方家山核電廠輔助外電源不可用的概率安全評價

鄒勝佳， 王 臣

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2.中機生產力促進中心，北京100044）

1 背景

方家山核電廠輔助外電源是來自于秦方2P70 線路，由于秦一廠320MW 機組主控室的盤臺改造期間秦方2P70 需停運，造成方家山輔助外電源不可用，會對方家山電廠的外電源供電產生影響， 在輔助外電源停役期間會對PSA 分析中喪失廠外電始發事件頻率及PSA 分析中各始發事件緩解過程中相關緩解系統的供電可靠性產生影響，從而對電站安全水平產生影響。

2 電源介紹

方家山機組的廠用電電源包括： 發電機組供電、500kV 主外電網、220kV 輔助外電網、 柴油發電機組和附加柴油發電機組。

機組在正常運行條件下， 廠用電設備配電系統由機組24kV 母線經過高壓廠用變壓器供電。 24kV 母線在機組運行時由發電機供電， 當發電機停運時則由500kV 超高壓電網經過開關站及主變壓器向廠內系統供電。 如果24kV 母線失電或高壓廠變故障，則由220kV 電網經過輔助變壓器向常備、應急和共用設備供電。 如果主電網和輔助電網均失電時，則由柴油發電機向應急設備供電。 廠用電電源結構圖見圖1。

圖1 廠用電電源結構圖Fig.1 Factory use power structure diagram

3 確定論分析

根據安全要求， 設計基準事故及瞬態分析的初始條件假設專設安全設施系統是可運行的。 交流電源的設計用以提供足夠的容量、能力、多重性及可靠性以保證向專設安全設施系統提供必需的動力，使燃料、反應堆冷卻系統及安全殼設計限值不會超出。當主電源失去時，要求輔助電源向機組所有專設安全設施系統及其他安全系統供電。 失去輔助電源將嚴重降低裝置的可靠性。

方家山《運行技術規范》中在RP 模式下規定[1]：

兩個廠的外電源必須可用。

根據上面的規定，“相鄰機組應處于除了電網管理操作外，對輔助電源沒有要求的狀態”規定了兩臺機組中一臺在RP 模式運行，一臺進入對輔助外電源沒有要求的狀態， 但是配合秦一廠大修方家山輔變停役時方家山兩臺機組都在RP 模式下；同時也不適用“輔助電源在8 小時內恢復可用”限制要求，故需要向國家核安全局特許申請。

“如果附加柴油機是可用的且沒有任何其它的第一組事件，開始后撤期限可以延長為7 天”，但是附加柴油發電機兩個機組只有一臺， 不能滿足兩個機組的共同需求，所以其中一臺機組可以使用“開始后撤期限可以延長為7 天”的延長時間，但是另外一臺機組只能維持“24 小時內機組開始向NS/RRA 模式后撤”，所以要盡量縮短輔變停役時間。

4 概率論評價方法與過程

4.1 導則

《概率風險評價用于特定電廠許可證基礎變更的風險指引決策方法》RG1.174（NNSA-0147）[2]是美國核管理委員會批準出版的，其為應用概率安全評價（PSA）給出風險指引方法進行評價。

根據RG1.174（NNSA-0147）導則的分析流程和分析方法， 在方家山核電廠功率運行工況內部事件一級PSA模型、二級PSA 模型、內部火災模型、內部水淹模型、地震模型及其他外部風險的基礎上定量計算。

根據RG1.174（NNSA-0147），評估CDF、LERF 增量的可接受準則，見圖2、圖3：

（1）所計算的CDF 增量很小，如小于1E-06 每堆年（區域Ⅲ），則無論是否計算了總CDF，都可以接受。

（2） 所計算的CDF 增量在10-6～10-5每堆年之間時，只有當合理地證明總CDF 小于10-4每堆年（區域II）時，才會考慮接受。

（3）可能導致CDF 增量大于10-5每堆年（區域I），通常不會接受。

（4）LERF 準則與CDF 類似，但相應小一個量級。

圖2 堆芯損壞頻率（CDF）的可接受準則Fig.2 Acceptance guidelines for core damage frequency（CDF）

圖3 早期大量釋放頻率（LERF）的可接受準則Fig.3 Acceptance guidelines for large early release frequency（LERF）

4.2 模型評價

4.2.1 內部事件風險

評價使用的模型為方家山功率運行工況內部事件一級PSA 模型、 內部事件二級PSA 模型。 模型中主要的PSA 要素有始發事件、成功準則、事件序列、系統分析、人員可靠性分析和數據分析等。

表1 內部事件一級PSA 模型影響及修改Tab.1 Influence and modification of internal event level 1 PSA model

模型修改前的CDF0為7.25E-6/堆年，模型修改后的CDF1值 為8.85E-6/堆 年，ΔCDF= CDF1-CDF0=1.6E-6/堆年。 LOOP 事件CDF0為5.21E-07，CDF1為1.72E-06，故ΔCDF= CDF1-CDF0=1.2E-6/堆年。

