其设计定型时没有成熟、定型的核 电站数字化产品，实施数字化过程中，可能因工 艺系统安全等级、电气设备安全等级和产品等级 的限制而不完全适应。这种不适应给核电站的数 字化仪控方案设计带来一系列安全分析和审评的 问题。
收稿日期：2009-12-23；修回日期：2011-06-12
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压水堆核电站基础：第八章 专设安全系统
压水堆核电站基础
第八章 专设安全系统
核反应堆运行工况与事故分类
按反应堆事故出现的预计概率和可能的放射性后 果，把核电厂运行工况分为四类： 工况Ⅰ——正常运行和运行瞬变 工况Ⅱ——中等频率事件，或称预期运行事件 工况Ⅲ——稀有事故 工况Ⅳ——极限事故
系统与设备（4）
技术安全目标
对于核电厂设计中考虑的所有事故，甚至对于那些 发生概率极小的事故都要确保其放射性后果（如果有的 话）是小的；确保那些会带来严重放射性后果的严重事 故发生的概率非常低。
系统与设备（4）
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事故的预防和缓解
事故的预防是设计人员和运行人员应尽的安全职责。 为了防止事故的发生，从设计到运行都要贯彻一系列 的安全原则。 合理的设计； 可靠的设备； 各种完善的规程； 运行人员具有良好的安全素养。
事件本身并不是事故。如果附加故障后会导致运行事件、 设计基准事故或严重事故的事件。典型的假设始发事件例 子是设备故障（包括管道破裂）、人员差错、人为事件和 自然事件。
假设始发事件的后果可能较小（如某一多重部件的失 效），也可能很严重（如反应堆冷却剂系统主管道的破 裂）。
设计的主要安全目标在于追求核动力厂所具有的特性能够 保证：大部分假设始发事件的后果较小或甚至无足轻重； 其余的假设始发事件导致设计基准事故，其后果是可以接 受的；而如果导致严重事故，其后果可以通过设计措施和 事故管理加以限制。
带有允许偏差的极限运行，如在允许范围内带 有燃料包壳缺陷或蒸汽发生器泄漏等；
运行瞬变。
系统与设备（4）
4
工况II——中等频率事件（预期运行事件）
常见故障，指在核电厂运行寿期内预计出现一次或数次偏离正常运行的 所有运行过程，即发生频率在10-2次/堆年到1次/堆年。保护系统动作， 反应堆安全停闭，但燃料包壳保持完整性，不会造成燃料元件棒损坏， 系统压力不超过设计值。放射性后果不超过0.001mSv。采取措施后机 组能重新起动。
核电厂安全分级参考PPT
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核电厂系统和部件的核安全分级
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安全级 压水堆 1
2 2
2 2 2 2
3 3 3 3 3 3
设备举例
反应堆冷却剂系统中的设备，包括： 反应堆压力容器、主管道和延伸至并包括第二个隔离阀的连接管线，不包括名 义管径<10mm的支管 蒸汽发生器（一次侧） 泵 稳压器 反应堆冷却剂压力边界设备中除属于一级安全以外的设备
(2) 堆芯和安全壳厂房的冷却(包括中 期和长期冷却)；
放射性物质的封存和限制向环境的排 放并控制在规定的限值之内。
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核电厂系统和部件的核安全分级
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பைடு நூலகம்
第1节 总论
1. 3 设备分级的概念和方法
所谓设备的安全分级，就是从核电厂或
