全廠失去電源對核電站的影響和控制策略分析

原偉

摘 要：全廠失電在核電站整個壽期內(nèi)有可能發(fā)生，文章圍繞事故規(guī)程ECP1展開分析討論，并主要分析了事故規(guī)程的主要體系，概述了ECP1事故規(guī)程的內(nèi)容，全廠失去電源對核電站三道屏障造成的危險，并重點闡述了全廠失電的主要控制策略。

關(guān)鍵詞：全廠失去電源；事故運行規(guī)程；ECP1

中圖分類號：TL364.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）09-0177-02

美國三里島事故后，引發(fā)了核工業(yè)界對穩(wěn)壓器安全閥的改進和狀態(tài)導(dǎo)向規(guī)程的研究，而福島核事故后，核電廠安全更加受到社會各界的廣泛關(guān)注，福島核事故也證明了在極端惡劣條件下核電站發(fā)生全廠失去電源的可能性，針對福島核事故的反饋，中國各個核電站都有一系列的改進。本文主要圍繞核電站在失去全部廠內(nèi)外電源后事故運行規(guī)程的控制策略分析討論，簡單介紹了SOP的整個規(guī)程體系，全廠失去電源后對核電站的影響和規(guī)程的控制策略。

1 事故運行規(guī)程

目前事故規(guī)程有兩種類型，一種是以事件導(dǎo)向為依據(jù)的，它首先判斷事件產(chǎn)生的原因，然后再采取相應(yīng)的措施，一般不考慮多重事故的可能性。優(yōu)點是針對性很強，對單一事故能夠得到有效快速的控制，但缺點也是顯而易見的，對于疊加、復(fù)雜事故工況處理就遠不如另外一種事故規(guī)程有效。三里島事故前的事故運行規(guī)程就是以事件為依據(jù)的。三里島事故后，不僅美國核管會要求核電廠按征兆定向修改應(yīng)急規(guī)程，而且法國和德國等國也都根據(jù)各國具體情形，修改完善了應(yīng)急運行規(guī)程。其中，由法國EDF所開發(fā)的以狀態(tài)導(dǎo)向為基礎(chǔ)的應(yīng)急運行規(guī)程稱為SOP，全稱State Oriented Procedure，即狀態(tài)導(dǎo)向法事故程序。目前，我國在建核電機組中的嶺澳二期、紅沿河一期以及寧德一期的事故運行規(guī)程采用的均是SOP，本文主要介紹的是用于處理全廠失電的事故規(guī)程ECP1。

2 ECP1規(guī)程概述

2.1 ECP1規(guī)程適用范圍

ECP1規(guī)程是SOP的主要規(guī)程之一，ECP1適用性與機組初始標準狀態(tài)相關(guān)，從功率運行直到RRA運行條件的中間停堆，RRA未連接。

下列事件引起的事故都可以由ECP1程序來處理：

①所有在DOS中未探測到熱工水力降級的事件，比如安全殼內(nèi)無放射性、安全殼壓力小于1.2 bar abs、反應(yīng)堆停堆工況而沒有異常的高中子通量等。

②導(dǎo)致至少一個NSSS功能不可用，從而不可能應(yīng)用正常規(guī)程將機組帶回并維持在后備狀態(tài)的事件。比如喪失支持系統(tǒng)功能的事件：喪失電源或者喪失流體系統(tǒng)，其導(dǎo)致NSSS的某些功能不可用。

③處理過剩的安注，比如：誤安注，或者是無用的安注。

2.2 ECP1規(guī)程內(nèi)容和處理思路

2.2.1 ECP1規(guī)程內(nèi)容

ECP1總共有五個序列，它們分別是：

序列一：維持功率運行或降功率。

序列二：穩(wěn)定。

序列三：硼化。

序列四：向中間停堆過渡。

序列五：利用RIS011PO向中間停堆過渡。

2.2.2 處理思路

關(guān)于每個序列的詳細控制策略，由于篇幅限制就不在此贅述，下文在論及全廠失電的控制策略會詳細論及序列五，但通過ECP1處理支持功能的總體過程可以概括如下：

①事故初期，通過DOS診斷進入ECP1，每個支持功能的喪失都有特征報警的出現(xiàn)，這些特征報警都是DOS報警，根據(jù)這些報警可以快速導(dǎo)入ECP1。

②ECP1里執(zhí)行相應(yīng)的支持功能喪失的操作單，操作單的后面都有要求在RMC上記錄事件不可用的后撤期限和后撤模式。

③進入ECP1的相應(yīng)序列，根據(jù)RMC上的記錄進行穩(wěn)定或者后撤。

3 全廠失電對三個安全功能造成的后果分析

3.1 反應(yīng)性控制

①控制棒束組件：全部落入堆芯提供負反應(yīng)性。

②含硼水的補充：安全注射系統(tǒng)RIS 011 PO泵提供。

3.2 余熱導(dǎo)出

3.2.1 冷卻源

蒸汽發(fā)生器將由ASG蒸發(fā)器輔助給水系統(tǒng)汽動輔助給水泵供水，GCTa汽機旁路系統(tǒng)排大氣系統(tǒng)冷卻。

3.2.2 循 環(huán)