使用方家山二級模型PSA 模型，LOOP 始發事件導致CD 后進一步導致LERF 的條件概率為0.17，保守估計LERF 的增量為：

ΔLERF=1.2E-6×0.17＋4E-7=6.0E-7/堆年

表2 內部事件風險評價結果Tab.2 Risk assessment results of internal event

4.2.2 內部火災風險

使用方家山內部火災PSA 模型，模型修改類似于內部事件一級PSA，由于未開發內部火災二級PSA 模型，保守假定火災CDF 增量=火災LERF 增量。 評價結果見表3。

表3 內部火災風險評價結果Tab.3 Risk assessment results of internal fire

4.2.3 內部水淹風險

使用方家山內部水淹PSA 模型， 模型修改類似于內部事件一級PSA，由于未開發內部水淹二級PSA 模型，保守假定水淹CDF 增量=水淹LERF 增量。 評價結果見表4。

表4 內部水淹風險評價結果Tab.4 Risk assessment results of internal flooding

4.2.4 地震及其他內外部風險

地震PSA 模型中假定發生地震情況下整個廠外電源（主外電源及輔外電源）不可用，因此輔外電源不可用對地震PSA 結果無影響。

根據《秦山核電廠擴建項目（方家山核電工程）外部事件識別篩選與包絡分析報告》[3]， 除龍卷風保留開展包絡分析以外，其他外部事件根據篩選準則篩除，對機組風險的貢獻可以忽略。 包絡分析得到的龍卷風CDF 為3.89E-08/堆年，由于龍卷風將同時導致主、輔外電源喪失，輔外電源不可用對風險評價無影響。

4.3 小結與建議

綜合以上分析，2P70 線路停役導致CDF 增量為1.16E-08/堆年；LERF 增量為6.08E-09/堆年。

根據RG1.174（NNSA-0147），評估CDF、LERF 增量的可接受準則，均落在區域Ⅲ，可以接受[2]。

表5 RS 軟件導出的最小割集Tab.5 MCS of RS Software

從表5 中可以看出，第一個最小割集中，當失去廠外電后，LHP 柴油發電機運行失效，RRI004RF 處于試驗維修不可用時，失去了冷卻水，此時發生軸封泄露，導致堆芯損壞；第二個最小割集與第一個相似；第三個最小割集中，當發生安全殼外主蒸汽隔離破口，當RCV 泵由于供應失效，均無法正常運行，導致堆芯損壞。

所以在輔變停役期間，要格外關注上述設備，加強巡檢、停止重要設備的預防性維修或試驗，采用風險監測器（Risk Monitor）對風險進行風險配置管理與監督等。

在2P70 線路停役期間，LOOP 事件的風險有明顯增加，從盡量規避風險提高安全性而言，要采取一些措施對機組的風險進行管理與控制。 從而有針對性地采取措施降低廠外電源喪失和全廠斷電所帶來的風險， 需要關注的設備和風險管理措施建議如下：

（1）關注主外電網的運行情況，加強巡檢，如果失去主外電網后會導致LOOP 事件。 加強柴油發電機的巡檢，禁止在輔助外電網停役期間進行柴油機的預防性維修或試驗，SEC/RRI 熱交換器禁止試驗維修不可用等。

（2）在輔助外電網維修期間，禁止其他外電源、開關站和6.6KV 交流應急母線上的維修和試驗，同時可以將移動電源就位在方家山1/2 號機組處于備用狀態，以備需求。

（3）在實施停役前，方家山核電廠1/2 號機組需對所有柴油發電機組進行定期試驗，確保其可用性。

（4）規避外部事件的影響，例如：臺風和雷暴等惡劣天氣容易使廠外電源收到影響，因此，在有惡劣天氣預報時必須暫?；蜓雍筝o外電源的停役。

（5）在實施輔變停役前，方家山核電廠1/2 號機組值班的操縱員在模擬機進行失去廠外電、 全廠失電等的事故演練。

（6）在輔助外電網停役期間，采用風險監測器（Risk Monitor）對風險進行風險配置管理與監督。

5 結果與討論

通過以上分析， 利用PSA 分析工具能夠從定性和定量兩個方面對輔助電源停役事件做風險評價。 通過方家山輔變停役在電廠的應用實例，有以下幾點值得探討：

（1）電廠對于PSA 應用的實際需求在增加，比如風險監測器（Risk Monitor），它可以實時監測機組的狀態，給出風險配置管理，不僅在功率運行期間，大修期間同樣可以適用， 這就很好地解決了功率運行大修期間對于風險的監測，給出風險建議，確保機組安全穩定。

（2）國內M310 同類型機組輔變停役時都可以采用上述的分析方法來進行風險評價。

（3）電廠做好本次停役期間的相關信息，以便保證以后此類活動時風險處于可控狀態。

（4）加強現場就地人員事故演練，平時在模擬機房演練的都是操縱員，發生事故時，同時需要現場就地人員參與，所以要在事故演練中加強就地人員的現場操作水平。