核设施的设备中找出履行上述安全功能的设 备，即所谓“与安全有关”或“对安全是重 要”的设备，并按其执行安全功能的重要性， 分为不同的等级，这就是“设备分级”。其 次应证实这些设备在系统要求的任何可能的 工况下都能可靠地执行其安全功能，这就是 所谓“设备鉴定”。由于核电站的安全在很 大程度上取决于设备的可靠性，因此“设备 分级”和“设备鉴定”对核电站的安全是很 重要的。
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核电厂系统和部件的核安全分级
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第1节 总论
1. 3 设备分级的概念和方法
1.3.1 确定论方法 一般将核电厂各承压设备物项按照其
所履行的安全功能分为安全1级，安全2级， 安全3级及非安全级。
安全1级就是构成反应堆冷却剂压力边 界的那些设备，其失效会引起失水事故的 物项；
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核电厂系统和部件的核安全分级
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压水堆核电站设备设计及管理
蒸汽发生器主要参数
壳体材料 管子材料
总高度 外径 U型管束数 一次侧运行压力/设计压力 一次侧运行温度/设计值 蒸汽产量（t/h)台 蒸汽干度 蒸汽压力 蒸汽温度 传热面积 传热管外径×壁厚 干重
单位
m m
MPa ℃ t/h
MPa ℃ m2 mm t
60F－1 A508-III Inconel-690
核电站的系统约200余个，大小设备3万多台件， 涉及设备制造厂商580多家，发展核电必将带动相 关产业和技术的高技术化方向发展。
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核蒸汽供应系统（NSSS），汽轮发电机组（TG） 和数字化仪控（I&C)是压水堆核电站三大技术关键， 而核岛主要设备（反应堆、蒸发器、主泵、稳压器） 和常规岛的汽轮发电机组又关键的关键。由于它的技 术含量高，技术难度大，一种新型号核电产品设计、 开发、制造定型，蕴藏着含量极高的知识产权。因此， 核电站要真正实现四个自主，核电站的主要设备设计
m mm MPa ℃ m
t 年
MD412 2411 15.5
289/325 64200
193 17×17
3.66 3.73 89 48000 61 4.4 225 17.2 343 12.9 380 60
MD414 3800 15.5
292/328 64200
193 17×17 4.267
3.73 103 48000 61 4.4 225 17.2 343 13.6 420 60
（堆本体结构图）
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核燃料组件
采用法玛通AFA-3G或西屋公司的 Performance+17×17排列高性能燃料组件：棒经 9.5毫米，高度12英寸或14英尺，包壳材料为M5合 金或锆-铌合金，每个组件有264根棒24根导向管， 1根通量管，8-10层定位格架，上、下管座均为可 拆卸结构。该组件能适应核电站跟踪负荷运行； 堆芯换料周期可延长到18-24个月，平均卸料燃耗 >45000MWd/tU；堆芯热工安全裕量大于15%； 燃料组件在事故工况下能保持可冷却几何形状， 使反应堆处于安全停堆状态。
某三代核电站防排烟系统设计
某三代核电站防排烟系统设计摘要本文从系统设计基准、设计要求、设备设计要求及系统运行四个方面对某三代核电站防排烟系统的设计进行详细探讨，并对防排烟系统的设计原理及控制方式进行具体描述，尤其对主控室排烟系统的控制方式进行详细说明，以期对后续核电站防排烟系统设计有一定参考作用。
