CANDU-6機(jī)組單列電氣母線檢修的風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策

吳明亮 丁正彪

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

CANDU-6機(jī)組單列電氣母線檢修的風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策

吳明亮 丁正彪

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

單列電氣母線檢修是CANDU-6機(jī)組大修期間進(jìn)行的一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)。本文分析了單列電氣母線檢修帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)和影響，并結(jié)合作者的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)策略和設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，對(duì)同類型電站今后在大修期間如何有效降低該項(xiàng)檢修活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，以及可能的事故處理提供了依據(jù)和參考，具有一定的借鑒意義。

母線檢修 失電 風(fēng)險(xiǎn) 對(duì)策

1 廠用配電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某CANDU-6機(jī)組的廠用配電系統(tǒng)包括一級(jí)不間斷直流電源系統(tǒng)、二級(jí)不間斷交流電源系統(tǒng)、三級(jí)短時(shí)可中斷的交流電源系統(tǒng)和四級(jí)可長(zhǎng)期中斷的交流電源系統(tǒng)，這些分級(jí)與電源能否中斷及電源性質(zhì)相關(guān)。四級(jí)電源和三級(jí)電源分為奇偶序列對(duì)廠用電供電，UPS電源（包括一級(jí)電源和二級(jí)電源）分為A、B、C三通道給不間斷電源負(fù)荷供電。

一級(jí)不間斷直流電源系統(tǒng)和二級(jí)不間斷交流電源系統(tǒng)為基本輔助設(shè)施、控制和保護(hù)設(shè)備以及安全設(shè)備供電，由三級(jí)短時(shí)可中斷的交流電源系統(tǒng)供電并以蓄電池作為備用電源。三級(jí)短時(shí)可中斷的交流電源系統(tǒng)可承受短期的電源中斷，由四級(jí)可長(zhǎng)期中斷的交流電源系統(tǒng)的11.6kV母線供電并以備用柴油發(fā)電機(jī)（SDG）作為后備電源，在喪失四級(jí)電源情況下，三級(jí)電源系統(tǒng)由備用的柴油發(fā)電機(jī)組供電。四級(jí)可長(zhǎng)期中斷的交流電源系統(tǒng)是輔助設(shè)施和設(shè)備的正常供電電源，長(zhǎng)期電源中斷不會(huì)影響人員或設(shè)備的安全，其11.6kV母線由廠用變壓器和主變壓器或啟備變壓器供電。

2 單列電氣母線檢修帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)分析

盡管CANDU-6機(jī)組大修期間的電氣母線停役檢修均安排在冷態(tài)卸壓GSS（MODE 5B）模式下進(jìn)行，但由于CANDU堆的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，即使停堆大修期間，核燃料棒束依然保留在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，堆芯內(nèi)的裂變反應(yīng)和衰變熱仍然存在，為保證堆芯余熱排出，停堆冷卻系統(tǒng)必須保持運(yùn)行。由于單列電氣母線停役檢修不可用，若此時(shí)發(fā)生運(yùn)行停冷泵故障、供電的單列三級(jí)母線故障或供電的單列四級(jí)和三級(jí)電源同時(shí)失電等，均會(huì)造成冷態(tài)卸壓下失去兩臺(tái)停冷泵事件。若引發(fā)失去兩臺(tái)停冷泵的原因是電氣母線失電，還將對(duì)作為電廠熱阱的其它系統(tǒng)產(chǎn)生影響，對(duì)堆芯余熱導(dǎo)出構(gòu)成不同程度的風(fēng)險(xiǎn)，而在上述列出的三種可能引起失去兩臺(tái)停冷泵的風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)中，尤以四級(jí)和三級(jí)電源同時(shí)失電對(duì)機(jī)組安全的挑戰(zhàn)最大。