一回路通過自然循環(huán)進行冷卻。

3.2.3 一回路水裝量

上充和下泄功能失去，水的貯存由安全注射系統(tǒng)RIS 011 PO泵提供。

3.3 三道屏障

3.3.1 第一道屏障

通過冷卻控制維持堆芯飽和裕度△Tsat>20 ℃（GCTa），通過PZR水位控制壓力（RIS 011 PO）。

3.3.2 第二道屏障

在幾秒鐘之內(nèi)，同時失去主泵軸封的注入（RCV泵組失電）以及向熱屏冷卻的供水（RRI泵組失電）。幾秒鐘之內(nèi)，由LLS水力試驗泵汽輪發(fā)電機組供電的泵啟動，從而實現(xiàn)向主泵提供軸封水。

3.3.3 第三道屏障

即刻不會有問題，但可能有以下幾個風險：

①通風裝置的冷凍水失去（DEG）。

②安全殼電氣隔離閥失去（閥停留在其位置上）。

③EAS（安全殼噴淋系統(tǒng)）失去功能。

④如果向主泵軸封水失去，則會導(dǎo)致一回路冷卻劑泄漏到安全殼內(nèi)，安全殼內(nèi)的溫度和壓力上升，無可以使用的EAS。

從以上的分析可以清楚看出，在機組出現(xiàn)全廠失去電源的情況下，核電站的三個安全功能是可以保證的，但是由于由于控制-操縱系統(tǒng)由蓄電池供電，但供電時間有限，如果電源不能在短時間內(nèi)恢復(fù)，操縱員對機組的監(jiān)控力度將慢慢降低，如果此時疊加熱工水力事故，機組參數(shù)可能會失控。

4 全廠失電事故規(guī)程走向

主降壓變壓器、輔助變壓器和兩臺柴油發(fā)電機機組1 h以上的功能失去概率累計為10-5/a/機組，屬于第IV類事件，在失去全部電源后除了盡可能快速恢復(fù)一路供電外，限制用電也是一種手段，全廠失電后機組出現(xiàn)IKIC報警，然后由IKIC程序?qū)⒖刂魄械紹UP控制，然后主控操縱臺將被停運，操縱員從BUP上開始執(zhí)行DOS程序。如圖1所示，從全廠失電開始到進入ECP1序列5進行等待電源恢復(fù)的規(guī)程走向：

在經(jīng)過序列4后，如果電源還未恢復(fù)，則程序由兩臺RCV泵和RRI泵同時不可用，定位到序列5：利用RIS011PO向中間停堆過渡。此序列為全廠失去電源后必須要執(zhí)行的一個序列，也是程序控制策略最集中體現(xiàn)的地方，下面做詳細說明。

序列5的目標是最終達到并維持冷管段的溫度高于190 ℃的運行區(qū)域，從而維持向汽動輔助給水泵的蒸汽供應(yīng)，序列中最重要的操作就是溫度控制和穩(wěn)壓器液位控制。

在失去所有的電源之后，機組配置如下：

①控制棒插入。

②一回路在自然循環(huán)。

③試驗泵由LLS柴油發(fā)電機供電從PTR取水保證軸封注入。

④上充開啟，下泄關(guān)閉。

⑤蒸發(fā)器由ASG汽動泵供水。

可用的控制是：

①通過調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)ASG的流量。

②調(diào)節(jié)GCTa的閥門。

③在就地調(diào)節(jié)實驗泵的流量和壓力.

④主要的信息由LLS再供電。

如果一回路溫度小于190 ℃（冷段），因為蒸汽壓力不足，所以無法保證汽動給水泵的正常運行，所以關(guān)閉GCTa的閥門以提高溫度。

如果一回路冷段溫度高于200 ℃：

如果穩(wěn)壓器水位高于10%，允許28 ℃/h冷卻。

如果穩(wěn)壓器水位在0%～10%之間，穩(wěn)定一回路溫度直至穩(wěn)壓器水位因通過RIS0 11PO提供軸封注入而上升。

如果穩(wěn)壓器水位低于0%（表明測量通道故障），使用一回路壓力測量進行替換，一回路壓力異常高，高于155 bar，表明穩(wěn)壓器充滿，則需要以28 ℃/h進行冷卻避免穩(wěn)壓器安全閥開啟。如果一回路壓力低于155 bar，和探測到穩(wěn)壓器水位測量通道故障之前同樣的速率進行冷卻（28 ℃/h，14 ℃/h，或穩(wěn)定）。

如果一回路溫度在190 ℃～200 ℃之間，停止冷卻并檢查穩(wěn)壓器水位測量，如果穩(wěn)壓器水位高于-6 m，操縱員必須通過RIS011PO注入流量調(diào)整水位至-1.1 m左右。如果穩(wěn)壓器水位低于-6 m，操縱員必須通過RIS011PO注入流量穩(wěn)定一回路壓力。

5 結(jié) 語

總之，在機組出現(xiàn)全廠失去電源的情況下，操縱員最重要的是通過冷卻使得一回路降溫并最終維持在190～200 ℃之間，并通過RIS0 11PO穩(wěn)定穩(wěn)壓器水位，在機組未疊加其他事故情況下，反應(yīng)堆的安全是完全可以保證的。如果在這個過程中出現(xiàn)其他熱工水力事故，將有PF（福島后改進項）項中的一些設(shè)備來保證，不是本文的論證范疇，不再贅述。

參考文獻：

[1] 大壓灣核電培訓中心.大壓灣核電站事故規(guī)程解讀[M].北京：原子能出版社，2007.