关键词设计基准设计要求系统运行主控室排烟1概述核电站防排烟系统是减轻火灾二次效应的有效措施[1]，即限制烟气蔓延到不受初始火灾影响的其他地方，减少着火房间的热量，防止火灾的进一步蔓延、设备损坏和可能的爆炸后果。
通过疏散楼梯间防烟系统为工作人员提供安全疏散通道，为消防人员进入提供安全通道。
DFL系统是机械防排烟系统，限制和控制火灾房间烟气的扩散，系统只有在发生火灾时投入运行，在核电站正常运行期间DFL系统均处于停运状态。
DFL系统主要有以下两个特点：DFL烟气控制系统为人员疏散通道加压送风(SFA)，避免失火房间的烟气向人员疏散通道扩散，为人员的疏散撤离，消防人员的进入灭火创造条件。
DFL系统运行在失火房间产生负压，避免烟气向临近的房间扩散，在火灾扑灭后，排出失火房间的烟气，即事故后排烟。
DFL烟气控制系统主要保护HK-,HL-,HNX,HQA,HW-,HD-和HPi厂房。
反应堆厂房由EBA小流量通风系统为人员疏散通道进行加压送风），核废物厂房（HQB,HQT和HQS）防排烟系统由9DFL系统负责。
本文重点论述DFL系统的防排烟系统设计。
2设计基准2.1设备分级2.2单一故障准则DFL系统为非安全级系统，单一故障准则不适用。
2系统设计要求1、DFL系统有两个主要的功能:排烟及SFA加压送风系统。
排烟系统的设计原则是：火灾后将着火区域的烟气排出，通过将SFA区域与着火区之间的门打开进行补风。
排烟风量按照12次/h换气次数进行设计，且需满足100m2防烟分区内的排烟风量至少为3m3/s，但每个防烟分区的最小排烟风量为1.5m3/s。
SFA加压送风系统的设计原则为：人员疏散期间房门关闭情况下保证SFA区域正压在20~80Pa，跟核电厂防火设计规范中要求一致[2]。
核电站安全系统的设计与优化
核电站安全系统的设计与优化核电站是一种高度复杂的工业设施，为了确保其稳定高效的运行过程，安全系统是非常重要的。
在一个典型的核电站中，安全系统主要由三个部分组成：反应堆安全系统、辅助系统安全系统和安全操控系统。
这些安全系统负责监测和控制核反应堆的各种参数，确保反应堆始终处于正常的运行状态。
正是由于这些安全系统的存在，核电站才能够成为一个安全可靠的能源供应系统。
反应堆安全系统的设计反应堆安全系统是核电站的核心组成部分，主要由重要设施联锁系统（ESF）、核应急系统和防护屏障组成。
ESF是一种在核电站不稳定状态下工作的系统，主要负责控制反应堆的安全状态，包括中子吸收材料、燃料棒温度和压力等参数。
核应急系统是在核能安全事故发生时作为安全措施的备用系统，确保反应堆的正常停机和冷却。
防护屏障则是另一种安全系统，主要用于保护人员和设备免受辐射污染的侵袭。
在设计反应堆安全系统时，需要考虑到各种情况下反应堆的运行状态和变化。
为了确保反应堆始终处于正常运行状态，需要建立各种备用系统，例如冷却系统、蒸汽减压系统、截止装置、反应堆控制系统等。
同时，也需要考虑到反应堆运行过程中可能出现的故障和事故，例如反应堆的堵塞、燃料棒温度过高等。
为了避免这些情况的发生，需要对不同的运行场景进行全面细致的分析，从而设计出最优化的反应堆安全控制系统。
辅助系统安全系统的设计辅助系统安全系统是核电站辅助设施的安全保证，主要包括循环水系统、电气控制系统、照明和通风系统等。
这些系统都是与核反应堆本身直接相关的，因此也需要同样高度的安全保证。
为了确保辅助系统的稳定运行，需要在设计过程中考虑一些关键因素，例如系统的稳定性、电气设备的选择和布置、防雷等措施等。
在设计辅助系统安全系统时，需要特别关注系统中高风险组件的安全性能。
例如，辅助系统中的循环水泵等高压设备可能会在运行过程中产生故障，因此需要设计备用系统以确保正常运行。
同时，对于电气设备的选择和使用，也需要进行严格的规范和标准，以确保设备的可靠性和安全性。
第三代核电燃料和堆芯设计软件系统的研究