根據(jù)分析，單列電氣母線停役檢修期間，同時(shí)失去四級(jí)和三級(jí)電源的潛在情形，包括在發(fā)生以下事故工況同時(shí)，三級(jí)電源母線失去備用柴油發(fā)電機(jī)供電：（1）供電IV級(jí)11.6KV母線5314-BUA或5314-BUB本身故障；（2）同時(shí)失去11.6KV母線的供電電源；（3）11.6KV母線供電電源（SST和UST）切換失敗等。在電廠大修期間，由于單列母線供電本身使得供電可靠性變差、安全相關(guān)設(shè)備冗余喪失，再疊加現(xiàn)場(chǎng)維修工作引入的風(fēng)險(xiǎn)，因此，發(fā)生上述事件的可能性是客觀存在的。而針對(duì)上述分析的導(dǎo)致機(jī)組失去兩臺(tái)停冷泵（正常熱阱動(dòng)力源）的三種潛在事故中，最大風(fēng)險(xiǎn)則是“在機(jī)組大修期間，發(fā)生失去四級(jí)和三級(jí)電源事件”，由于對(duì)該事故工況的分析結(jié)論可以覆蓋另外兩種事件發(fā)生后對(duì)機(jī)組的影響，又由于單列電氣母線檢修通常在冷態(tài)卸壓GSS工況下進(jìn)行，因此，本文后續(xù)將側(cè)重分析基于“冷態(tài)卸壓GSS工況（MODE 5B）下，發(fā)生失去四級(jí)和三級(jí)電源”這一假想事件可能帶來的對(duì)機(jī)組安全的影響、挑戰(zhàn)、以及處理原則和對(duì)策等。

3 單列電氣母線檢修潛在風(fēng)險(xiǎn)的影響評(píng)價(jià)

3.1 對(duì)反應(yīng)性的影響

在冷態(tài)卸壓GSS工況下，反應(yīng)堆功率小于0.1%FP，具體功率水平隨停堆時(shí)間延長(zhǎng)而衰減。此時(shí)，主熱傳輸系統(tǒng)和慢化劑都處于冷態(tài)，如果此時(shí)失去四級(jí)和三級(jí)電源，則堆芯熱量無法通過停冷泵及停冷熱交換器導(dǎo)出，慢化劑熱交換器也因?yàn)槭ダ鋮s水而失效，因?yàn)橥６阎蠖研局写嬖诖罅苛炎儺a(chǎn)物和活化產(chǎn)物，其衰變能長(zhǎng)期存在，從而引起燃料和主熱傳輸系統(tǒng)不同程度的溫升。通過對(duì)引起反應(yīng)性變化各種因素的綜合分析，如果在冷態(tài)卸壓GSS工況下長(zhǎng)時(shí)間失去四級(jí)和三級(jí)電源，會(huì)引入一定的正反應(yīng)性。通過代入數(shù)值計(jì)算，從冷停堆到熱停堆變化期間，反應(yīng)性約增益了3mk。但由于反應(yīng)堆此時(shí)處于深度次臨界狀態(tài)，SDS#2注入后引入的負(fù)反應(yīng)性能夠確切的保證反應(yīng)堆處在次臨界狀態(tài)。

3.2 對(duì)燃料冷卻的影響

冷態(tài)卸壓GSS工況及單列電氣母線停役檢修期間，熱傳輸主泵停運(yùn)。運(yùn)行停冷泵從反應(yīng)堆出口集管取水，經(jīng)過停堆冷卻熱交換器將熱量傳遞給RCW，然后將冷卻后的重水送入反應(yīng)堆入口集管，部分重水直接進(jìn)入燃料通道冷卻堆芯，部分重水通過蒸汽發(fā)生器和主泵流回反應(yīng)堆出口集管。此時(shí)，如果發(fā)生失去四級(jí)和三級(jí)電源事件，將導(dǎo)致停冷泵失電停運(yùn)，主泵也因失電不可運(yùn)行，因此，將使得正常和備用熱阱同時(shí)失效。在此工況下，即使四級(jí)電源恢復(fù)，由于上充泵和換料重水供給泵均由三級(jí)電源供電，主系統(tǒng)不能加壓，主泵同樣也不允許啟動(dòng)，因此，備用熱阱能否建立關(guān)鍵取決于三級(jí)電源的恢復(fù)情況。采取保守原則，根據(jù)正常熱阱不可用時(shí)備用熱阱投入的時(shí)限控制要求，在停堆3天后，必須在4小時(shí)內(nèi)投入備用熱阱，以保證燃料能夠得到足夠的冷卻。

