AAC電源可行性與優點淺析

單志明+劉慧銀+初德月+張冀蘭

摘 要：由于全廠斷電（Station Blackout，簡稱SBO）是一個超設計基準事故，發生SBO后，冷卻反應堆堆芯的能力和安全殼的完整性只能依靠那些不需要交流電源的系統以及電廠以適當的方式恢復交流電源的能力。如果在恢復交流電源前，不需要交流電源的系統由于沒有能量的補充而全部消耗，則反應堆堆芯失去冷卻能力，就會發生熔堆事故。因此增設AAC電源，是提高電廠應付全廠斷電事故的一個重要手段。文中對AAC電源可行性和優點進行了闡述。

關鍵詞：AAC ?福島 ?斷電 ?SBO

中圖分類號：TM62 ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0056-02

1 AAC電源的必要性

2011年日本福島“3·11”事故以來，核電安全更加重要。SBO是一個超設計基準工況，發生SBO后，冷卻反應堆堆芯的能力和安全殼的完整性只能依靠那些不需要交流電源的系統的可利用性以及電廠以適當的方式恢復交流電源的能力。不需要交流電源的系統有：蓄電池、柴油機輔助給水、壓縮空氣、應急水箱等，這些系統在沒有交流電源的情況下，工作的時間是有限的;適當的方式恢復交流電源的能力有：盡快恢復外電源或廠內應急電源。如果在恢復交流電源前，不需要交流電源的系統由于沒有能量的補充而全部消耗，則反應堆堆芯失去冷卻能力，就會發生熔堆事故。

初步PSA研究表明：發生SBO后，一小時內不能恢復電源的事件對反應堆發生熔堆事故（CDF）的貢獻因子最大，占到約40%。

雖然SBO的后果嚴重，但發生SBO的概率很小，所以我廠在設計時沒有考慮SBO的情況。但目前核電廠對SBO問題的關注在不斷提升，主要是關于交流電源可靠性的經驗的積累。許多運行電廠有過失去全部廠外電源的經歷，在所有這些經歷中，大多數的現場應急電源可以馬上向安全相關設備供電，但是，在一些案例中，有一臺現場應急電源不能用，在很少的幾個案例中，發生了失去所有交流電源的情況，但是這些案例中的現場應急電源都在很短的時間內恢復了，沒有造成嚴重的后果。運行的核電廠里有更多的事例在試驗時應急電源啟動和運行失敗。這些關于交流電源可靠性的經驗的積累，引起了對SBO問題的關注的提升。

2 對SBO的應付能力的分析和評價的方法

根據廠外電源的可靠度;廠內應急電源的冗余度、廠內應急電源的可靠度，計算核電廠的最小全廠斷電時限。再根據核電廠的實際系統設備如：蓄電池、壓縮空氣、應急水箱的容量來分析電廠實際的應付SBO的時間。二者進行比較，如果電廠實際的全廠斷電應付時間大于最小全廠斷電時限，則認為電廠發生SBO后，能夠保證反應堆的安全;反之，則認為反應堆是不安全的，需要有改進措施來保證反應堆的安全。

具體改進措施有：

提高廠內應急電源的可靠度和冗余度，可以減少最小全廠斷電時限。

提高蓄電池、應急給水箱、壓縮空氣等的容量，以增加電廠實際的應付SBO的能力。

增設AAC電源—— 增加一臺非安全級的發電機，在發生SBO后，能在1 h內手動啟動并帶上保證反應堆安全的負載。

根據我廠實際情況，初步估算其需要的最小全廠斷電時限是4 h;實際應付能力中，蓄電池（含UPS蓄電池）、壓縮空氣的容量不能在SBO后堅持4 h。所以秦山核電廠必須有改進措施來對付SBO。

主要的改進措施有：

提高廠內應急電源的可靠度：應急柴油機的可靠性不是很高，還有提高的潛力。應急柴油機的輔機系統存在設計和設備的原因，存在許多不足之處，需要改進。

應急柴油機的電氣系統，設備老化，缺陷較多，許多設備由于當時的條件，沒有進行嚴格的1E級鑒定，影響安全功能。需要該為嚴格符合1E級的、可靠的設備。

增設替代交流電源（Alternate AC，簡稱AAC）：由于電廠實際的SBO應付能力較短，必須增加AAC電源，增加一臺非安全級的柴油發電機，平時不與電廠系統設備相聯，在發生SBO時，手動啟動，在1 h內帶載，給保證反應堆安全需要的負荷供電。

綜上所述，增設AAC電源是應付SBO的最有效方法，保證反應堆的安全。

3 AAC電源設計方案

AAC柴油發電機組經出口開關接至6 kV AAC段，正常工況時AAC柴油發電機組在熱備用。

6 kV AAC段經開關接至6 kV公用Ⅰ段，正常工況時開關處于合閘狀態。該回路的作用如下：

（1）正常工況時，6 kV AAC段由6kV公用Ⅰ段供電，6 kV AAC段經6.3/0.4kV配電變壓器向AAC低壓開關柜供電，該低壓開關柜組給AAC柴油發電機組輔助系統及直流充電器等供電，以維持機組處于熱備用狀態;