关键词 ：第三代核电；Ａ Ｉ０ ；计算集群 ；并行计算；软件安全 ＰＯ０ 中图分类号 ：Ｔ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０ —５ ９（０２ ４０ ９— ２ Ｐ９ ０７ ９９ ２ １）１— １８ ０
一
、
引 言
免机 型和 操作 系统 面 临着停 产或 者淘 汰 的风 险 ，同 时也方 便用 户
术 方案 。 二 、 Ｐ ０ ０ 电燃料 和堆 芯设计 软件 系统 介绍 及其 国产 化面 Ａ １０ 核 临 的 问题
分大 部分 软件 为 串行计 算软 件 ，这远 远不 能满 足 不断 增加 的科 研 需求 ， 同时也 限制 了用 户使用 和 系统 管理 的便利 性 。 通过 提 高 Ｃ Ｕ 主频 和 总线 带宽 是最 初提 供计 算 机性 能 的主 Ｐ 要手 段 ，但是 这一 手段 对系 统性 能 的提高 是有 限的 。接着 研究 人 员通 过增 加 Ｃ Ｕ 个 数和 内存 容 量来 提高 性 能 ，于是 出现 了 向量 Ｐ 机 ，对称 多处 理机（ＭＰ等 。但 是 当 Ｃ Ｕ 的个数 超过 某一 阈值 ， Ｓ ） Ｐ
Ｓ ＭＰ这 些多处 理机 系统 的可扩 展 性就变 的 极差 ，其主 要瓶 颈在 于 Ｃ Ｕ 访 问内存 的带 宽并 不能 随着 Ｃ Ｕ 个数 的增 加而 有效 增长 。 Ｐ Ｐ
核 电燃料 和堆 芯设 计是 Ａ １０ Ｐ ００技术 核 岛设计 的关 键领域 ， 也 是 Ａ １０ Ｐ ００技术 密集 度较 高和技 术更 新最 快 的领 域 。 ２０ 年 从 ０７ 起 ，西屋 电气 公 司逐步 向 国家核 电技术 公司 交付 Ａ １０ Ｐ ００软件 ，
燃 料和 堆芯 设计 软件 是 由西 屋 电气公 司核燃 料和 堆 芯设 计事业 部 开 发和 维护 ，运行 在一 套独立 的 软件系 统平 台之上 。
新型核电站设计与安全管理
新型核电站设计与安全管理随着全球能源消耗的不断增加，人们越来越意识到建设清洁、高效的能源系统的重要性。
核能作为一种清洁、高效的能源形式，得到了越来越多的重视。
新型核电站的设计和安全管理也成为了越来越受关注的话题。
一、新型核电站设计的改进传统的核电站存在一些问题，比如说：易发生安全事故、核废料处理成本高、占地面积大等。
为了解决这些问题，新型核电站的设计开始采用更加先进的技术。
1. 三代核电站三代核电站是指采用更加先进的反应堆技术，例如压水堆、沸水堆等，利用氢气和蒸汽的分离作用减少了放射性污染的可能性，大幅度提高了核电站安全性。
2. 模块化核电站模块化核电站是利用生产线工厂化的生产方式，将核电站的各个部件制作成模块，再进行现场组装。
这种方式降低了人工成本和时间成本，同时采用的是更加安全、可靠的部件和装置。
3. 铅冷快堆铅冷快堆是一种新型的反应堆系统，具有安全性高、能量密度大、抗辐射能力强等特点。
它不需要额外的被动安全系统备份，遇到故障可以自行停机，极大程度的降低了发生事故的风险。
以上几种核电站设计方案都采用了更科学、更可靠的核技术，同时在安全、经济上都有了更大的提升，是目前建设新型核电站的热门选择。
二、新型核电站的安全管理新型核电站的安全管理是指全面掌握核电站各个部分的运行情况、隐患和安全状况，并采取相应的措施保证核电站的安全运行。
1. 四层安全壳新型核电站采用了四层安全壳的设计，第一层为压力容器、第二层为防护罩、第三层为安全壳、第四层为防护膜。
这种设计大幅度提高了核电站的安全性，即使出现事故也可以有效地控制辐射泄漏的范围。
2. 自动化控制系统新型核电站的自动化控制系统可以及时监测核电站的运行状态，当出现异常情况时，自动化控制系统会及时做出反应并采取相应的措施。
这种系统可以有效地保证核电站的稳定性和安全性。
3. 安全预案和演练新型核电站会根据核电站实际情况制定相应的安全预案，并进行演练。
这种做法可以有效地提升核电站运营人员的应急处理能力，同时也可以检验核电站的安全预案是否科学、合理。