失去四級(jí)和三級(jí)電源后，主控操縱員需要及時(shí)確認(rèn)自然循環(huán)和IBIF（間斷性浮力引發(fā)的流動(dòng)-Intermittent Buoyancy Induced Flow）的有效性，確保堆芯余熱排出；若不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)投入備用熱阱，必須對(duì)ECC觸發(fā)參數(shù)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視，一旦滿足則應(yīng)立即執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程，確保堆芯燃料得到足夠的冷卻。需要注意的是，在這種情況下由于沒有真的發(fā)生LOCA事故，中壓安注并不能解決燃料冷卻問題，故需要為主系統(tǒng)人為尋求一個(gè)破口，以建立燃料的循環(huán)冷卻，最終切至低壓安注回路建立燃料的長(zhǎng)期冷卻。

通過上述分析，在機(jī)組單列母線檢修期間，發(fā)生失去四級(jí)和三級(jí)電源事件時(shí)，燃料冷卻是能夠得到保障的。但電站還是需要采取措施，如通過設(shè)置第5臺(tái)SDG增加供電可靠性等，以在確保燃料安全的前提下，降低需要觸發(fā)應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 對(duì)放射性包容的影響

在冷態(tài)卸壓GSS工況下，發(fā)生失去四級(jí)和三級(jí)電源故障事件之后，操縱員在可信的時(shí)間內(nèi)完成建立備用熱阱或投入應(yīng)急熱阱等手段來確保燃料充足的冷卻，不會(huì)造成顯著的燃料過熱或燃料故障。另外，安全殼的隔離系統(tǒng)仍然有效。因此，沒有裂變產(chǎn)物釋放到安全殼，安全殼也沒有釋放出裂變產(chǎn)物。

3.4 對(duì)其它重要安全系統(tǒng)的影響

（1）應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)（34320）。在冷態(tài)卸壓GSS工況下，失去四級(jí)和三級(jí)電源時(shí)，因主熱傳輸系統(tǒng)在冷態(tài)泄壓狀態(tài)，應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)已被閉鎖，因此必須嚴(yán)密監(jiān)視手動(dòng)觸發(fā)應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)的條件。此時(shí)應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)作為應(yīng)急熱阱，必須保持至少一列中、低壓安注系列手動(dòng)可用，用以在正常熱阱和備用熱阱不可用或在規(guī)定時(shí)限不能投入時(shí)，通過手動(dòng)投運(yùn)ECC中、低壓安注從而保證堆芯內(nèi)燃料的長(zhǎng)期有效冷卻。

（2）乏燃料冷卻（34410）。乏燃料儲(chǔ)存池設(shè)計(jì)的最大容量為能儲(chǔ)存反應(yīng)堆運(yùn)行9年所卸下的乏燃料，此時(shí)的最大熱負(fù)荷為1.8MW。儲(chǔ)存池水裝量為1900m3，水的比熱為4200J/（kg·℃），根據(jù)公式（1）計(jì)算得到貯存池水溫從正常的38℃上升到《技術(shù)規(guī)格書》的限值49℃需11個(gè)小時(shí)。研究院通過保守?zé)峁し治鲇?jì)算完成的結(jié)果也表明，在喪失乏燃料水池冷卻時(shí)，乏燃料水池內(nèi)平均溫度達(dá)到100℃所需時(shí)間為72.9小時(shí)。因此在冷態(tài)卸壓GSS工況下，失去四級(jí)和三級(jí)電源時(shí)，只要保持乏燃料池的水裝量，在短時(shí)間內(nèi)不必?fù)?dān)心乏燃料的冷卻。并且還可以通過向乏燃料池補(bǔ)充除鹽水的方法減緩乏燃料池水溫的上升。