（2）當機組停機時，出現失去全部廠外電源但廠內應急電源可用的事故工況，可啟動AAC柴油發電機組，向6 kV公用Ⅰ段、工作Ⅰ段母線供電，維持部分重要負荷運行。

6 kV AAC段經開關接至6 kV安全Ⅰ（Ⅱ）段母線，正常工況時，開關在冷備用狀態。在SBO工況下，可啟動AAC柴油發電機組，向6 kV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。

6 kV AAC段經開關接至移動電源車中壓接線箱，作為中壓移動電源接口。正常工況時，開關在冷備用狀態。事故工況下可接入中壓移動電源車，向6 kV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。

4 增設AAC電源的優點

（1）由于AAC電源的重要性，在其設計時就會考慮諸多問題，以下為其的設計原則：

①AAC電源系統的安全等級為非IE級。

②AAC電源不考慮機械設備誤操作或故障及地震的影響。

③AAC電源系統按照電廠的隔離準則，與安全相關設備保持隔離。endprint

④正常時AAC電源不與廠外優先電源及廠內應急交流電力系統相連接 ，更不會自動帶載上述系統，并通過合適的隔離裝置保持電氣隔離。

⑤AAC電源應免受可能導致失電的氣候相關事件的影響。

⑥同優先電源及廠內應急交流電源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天氣或單一故障導致廠內應急電源的任何一部分或優先電源和AAC電源同時故障的個別缺陷;AAC電源的支持系統不依靠優先電源或應急交流電源。

⑦AAC電源設置獨立的控制電源系統。

⑧在全廠斷電發生后，AAC電源應可以適時的被利用。

⑨AAC電源應有足夠的容量用于應付SBO所需的所有系統運行直至反應堆安全停堆。

⑩AAC電源應能夠被檢查、維修，并能夠進行周期性的試驗以證明可運行性和可靠性。

AAC電源的可靠性必須大于0.95。

二AAC電源柴油發電機組安裝在隔離的廠房內。

AAC電源柴油發電機組配備獨立的空氣（或直流）起動系統;該系統有能力在不中途充氣（充電）的情況下保證柴油發電機組連續3次起動。

AAC電源柴油機配備有獨立的外部冷卻系統。

在電廠正常運行工況下，AAC柴油發電機組系統應對其冷卻水和潤滑油進行持續的預加熱和和預循環，以確保柴油發電機組處于熱備用狀態。

（2）設置AAC電源是提高電廠安全性的行之有效的手段，也是提高電廠縱深防御能力的一個行之有效的措施。有分析表明，AAC電源可以有效減小CDF（堆芯熔化概率）。

如不設置AAC電源，CDF為5.91E-6（1/堆年），而設置AAC電源則為3.96E-6（1/堆年），CDF變化百分比（以不設置為基準）為49.2%。可以看出AAC電源對降低堆芯熔化概率的顯著貢獻。綜上所述，增設AAC 電源有以下優點：

①顯著降低堆芯熔化概率;

②提高電廠縱深防御能力;

③提高電廠備用電源的多樣性;

④滿足RGI.155及10CFR50.63的法規要求。

5 結語

福島事故發生以來，世界對核電的安全要求更加嚴格，由于早期核電廠都設計于80年代，當時沒有考慮超基準事故，隨著時代的發展，核電技術日益精進，對核電的要求越來越高，安全在人民心中越來越重，中核核電運行管理有限公司（一廠）堅持核無小事和安全生產的理念，特別針對福島事故增設AAC電源來應付SBO事故，減少堆芯熔化概率，保證反應堆安全。

參考文獻

[1] 張憲.復雜性視角下基于Agent的建設工程項目集成管理模型研究[D].天津大學，2011.

[2] 李珠峰.基于多目標的我國外資建設工程項目管理模式選擇研究[D].華東理工大學，2010.endprint

④正常時AAC電源不與廠外優先電源及廠內應急交流電力系統相連接 ，更不會自動帶載上述系統，并通過合適的隔離裝置保持電氣隔離。

⑤AAC電源應免受可能導致失電的氣候相關事件的影響。

⑥同優先電源及廠內應急交流電源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天氣或單一故障導致廠內應急電源的任何一部分或優先電源和AAC電源同時故障的個別缺陷;AAC電源的支持系統不依靠優先電源或應急交流電源。

