1 引言
核电厂一回路水压试验的目的是验证反应堆一回路第二道压力屏障的可靠性，以此证明在下一个试验周期内反应堆及一回路系统在设计基准工况下的安全性能满足核安全法规的要求。商运后的EPR核电机组须执行首次在役一回路水压试验，但仍存在很多重要的技术问题，诸如超压保护方案、水压试验泵切换方案、反应堆保护系统状态设置、稳压器安全阀隔离方案、一回路水压试验压力瞬态应对预案、一回路启停组控配置方案等众多疑难问题亟待解决，其中多项方案在压水堆核电机组一回路水压试验中均属首次。
2 EPR核电厂一回路水压试验
2.1 EPR核电机组一回路水压试验要求
2.1.1 试验压力
根据RSE-M B2000中相关规定，一回路水压试验压力值应至少等于一回路设计压力的1.2倍或一回路设备的承压部分的设计压力中的最高压力。EPR机组RPV设计压力为175bar.g，因此试验压力取210bar.g。在试验过程中，因为一回路主系统为单相水实体，升降压的压力梯度必须控制在4 bar/min以下。
2.1.2 试验温度
考虑设备结构安全，不产生脆性断裂的一回路金属温度下限值为60℃，同时为防止试验回路温度过高而造成检查人员烫伤，规定金属温度上限为80℃。考虑到设备保温层隔热以及主泵停运时一回路约-1.5℃/h的自然散热率，一回路水温应该低于100℃以限制蒸汽发生器传热管束过度变形。综合计算一回路水装量并结合CPR机组一回路水压试验的经验数据，水温维持在91±2℃时，可满足在整个试验期间金属温度不超出80℃且不低于60℃的要求。
2.2 一回路水压试验验收准则
一回路水压试验是否合格取决于24.5bar.g、109bar.g（视需要）和154bar.g压力平台下三次泄漏率计算的结果以及在试验最高压力210bar.g（PPHT）平台对一回路水压试验边界的所有焊缝的目视检查结果，用来评估构成水压试验回路的一回路焊缝和试验回路密封性是否满足试验要求。
3.1 超压保护装置
一回路水压试验期间，稳压器的安全阀因为设定值低于水压试验压力，若将其作为试验安全阀，在其动作时存在降压速率不可控制的问题，所以须对安全阀进行有效隔离。在24.5bar.g平台之前，按照设计要求使用机械闭锁钥匙进行状态设置以保证压力边界的完整性。在24.5bar.g及以下压力平台，RIS-RHR（余热排出系统）处于投运状态，一回路的超压保护将通过RIS-RHR系统的安全阀来实现，动作定值55bar.g。在RIS-RHR系统隔离后，其安全阀无法继续提供一回路超压保护，在24.5bar.g至165bar.g之间，一回路超压保护只能由水压试验压力保护装置提供。
一回路水压试验台架从稳压器窄量程水位计一次侧接入临时管道引出，包含两块不同量程的压力变送器、一块标准压力表和一块校压表。由两块压力变送器测量压力信号送至DCS系统参与逻辑运算，通过在DCS页面中对EHP0001CC、EHP0002CC和EHP0003CC状态设置，来实现不同压力平台下保护功能的生效以及保护动作的切换。
表1 一回路水压试验相关器材
3.2 超压保护动作设计
经过分析冷态功能试验时压力保护系统的阈值设置及动作，结合压力瞬态相关的经验反馈，最终确定EPR机组一回路水压试验最高压力平台（PPHT）超压保护系统的三级动作策略。
一级：压力达到PPHT+3bar时触发高压力报警；
二级：压力达到PPHT+5bar自动停运水压试验泵，若自动停运失败则须手动停运；
三级：HP1参与压力调节时，压力达到PPHT+7bar时自动开启下游泄压回路电动阀，HP2提前设置在20%开度以限制阀门开启后的一回路压力下降速率，防止降压速率超过4bar/min。
在165bar.g前原一级保护预报警基础上，增加一级主动泄压保护动作，即压力达到172bar.g时，触发主控及就地声响报警，压力达到175bar.g时，自动开启电动阀RCV1325VP和RCV1511VP，通过HP2将一回路水排往核岛疏水系统实现泄压。
3.3 超压保护逻辑设计
考虑到发生上充泵非预期跳闸或发生上充泵自动切换瞬态时，为防止超压保护逻辑动作，避免在下泄隔离的情况下备用上充泵启动造成压力瞬态，在两台上充泵出口压力低于160bar.g信号后增加6秒延时，在6秒内备用上充泵启动足以建立上充泵出口压力，从而避免超压保护的非预期动作导致下泄隔离。同时将该信号设置为5秒脉冲信号，及时备用上充泵启动失败，操纵员可手动干预，防止该设备保护信号闭锁上充泵启动，导致压力进一步降低。
超压保护不同传感器及压力平台相关逻辑设计见下表：
表2 各压力平台超压保护动作设置
3.4 ANT/AST切换时的压力保护
在高压力平台下RCV上充泵或RBS水压试验泵注入阶段，若突然失去电源将导致水压试验压力源丧失，为防止一回路压力瞬降，产生压力瞬变计数，在发生失去ANT时迅速切至由AST供电，GPA系统延时1.2秒，COD装置延时0.5s，根据500kV厂外电源失去的不同工况考虑0.3s到1.3s的裕度，确保RBS水压试验泵在失电后尽可能短（约2～3s）的时间内重新启动。RBS泵启动与停运时间如下图所示：