4 應(yīng)對(duì)單列電氣母線檢修風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策

4.1 通過變更改造，提高機(jī)組的本質(zhì)安全

經(jīng)過分析，結(jié)合福島事件的整改措施，機(jī)組可以通過實(shí)施變更改造來提高大修期間的供電可靠性，確保機(jī)組熱阱安全運(yùn)行。即增設(shè)第五臺(tái)備用柴油發(fā)電機(jī)及公用母線為兩臺(tái)機(jī)組4臺(tái)停堆冷卻泵及其它重要負(fù)荷提供備用電源，并在停堆冷卻泵現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置電源切換裝置。根據(jù)國(guó)際及國(guó)內(nèi)同行實(shí)踐，兩臺(tái)機(jī)組增加一臺(tái)備用SDG，不僅可以極大提高兩臺(tái)機(jī)組單列電氣母線停役檢修期間正常熱阱的可靠性，將增設(shè)的備用SDG布置在較高處的山體上，還可以有效降低極端事件下電站因水淹而導(dǎo)致全廠失電的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 開展PSA分析，優(yōu)化SDG檢修窗口

根據(jù)已有的概率安全分析（PSA技術(shù)）結(jié)果，在機(jī)組功率運(yùn)行期間安排實(shí)施SDG（備用柴油發(fā)電機(jī)）及其出口斷路器停役檢修。其對(duì)機(jī)組年度平均風(fēng)險(xiǎn)的增量（ΔCDF）及機(jī)組的即時(shí)風(fēng)險(xiǎn)兩方面影響均在可接受范圍，在保證外電源可靠的前提下，可以考慮在機(jī)組功率運(yùn)行期間實(shí)施SDG停役檢修。這樣，就可以在一個(gè)系列母線停電檢修期間，使其對(duì)應(yīng)的SDG始終保持可用，但其出口斷路器鎖在冷備用狀態(tài)，一旦發(fā)生運(yùn)行三級(jí)6.3KV母線故障短時(shí)不可恢復(fù)的工況，就可通過啟動(dòng)SDG盡快恢復(fù)停役檢修三級(jí)6.3KV母線供電。

4.3 通過合理工作安排，優(yōu)化大修關(guān)鍵路徑

在電廠大修初期，由于堆芯衰變熱比較高，在這個(gè)階段安排單列電氣母線檢修并行造成的核安全風(fēng)險(xiǎn)，顯然要高于在大修中后期開展這項(xiàng)大修活動(dòng)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)；但由此帶來的對(duì)大修工期及其它方面的影響則需要進(jìn)行評(píng)估。因此，能否將這項(xiàng)大修活動(dòng)安排至大修中后期開展，需要電站運(yùn)行、計(jì)劃、維修等部門共同開展認(rèn)真的分析和評(píng)價(jià)。而在電氣檢修工作安排方面，在制定四級(jí)11.6KV和三級(jí)6.3KV電源母線停電檢修計(jì)劃時(shí)，應(yīng)優(yōu)先安排三級(jí)6.3KV電源母線清掃，主泵、上充泵電源開關(guān)優(yōu)先檢修；并在保證安全的前提下，將RCW泵、RS W泵等熱阱設(shè)備電源開關(guān)檢修安排在機(jī)組正常運(yùn)行期間進(jìn)行，以保證在需要時(shí)及時(shí)復(fù)役母線和熱阱相關(guān)設(shè)備，恢復(fù)機(jī)組正常或備用熱阱。

