失去主電源導致穩壓器安全閥開啟原因分析

趙中勝

【摘 要】最近幾年法國的核電廠發生了多次功率運行期間突然失去廠外主電源，反應堆停堆并切到廠外輔助電源的故障，在這個過程中發生了幾次穩壓器安全閥開啟的事件。本文的目的是分析法國核電廠失去廠外主電源導致穩壓器安全閥開啟的原因， 最后針對這個風險提出一些整改的建議。

【關鍵詞】失電；停堆；穩壓器水位；穩壓器壓力；安全閥

2016年法國EDF公司發布了一份關于下屬核電廠的運行事件報告，其中專門提到了在電廠功率運行時如果突然失去了主廠外電源，反應堆自動停堆并切到輔助電源，在這個故障過程中有可能發生因穩壓器壓力高而導致安全閥開啟的事件， 穩壓器安全閥開啟對核電廠工藝系統的影響很大，一方面如果安全閥排放時間過長可能導致RCP002BA泄壓箱的爆破膜開啟，從而導致一回路放射性釋放到安全殼里面；另一方面如果發生了安全閥帶水排放，還有可能導致安全閥損壞，從而導致一回路邊界的完整性被破壞，從而導致事故擴大。

所以下面我就法國核電廠失去廠外電源導致穩壓器安全閥開啟的原因進行分析，并針對這個風險提出一些有針對性的措施。

1 失去廠外主電源停堆導致穩壓器安全閥開啟原因分析

1.1 原因分析過程中幾個需要用到的一回路重要參數

法國900MW反應堆一回路正常運行時平均溫度310.0℃，對應飽和水的密度690.66kg/m3；熱停堆一回路平均溫度291.4℃，對應飽和水的密度是729.23 kg/m3，滿功率運行時一回路水的總質量約202t；穩壓器的直徑約2.134m，滿功率運行時穩壓器的液位定值0m，穩壓器液位3低定值是-5.02m；上充泵最大上充流量25.6m3/h。

1.2 失去主廠外電源停堆導致穩壓器安全閥開啟的原因分析

停堆前機組滿功率運行，主控觸發緊急停堆信號，控制棒驅動機構失電，所有控制棒掉入堆芯，導致反應堆停堆，汽機停機，一回路進入熱停堆狀態。理論上因一回路的平均溫度從310℃很快降到291.4℃，水的密度從690.66kg/m3很快增加到729.23kg/m3，由于冷卻劑的總質量202t不變，所以一回路的總體積從292.47m3很快降到了277.00m3，收縮了近15.47m3，穩壓器的內徑是1.067m，截面積是3.575m2，所以穩壓器的水位從0m迅速降到-4.32m。

上面的數據只是滿功率緊急停堆的試驗數據，由于同時失去了廠外電源，廠用電源將自動切到輔助電源，主輔電源切換過程中主泵、主給水泵這些大泵都自動停運，而正是因為主給水泵和主泵的停運導致了穩壓器運行工況的進一步惡化。

主給水泵跳閘后，輔助給水泵立即啟動，輔助給水泵啟動后出口流量調節閥自動立即全開，以最大流量向蒸汽發生器里面灌水，大量的冷水進入蒸汽發生器這必然導致一回路溫度持續降低，而另一方面主泵又全停，相當于一回路失去了一個很大的熱源，這些原因都會導致一回路溫度的降低。

根據事故規程，在SG水位達到零負荷對應的水位-0.64m之前，我們必須保持很大的ASG給水流量向SG注水，大量冷水進入SG的最終后果就是一回路溫度的進一步降低，穩壓器水位急劇下降。

從上面分析我們可以看出滿功率緊急停堆和失去主廠外電源都會導致穩壓器水位的降低，但是兩個故障單獨觸發基本都不會導致穩壓器液位3低報警的出來，如果兩個故障同時觸發，如果操縱員沒有及時干預，一回路的平均溫度100%降到286.5℃以下，導致穩壓器3低液位觸發。

穩壓器液位3低報警的觸發以后，根據穩壓器的液位保護邏輯，將隔離化容控制系統的正常下泄。上充流量很快就調到自動最大值25.6m3/h，再加上軸封注入流量有近2×3m3/h，以近31m3/h的流量向穩壓器注水，而這個時候化容系統的下泄已經被隔離，所以一回路的水相當于只進不出，穩壓器水位快速回升，穩壓器水位的上升將開始壓縮穩壓器上部的蒸汽空間，蒸汽空間的被壓縮導致一回路的壓力開始回升。

當穩壓器水位接近熱停堆設定值時上充泵的上充流量開始自動下降，如果此時仍然沒有恢復下泄，穩壓器水位仍然繼續上升，蒸汽空間持續被壓縮，壓力進一步升高并超過正常值15.5MPa.a，當達到噴淋閥動作值15.67MPa.a時，穩壓器噴淋閥開始開啟，但是主泵停運，即使開噴淋閥也沒有一點降壓效果。

最后穩壓器的水位繼續升高，穩壓器壓力也繼續升高，最后壓力升到了安全閥的動作定值16.6MPa.a，最終導致了穩壓器安全閥的開啟。

2 滿功率失去廠外電源停堆防止穩壓器安全閥開啟的措施

在前面原因分析中，我們可以得出穩壓器安全閥開啟的4個主要的原因：

（1）停堆后一回路溫度迅速降低導致穩壓器液位迅速下降

（2）ASG輔助給水的大流量補給導致穩壓器液位迅速下降

（3）主泵停運導致穩壓器的噴淋降壓失效

（4）一回路水隔離后沒有排出通道導致穩壓器水位持續上漲

針對以上幾個主要原因，提出一些針對性的解決的措施：

第1個原因是水的物理特性以及我們的系統特性造成的，所以無法避免；

第2個原因可以在事故處理規程中要求主控操縱員加強對SG水位和給水流量的關注，如果一回路溫度下降較快，當SG水位寬量程可以看出SG的水裝量在上升，將ASG給水流量適當降低一些，保證寬量程水位在緩慢上漲，防止一回路溫度降低；

第3個原因是切換到輔助電源導致的，根據我們輔助電源的容量，設計上我們是允許啟動一臺主泵的，但是需要隔離經理在開關柜上進行一些壓板的切換操作，當主輔電源切換完成后，隔離經理要盡快執行就地的操作票，做好恢復一臺主泵的運行的準備，主泵啟動后就可以保證主噴淋的可用；如果主泵長期不能恢復運行，此時主控操縱員需要嚴密關注穩壓器的壓力上漲，必要時使用輔助噴淋來降低穩壓器壓力；

第4個原因是操縱員對穩壓器的水位關注不足，當水位恢復正常后沒有及時恢復正常下泄，導致一回路的水位持續上漲，建議在I2.1規程里面要求一回路操作員嚴密監視穩壓器的水位和壓力，及時恢復正常下泄，控制上充流量，必要時投運過剩下泄。

另外還需要我們在模擬機復訓過程中增加滿功率失去廠外電源的練習，熟悉I2.1規程中的關注點和處理要點，當一、二回路操縱員在忙著執行事故規程的時候，需要有一個人嚴密關注主回路的重要參數變化，及時要求操縱員采取一些干預措施。

[責任編輯：朱麗娜]