图1 RBS水压试验泵停运及启动至建立全流量所需时间对比
在发生失电时通过自动关闭HP1以缓解降压速率，确保其最大不超过10bar/min。主要考虑以下三种工况：
1) 失去ANT且AST切换失败；
2) 在水压试验泵注入阶段，RBS4220PO发生未失电情况下的非预期跳闸；
3) 在上充泵注入阶段，RCV泵故障导致不可用。
当发生ANT/AST切换失败时，应急柴油机启动，短时间内由2h蓄电池为高压减压站（HP1/HP2）和RBS水压试验泵仪控电源提供电源。因此，必须在2h内，通过手动方式将RBS水压试验泵切至AST供电。
水压试验泵启动后，当LJL电气盘母线电压降至0.8Un以下时，延时3s会触发保护动作自动关闭HP1，同时使RBS水压试验泵跳闸。这3s包含了LG*系统的动作延时、COD切换装置的延时和LJI电气盘失电后在剩余磁通作用下电压降至低于0.3Un所需的时间。设置3s延时用来防止在高压下泄阀门关闭情况下，RBS水压试验泵自动重启，造成一回路瞬时超压。
失电工况下的压力保护功能通过EHP0001CC和EHP0003CC实现投入和退出，在一回路压力达到165bar.g平台之前，EHP0001CC处于ON位置，允许在ANT/AST切换失败工况下自动隔离高压下泄阀门HP1和HP2；RBS水压试验泵启动后，EHP0003CC处于ON位置，ANT/AST切换失败或LJI母线电压低于0.8Un延时3s或RBS泵意外跳闸，自动隔离高压下泄阀门HP1。
图2 ANT/AST切换失败时的压力保护逻辑
4 超压保护方案实践及验证
4.1 超压保护逻辑预验证
在一回路处于低低水位时，一回路水压试验相关逻辑组态下装至DCS，将RCV上充泵和RBS水压试验泵供电断路器置于试验位，通过依次模拟各级保护信号触发，验证水压试验各压力平台超压保护功能均可正确动作。
4.2 ANT/AST切换失败的压力保护逻辑论证
根据设计要求，在发生失电时RBS泵在260bar.a压力下停运后流量降至零所需时间3s，在1bar.a压力下停运所需时间41s，冷试时在235bar.a压力下停运所需时间6.5s.由此分析得出，RBS泵在一回路水压试验压力210bar.g以下停运时所需时间约11s，而RBS泵从启动到建立全流量12 m3/h还需要约5s时间，入下图所示：
图3 RBS再供电后建立全流量所需时间
设计要求一回路压力下降速率不超过4bar/min,对应3秒内注入流量降至约8 m3/h。RBS水压试验泵在失电后，经过最长时间3s后重新启动，注入流量下降至约10 m3/h，压力下降速率未超出4bar/min，满足设计的压降要求。
综上分析，可以确保通过RBS管道注入一回路的水不会发生断流，从而缓解由失电造成失去压力源对一回路压力的影响。考虑到ANT/AST切换失败的可能性，当发生RBS水压试验泵意外跳闸时，未设置自动重启信号，仅保留跳泵后自动关闭高压下泄阀门的功能。ANT/AST切换失败不会直接导致保护动作，而是通过自动关阀逻辑来间接地缓解一回路压力的过度降低。
5 结论
一回路水压试验作为对核电厂一回路第二道安全屏障可靠性的检验手段，是核电厂最为庞大而复杂的大修项目，具有试验压力高，风险等级高，参与部门众多等特点，而作为三代核电技术的EPR机组还具有设备接口繁多，仪控信号复杂等特点。本文结合EPR机组的设备特性，从超压保护和失电保护两方面对试验过程中各压力平台下的保护功能设置进行了深入研究分析，对超压保护动作和逻辑进行设计并试验论证，解决了EPR核电机组在役一回路水压试验中超压保护系统方案的设计固化问题。通过两台EPR机组首次十年大修窗口，该超压保护系统设计方案在两台机组上进行了成功实践。该方案的设计应用为EPR三代核电机组在役一回路水压试验开创了先河，并可以推广应用到其他同类型的压水堆核电机组一回路水压试验的压力保护设计中，为后续“华龙一号”核电机组的一回路水压试验积累了宝贵经验，并为其开展一回路水压试验提供压力保护相关问题的设计思路及参考方案。
参考文献：
[1] 压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规范(RSE-M)[M]. 2010版.
[2] 柳文斌，数字化环境下大修一回路水压试验及其经验反馈，大亚湾核电，2012，第4期：13-16.
[3] 余维铭，EPR机组一回路水压试验压力控制策略探讨，中国高新技术企业，2015，第35期：73-75.
作者简介：
武江（1992.08 -），男，工学学士，中国广核集团有限公司电力运行工程师，研究方向：EPR核电厂一回路水压试验。
