泵选择逻辑 本发明是1996年9月30日提交的No.08/724081专利申请的继续申请。
本发明涉及核电站，更准确地说，涉及核反应堆控制系统对突然的、没有意料的电厂主要部件功能损坏的自动响应。
压水核电站的核蒸汽供给系统(NSSS)，通常在能量和流量波动极小的环境下运行。这种情况下可由基本反应堆控制系统处理。然而，也会出现一些大设备失衡，如大涡轮机负荷障碍、涡轮机中断或部分丧失联机主给水泵的供水能力。在这样的情况下，可以以比常规的高速控制棒插入快得多的速度，快速减少NSSS能量，将NSSS系统维持在控制范围内。另外，快速NSSS能量降低，可以在不中断反应堆的情况下，获得足够的热余量以调节内控制棒偏离(包括虚假的控制棒下落)。
达到此目标的一个已知系统是可以从美国康涅狄格州温索尔市(Connecticut,Windsor)的燃烧工程公司(ComBustion Engineering,Inc)买到的反应堆能量削减系统(ReActor Power CutBAck System,RPCS)。颁布于1978年2月21日的美国专利第4,075,059号，“反应堆能量减少系统及方法”描述了此类RPCS。特此结合该专利公开的内容作为参考。该系统是为大型负载故障、丧失一个给水泵或控制棒内部偏离(包括虚假的控制棒下落)而设计的，提供了反应堆能量的逐级减少。反应堆能量的逐级减少是通过全力调节控制棒进入反应堆堆芯的一组或多组预选组地同时下落来实现的。这些控制棒组以他们通常的插入顺序下落。该RPCS还在开始减少反应堆能量后，向涡轮机提供控制信号，以恢复涡轮机和反应堆能量平衡，以及将蒸汽发生装置的水位及压力恢复到它们的常规控制值。
传统的NSSS有二个蒸汽发生装置和二个可变速主给水泵，给水泵向公共管道传送二次冷却水，冷却水经各自阈门分配和控制送向每个蒸汽发生装置。一旦发生蒸汽发生装置给水泵故障，送向蒸汽发生装置的二次冷却水流量减少，因为余下的泵不能供给蒸汽发生装置所要的给水的100％。当发生这种情况时，蒸汽发生装置继续耗水(将水变为蒸汽)要比水进入蒸汽发生装置快，从而造成蒸汽发生装置中水位下降。在反应堆和涡轮机接到指示蒸汽发生装置水位过低的信号而被断路之前这种情况不容许有过长时间。假如反应堆能量马上迅速减少到充分程度，而且蒸汽发生装置产生蒸汽能力也减小，从而避免发生因蒸汽发生装置水位低造成反应堆涡轮机断路。在一般核电站中为每个蒸汽发生装置配有具有总给水流量容量65％的二个给水泵，为避免反应堆中断、失去一个给水泵所要求的能量初始减小是总反应堆能量的75％。这种容许在失去一个给水泵后继续反应堆运行的限制能量是由系统泵容量和蒸汽发生装置特性所决定的。
对于电站起动，由电站操作者手动启动给水泵，或是通过向涡轮驱动机供应蒸汽和冷却水，或者向电动驱动机供电。泵从给水库或冷凝水库抽水并且使水再循环至给水库或冷凝水库。当泵已起动，并且检查运行正常，其速度由操作者设置在最小控制速度。当电站状态容许一个或两个给水泵切换至由给水控制系统自动控制，操作者将所选用的泵的控制方式切换至自动。在自动控制时，给水控制系统将设置泵速，和控制阀门位置，以保持蒸汽发生装置预定水位。
在这些电站中，给水泵和RPCS以下列方式运行：能量水平给水站状态RPCS状态操作者行为电站反应0至50％一个给水泵通电(以运行速度供水到蒸汽发生装置)和第二个泵不使用在能量升到5％以上之前，使给水控制系统处于自动。这控制给水泵假如运行的给水泵断路，由于蒸汽发生装置水或是通电但处于备用(以最小循环速度转动，不供水给蒸汽发生装置)，或是断电，停止使用。以运行速度转动。在能量下降到5％以下时，将给水控制处于手动。位低，将起动反应堆断路装置。50-100％二个给水泵通电并以运行速度供水使用在约50％能量(增加)时，第二个给水泵由控制室设置在自动控制。RPCS在第二个给水泵处于自动控制时处于使用状态。假如其中一个给水泵断路，通过RPCS断路命令信号启动瓜动在堆能量削减系统。