4.4 實(shí)施補(bǔ)償性措施，編制針對(duì)特定工況的事故預(yù)案

在明確了單列電氣母線檢修的主要風(fēng)險(xiǎn)之后，要通過實(shí)施補(bǔ)償性措施來改進(jìn)縱深防御，并制定針對(duì)潛在重要事件的處理預(yù)案。經(jīng)過分析，這些措施包括：1）單列母線檢修前，提前擺好主熱傳輸及輔助系統(tǒng)工藝閥門狀態(tài)，確保在發(fā)生失去兩臺(tái)停冷泵后，能直接啟動(dòng)上充泵對(duì)PHT系統(tǒng)進(jìn)行充水加壓，并點(diǎn)動(dòng)主泵建立自然循環(huán)。2）單列母線檢修期間，保持帶電系列的上充泵和主泵電機(jī)電加熱器投用，油泵電機(jī)電源開關(guān)合閘，并保持上充泵和主泵電機(jī)開關(guān)冷備用狀態(tài)。在緊急情況下，只需要將電機(jī)電源開關(guān)從冷備用改為熱備用狀態(tài)，就可以啟動(dòng)上充泵或點(diǎn)動(dòng)主泵。除了實(shí)施上述補(bǔ)償性措施之外，提前編制單列母線檢修期間失去機(jī)組熱阱的事故預(yù)案，并利用大修前的模擬機(jī)培訓(xùn)完成這一事故預(yù)案的演練和驗(yàn)證，確保大修機(jī)組主控室操縱員、大修核心人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員能夠正確理解和掌握事故預(yù)案的內(nèi)容，也是一項(xiàng)十分重要的工作。通過事故預(yù)案的制定和人員培訓(xùn)，使得在出現(xiàn)異常事故的工況下，運(yùn)行人員能夠根據(jù)事故預(yù)案有效進(jìn)行事故處理和響應(yīng)，縮短機(jī)組熱阱恢復(fù)時(shí)間，降低事故帶來的核安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.5 控制大修活動(dòng)帶來的額外風(fēng)險(xiǎn)

在電廠大修期間，現(xiàn)場(chǎng)各種維修活動(dòng)交叉進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)工作人員眾多、運(yùn)行操作和維修工作量大，這在一定程度上增加了系統(tǒng)配置錯(cuò)誤和人員誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。這就要求大修管理層不僅要從大修計(jì)劃安排、防人因管理等方面采取措施，還應(yīng)該采取行政或技術(shù)措施來保證核安全重要設(shè)備的可靠運(yùn)行，減少大修活動(dòng)帶來的核安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

在現(xiàn)代核電企業(yè)中，安全與經(jīng)濟(jì)是兩大永恒的主題，如何在保證安全的前提下，實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)效益的最大化，科學(xué)、合理地制定電廠大修計(jì)劃關(guān)鍵路徑就顯得十分重要。本文作者在對(duì)核電站大修期間進(jìn)行的單列電氣母線檢修工作可能產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)及其影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析后認(rèn)為，通過采取設(shè)計(jì)改進(jìn)、優(yōu)化大修關(guān)鍵路徑及合理的運(yùn)行干預(yù)措施，可以大大降低電站發(fā)生預(yù)期事件的風(fēng)險(xiǎn)，確保大修期間電站的核安全、人員安全和設(shè)備安全得到可靠保障。

［1］CANDU-6機(jī)組最終安全分析報(bào)告第16章［R］.

［2］失去三、四級(jí)電源應(yīng)急規(guī)程技術(shù)規(guī)范（98-91120-TBD-007）［S］.

［3］失去三、四級(jí)電源應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程（98-91120-EOP-007）［S］.

［4］冷態(tài)卸壓下失去兩臺(tái)停冷泵應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程（98-91120-EOP-202）［S］.

［5］冷態(tài)卸壓下失去RCW/RSW應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程（98-91120-EOP-201）［S］.

吳明亮（1975—），男，漢族，浙江慶元人，高級(jí)工程師，碩士，核電廠運(yùn)行，多次參與重水堆機(jī)組大修準(zhǔn)備和實(shí)施工作；

丁正彪（1979—），男，仡佬族，貴州思南人，高級(jí)工程師，注冊(cè)核安全工程師，工程碩士，現(xiàn)從事核電站運(yùn)行工作。