⑦AAC電源設置獨立的控制電源系統。

⑧在全廠斷電發生后，AAC電源應可以適時的被利用。

⑨AAC電源應有足夠的容量用于應付SBO所需的所有系統運行直至反應堆安全停堆。

⑩AAC電源應能夠被檢查、維修，并能夠進行周期性的試驗以證明可運行性和可靠性。

AAC電源的可靠性必須大于0.95。

二AAC電源柴油發電機組安裝在隔離的廠房內。

AAC電源柴油發電機組配備獨立的空氣（或直流）起動系統;該系統有能力在不中途充氣（充電）的情況下保證柴油發電機組連續3次起動。

AAC電源柴油機配備有獨立的外部冷卻系統。

在電廠正常運行工況下，AAC柴油發電機組系統應對其冷卻水和潤滑油進行持續的預加熱和和預循環，以確保柴油發電機組處于熱備用狀態。

（2）設置AAC電源是提高電廠安全性的行之有效的手段，也是提高電廠縱深防御能力的一個行之有效的措施。有分析表明，AAC電源可以有效減小CDF（堆芯熔化概率）。

如不設置AAC電源，CDF為5.91E-6（1/堆年），而設置AAC電源則為3.96E-6（1/堆年），CDF變化百分比（以不設置為基準）為49.2%。可以看出AAC電源對降低堆芯熔化概率的顯著貢獻。綜上所述，增設AAC 電源有以下優點：

①顯著降低堆芯熔化概率;

②提高電廠縱深防御能力;

③提高電廠備用電源的多樣性;

④滿足RGI.155及10CFR50.63的法規要求。

5 結語

福島事故發生以來，世界對核電的安全要求更加嚴格，由于早期核電廠都設計于80年代，當時沒有考慮超基準事故，隨著時代的發展，核電技術日益精進，對核電的要求越來越高，安全在人民心中越來越重，中核核電運行管理有限公司（一廠）堅持核無小事和安全生產的理念，特別針對福島事故增設AAC電源來應付SBO事故，減少堆芯熔化概率，保證反應堆安全。

參考文獻

[1] 張憲.復雜性視角下基于Agent的建設工程項目集成管理模型研究[D].天津大學，2011.

[2] 李珠峰.基于多目標的我國外資建設工程項目管理模式選擇研究[D].華東理工大學，2010.endprint

④正常時AAC電源不與廠外優先電源及廠內應急交流電力系統相連接 ，更不會自動帶載上述系統，并通過合適的隔離裝置保持電氣隔離。

⑤AAC電源應免受可能導致失電的氣候相關事件的影響。

⑥同優先電源及廠內應急交流電源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天氣或單一故障導致廠內應急電源的任何一部分或優先電源和AAC電源同時故障的個別缺陷;AAC電源的支持系統不依靠優先電源或應急交流電源。

⑦AAC電源設置獨立的控制電源系統。

⑧在全廠斷電發生后，AAC電源應可以適時的被利用。

⑨AAC電源應有足夠的容量用于應付SBO所需的所有系統運行直至反應堆安全停堆。

⑩AAC電源應能夠被檢查、維修，并能夠進行周期性的試驗以證明可運行性和可靠性。

AAC電源的可靠性必須大于0.95。

二AAC電源柴油發電機組安裝在隔離的廠房內。

AAC電源柴油發電機組配備獨立的空氣（或直流）起動系統;該系統有能力在不中途充氣（充電）的情況下保證柴油發電機組連續3次起動。

AAC電源柴油機配備有獨立的外部冷卻系統。

在電廠正常運行工況下，AAC柴油發電機組系統應對其冷卻水和潤滑油進行持續的預加熱和和預循環，以確保柴油發電機組處于熱備用狀態。

（2）設置AAC電源是提高電廠安全性的行之有效的手段，也是提高電廠縱深防御能力的一個行之有效的措施。有分析表明，AAC電源可以有效減小CDF（堆芯熔化概率）。

如不設置AAC電源，CDF為5.91E-6（1/堆年），而設置AAC電源則為3.96E-6（1/堆年），CDF變化百分比（以不設置為基準）為49.2%。可以看出AAC電源對降低堆芯熔化概率的顯著貢獻。綜上所述，增設AAC 電源有以下優點：

①顯著降低堆芯熔化概率;

②提高電廠縱深防御能力;

③提高電廠備用電源的多樣性;

④滿足RGI.155及10CFR50.63的法規要求。

5 結語

福島事故發生以來，世界對核電的安全要求更加嚴格，由于早期核電廠都設計于80年代，當時沒有考慮超基準事故，隨著時代的發展，核電技術日益精進，對核電的要求越來越高，安全在人民心中越來越重，中核核電運行管理有限公司（一廠）堅持核無小事和安全生產的理念，特別針對福島事故增設AAC電源來應付SBO事故，減少堆芯熔化概率，保證反應堆安全。

參考文獻

[1] 張憲.復雜性視角下基于Agent的建設工程項目集成管理模型研究[D].天津大學，2011.

[2] 李珠峰.基于多目標的我國外資建設工程項目管理模式選擇研究[D].華東理工大學，2010.endprint