这样就有必要向NSSS提供三个主给水泵；第三个给水泵被用作备用设备或以与其他两个共享方式运行。常规的RPCS可以很容易地结合到有三个主给水泵的NSSS配置中，但本发明的发明者已经设想了对此RPCS逻辑的改进，它利用了三泵NSSS所提供的更大的操作灵活性。
因此，本发明的一个目的是为至少有3个主给水泵的NSSS提供改进的RPCS逻辑。
还有一个目的是在自动产生RPCS命令信号时，RPCS逻辑对2泵泵组和3泵泵组加以区分。
根据本发明，NSSS操作者手动选择1个、2个还是3个主给水泵泵组用于发电的正常反应堆操作。这种选择设置了各泵的状态锁存器或者将其复位，代表预期的泵操作。逻辑电路把指示一个或多个泵断路的信号和所述泵状态锁存器连接，以达到如下结果：
(A)有一个泵被选，此泵的断路并不产生RPCS断路命令信号(因为反应堆将被断开，例如，在蒸汽发生装置水位低时)。
(B)有两个泵被选，(ⅰ)一个泵断路将产生RPCS断路命令信号，而(ⅱ)两个泵断路将不生产RPCS断路命令信号。
(c)有三个泵被选，(ⅰ)一个泵断路将不产生RPCS断路命令信号(因为此瞬间状态可由基本控制系统处理)，(ⅱ)两个泵断路将产生RPCS断路命令信号，而(ⅲ)三个泵断路将不产生RPCS命令信号。
此逻辑最好以冗余和确定的子逻辑实现。例如，每一给水泵断路产生两个独立的给水泵断路信号。类似地，每一泵状态选择启动两个不同的状态锁存器。那些泵断路信号和泵状态锁存器在独立的逻辑门阵列中配对，使得选用运行的泵中的一个特定泵的断路，导致产生冗余RPCS断路控制信号。然而，该RPCS并不被断路，除非被所述一对逻辑门阵列中的两个逻辑门均产生的RPCS断路控制信号所确认。
本发明方法也可综合用于核电站，后者具有：核反应堆；至少三个向蒸汽发生装置供水的给水泵；控制反应堆堆芯能量输出的控制棒系统；以及失去至少一个给水泵的操作时快速向反应堆堆芯插入一些控制捧以将能量输出从原有水平减至一个非零水平的系统。该方法根据操作者所选哪一个泵将用于供水操作及哪一个泵将从供水操作中去掉，给系统产生快速插入部分控制棒的命令信号。每一预定用于供水操作的泵失去供水操作均产生一种断路信号。只有当所选泵中除了一个之外所有泵均产生断路信号时，才产生启动系统快速将部分控制棒插入的命令信号。
图1是核蒸汽供给系统的反应堆能量削减系统的功能逻辑图；和
图2是本发明最佳实施例中，由于失去三个主给水泵中的一个或多个，产生反应堆能量削减命令信号的电路的逻辑图。
图1示意说明了与所述反应堆能量削减系统(RPCS)12相关的功能部分的概图10。所述反应堆能量削减系统遇到瞬变时，向控制棒驱动机构14发送控制信号，并与涡轮机控制系统16相配合，将NSSS的能量稳定在一个减少后的、但非零的水平。假如RPCS不能通过使涡轮机运转减慢和调节控制棒组使NSSS稳定，则RPCS断开一组或多组控制棒。
对本发明来说，在由命令块18产生反应堆能量削减系统中断命令信号的情况下，有一逻辑机制与之相关，用于在RPCS12中进行处理。例如，功能块12中的处理过程包括控制棒选择标准20，而其本身又依赖于电站传感器所提供的NSSS数据22。其他要计算的NSSS条件由功能块24向RPCS12提供。RPCS还服从于操作者在反应堆能量削减控制面板26的控制，并由RPCS12产生报警，显示于操作控制台28的报警部分。
图2显示了A、B、C三个主给水泵的泵选择逻辑电路100。该电路可分成4个功能部分：(1)泵选择及启动部分102；(2)给水泵断路信号部分104；(3)逻辑实现部分106；和(4)RPCS断路命令部分18。图2中命令部分18的功能，就本发明描述来讲，可以认为与图1中的模块18的功能相同。
所述部分102对每一主给水泵A、B和C至少有一个开关108，并且最好至少再有一个开关110，操作者可用它来选择那一特定的泵在电站正常发电的情况下是否要满负荷。当满负荷运行时，泵速控制例如电站电力5％以上将由自动给水控制系统(未图示)自动调节。当不是满负荷运行时，泵或者是通电但处于备用状态，或者断电，停止使用。因此，操作者可以指定哪个泵已从自动控制运行中有意退出。自动给水控制系统控制泵速变化和阈门位置，以保持蒸汽发生装置的预定水位。尽管没有在NSSS运行中正常使用，运行的泵可以在操作者手动控制下实际上处于“备用”状态，因而泵以对应于由其他泵产生的蒸汽发生装置的流量的最小再循环速度旋转。
在举例说明的实施例中，主给水泵A有一开关108A，它位于电站控制室的主控制板或在例如与给水泵系统相联系的电动机控制中心，均可手动扳至起动或停止的位置。“起动”位置对应于选择这样的状态：泵要满负荷运行。“停止”位置表示已从满负荷运行中退出，即“断电”或处于备用。正如下文所用“运行”意味“满负荷运行”。108A和110A每一开关的逻辑条件传到一对逻辑“或”门112A、114A中，它们的输出传入触发电路116A。在线118A上的电路116A的输出Q，当操作者在开关108A或110A选择泵A的开始条件时，它将是逻辑“1”。此逻辑“1”送到“与”门120A，它起启动锁存器的作用，指示此特定泵状态是否可供运行。
应当指出，每个主给水泵B和C均有相关的开关108B和C；110B和C；112B和C；114B和C；116B和C；118B和C；以及120B和C，这非常重要。
所述状态锁存器最好也有冗余度，这样118A、118B和118C输出的逻辑条件将传向各自的第二“与”门122A、122B和122C。这样，作为例子，如果操作者通过开关108A或110A手动选择主给水泵A的开始条件，那么，锁存器120A和122A都将以冗余的方式被启动。
所述给水泵断路信号部分104，包括三个分别以124A、124B和124C表示的主给水泵A、B和C，它们中的每一个对来自主控制面板，如126A、B和C所示，以及来自如128所示的一个或多个给水控制系统的输入信号作出响应。给水控制系统128和产生断路信号的相关控制逻辑不是本发明的一部分。然而，值得提出的是，对于如124A的每个泵，该泵断路会导致产生两个断路信号130A、132A，它们各自发送到锁存器120A和122A中。与此类似，断路信号130B、132B和130C、132C各自传到锁存器120B、122B和120C、122C中。当任何一个特定的锁存器门120A、B、C或122A、B、C的输入均为逻辑“1”时，在相应的线134A、B或C，或136A、B或C上就产生相应的逻辑“1”输出信号。
逻辑实现部分106包括RPCS断路控制门138，它在特定的情况下将线142上的RPCS断路控制信号传给RPCS系统18。最好有另一个RPCS断路控制门140，来自它的断路控制信号沿线144传向命令块18。这样，在最佳实施例中，传向反应堆能量中断系统12的实际RPCS断路信号并不在18处产生(参见图1)，除非在线142和144均出现断路控制信号。
“或”门138接收来自146、148和150三个“与”门的信号。如果三个“与”门中的任何一个产生逻辑“1”输出，“或”门138即在线142上产生控制信号。与此类似，作为上述冗余的一部分，如果与“门”152、154或156中任何一个的输出为逻辑“1”，则“或”门140将在线144上传递断路控制信号。当且仅当响应两不同泵状况的信号中有一个逻辑“1”输入该“与”门时，“与”门146-156中的每一个将产生逻辑“1”输出信号。
值得提出的是本发明可以非常明显地区分三个给水泵中仅有两个可供操作的情况，和所有三个给水泵均可供操作的情况。“或”门160-182放在“与”门阵列120、122和146-182之间，扮演例如在仅有的两个可操作泵之一断路时、产生RPCS断路命令信号；而三个可操作泵中仅有一个断路时，抑制断路命令信号产生的角色。大体上，需要在三个泵中的两个断路的情况下，“与”门146-156才向“或”门138、140传送逻辑“1”信号。例如，如果主给水泵A不是可操作设备，例如当作备用设备等，它在有三个泵可供操作的配置中被认为等同于已断路的泵。因此，在开关108A、110A均在停止的情况下，线158A上触发器116A的输出信号Q-为逻辑“1”。在这样情况下，输出信号Q为逻辑0，因而门120A不启动。不过，为达到当泵B或C之一断路时，在线142(和线144)上产生所希望的断路控制信号，逻辑部分106必须产生这样的输出，它与在所有三个泵A、B和C均可供操作时的电站运行期间泵A和B断路的情况下逻辑部分106所产生的输出相同。因此，触发器116A的Q-输出逻辑“1”传送到“或”门160，以便使逻辑“1”可被传送到“与”门146。如果，以泵B断路为例，“与”门120B通过“或”门162将逻辑“1”传到“与”门146，“与”门146将把逻辑“1”传到“或”门138，并通过线142传到命令部分18。
门146以这种方法对泵A和B两者的情况做出响应。因为前述的冗余，门152同样受泵A和B状态的影响。门146和152的输出将为逻辑“1”，当且仅当：(A)根据部分102的设置结果“停止”，泵A或B被看作不可操作，而相应地泵B或A发生断路；或(B)泵A和B都如开关部分102“启动”设置所示的，都可供操作，并且产生来自泵A和B的断路信号。
还应指出，如果所示可运行的泵同时断路，门138或140均不向断路命令部分18传送RPCS断路控制信号。在这种情况下，由于RPCS12的动作，反应堆在蒸汽发生装置水位低时将全部断掉，使裂变能量减至零，而不是仅将能量减至一个低一些的非零值。
在具有三个主给水泵的NSSS中，每个泵提供蒸汽发生装置所需给水的33.3％，但每个泵供水最大能力至少要达50％。本发明的反应堆能量削减系统最好使用下列方式：能量水平供水状态RPCS状态操作者行为 电站反应0至40％一个给水泵通电(以运行速度供水给蒸汽发生装置)；第二个泵通电，但处于备用状态(以最小速度运行，不供水给蒸汽发生装置)；第三个泵断电。不使用在能量上升到5％之前，将给水控制系统置于自动方式。操作者通过泵选择逻辑选择泵处于运行或备用状态。假如运行的给水泵断路将可能造成电站切断。40％二个给水泵通在约50％在约40％能量假如处在运行速度至70％电，以运行速度从水，第三个泵通电处于备用状态。至60％能量水平时开始使用时，第二给水泵开始使用。操作者在给水系统控制面板上选择运行的泵，该选择由RPCS选择逻辑识别。的一个给水泵断路，给水控制系统将增加第二运行给水泵的速度。根据原先能量水平，RPCS将产生中断命令信号，通过下落棒很快减少能量，使能量减少，并使涡轮机转动减慢。假如两给水泵断路，反应堆因蒸汽发生装置水位低将切断。40％至100％二个给水泵通电，第三个泵断电、不使用在约50％至60％能量水平时开始使用在约40％能量时，第二给水泵开始使用。操作者在给水系统控制面板上选择运行的泵。该选择由RPCS选择逻辑识别。假如一个泵断路，RPCS将产生RPCS中断命令信号。假如两个给水泵断路，电站将切断。70％至100％三个泵都通电，以运行速度供水。使用在70％时第三给水泵开始使用，并且这由RPCS选择逻辑识别。假如一个泵断路，另二个泵补偿第三泵的失去。假如失去二个泵，RPCS产生RPCS中断命令信号。
从上述说明可以看到，只有在至少二个给水泵满负荷运行和给水控制系统处于自动方式时RPCS才开始使用。传统的RPCS在反应堆能量至少50％(50％-60％)，和给水控制系统处于自动方式时始终处于使用中。在能量至少50％时给水控制系统始终是通电的。反应堆能量削减系统和给水控制系统之间关系可以用几种方式实现。RPCS最好从给水控制系统自动检测(无需操作者参与)哪些泵要被运行。因此，选择哪些泵要被运行和指定哪些泵要从泵运行中退出的开关装置可以是操作者在控制面板使用的使泵处于使用中的同一开关装置。当能量水平超过50％、和开始使用RPCS时，RPCS“读出”原先由操作者选择的泵状态。或者，RPCS可以这样设计，使得当能量水平增加超过约50％时，开始使用RPCS、操作者通过RPCS的专用开关手动选择哪些给水泵要被运行。
需要指出，以上所述的功能可以用本领域的一般技术人员易于掌握的各种方法来实现。例如，可以用可编程逻辑控制器，运用计算机软件的其他可编程逻辑来代替。