淺析核電廠外部人為事件中的飛機(jī)墜毀因素

于飛

(三門核電有限公司 浙江三門 317112)

核電廠在對于所選定的廠址，針對飛機(jī)墜毀這一外部人為事件，首先應(yīng)按照核安全導(dǎo)則的要求，進(jìn)行初步的距離篩選，滿足篩選距離的事件可不必考慮，不滿足篩選距離的事件應(yīng)進(jìn)行概率篩選，概率篩選的結(jié)果如果高于設(shè)計基準(zhǔn)概率值，則應(yīng)進(jìn)行危害評價，如果危害評價的結(jié)果可接受，則確定相應(yīng)的設(shè)計基準(zhǔn)，從設(shè)計上防止、緩解或控制此類事件對核電廠安全的影響。

1 距離篩選

距離篩選就是確定一個篩選距離，該距離以外的可能發(fā)生飛機(jī)墜毀事件的潛在源可以不必考慮。在最初的距離篩選階段，如果飛機(jī)墜毀潛在源與核電廠址的距離超過篩選距離，則墜機(jī)危害可不予以考慮，核安全導(dǎo)則HAD101-04附錄I給出以下篩選距離值[1]：

核電廠4km范圍內(nèi)經(jīng)過的航線或起落通道；

廠區(qū)10km范圍內(nèi)的機(jī)場；

廠區(qū)16km范圍內(nèi)，每年設(shè)計起落大于193d2次的機(jī)場（d是以公里為單位的離廠區(qū)的距離）；

廠區(qū)16km范圍外，每年設(shè)計起落大于386d2的機(jī)場；

廠區(qū)30km范圍內(nèi)的軍事設(shè)施或轟炸演習(xí)區(qū)之類的空域。

核電廠在選址階段通常需要與地方政府溝通設(shè)立5km的規(guī)劃限制區(qū)和4km的禁飛區(qū)，因此一般情況下，核電廠附近的航線和起落通道都能滿足篩選距離的要求。可能不滿足篩選距離要求的主要有擬新建機(jī)場和軍事設(shè)施或轟炸演習(xí)區(qū)，國內(nèi)的實例有：秦山第三核電廠附近位于廠址WSW方位約3.5～7.5km處的空軍投彈訓(xùn)練靶場，三門核電廠NNW方位約7.2km的擬規(guī)劃建設(shè)的寧海通用航空機(jī)場。對于采用距離篩選法不能排除的潛在墜機(jī)危險源，需采用概率篩選法進(jìn)行評價。

2 概率篩選

概率篩選評價就是對每一類型的飛機(jī)（小型、中型和大型民用及軍用飛機(jī)）確定在該地區(qū)一架飛機(jī)墜毀的概率（墜毀次數(shù)/年/單位面積），在此基礎(chǔ)上估算對核電廠有影響的飛機(jī)墜毀概率，可用每年單位面積墜毀次數(shù)乘以受損壞安全重要物項的有效面積的形式確定。有效面積的大小，取決于飛機(jī)墜落軌跡與水平面的平均夾角、相應(yīng)構(gòu)筑物的平面面積及其高度，與安全重要物項有關(guān)的其他面積以及為飛機(jī)大小所留的裕量。

2.1 篩選概率水平

核安全導(dǎo)則HAD101-04 3.2節(jié)明確：對于某些類型的事件，可選用一個概率值，低于這一概率值的任何相互影響的事件可不作進(jìn)一步考慮。這種不作進(jìn)一步考慮的相互影響事件的年發(fā)生概率的極限值，成為篩選概率水平。一般采用每堆年10-7作為具有嚴(yán)重放射性后果的影響事件概率值，該值可作為篩選概率水平的保守值[1]。

2.2 墜機(jī)概率計算方法

“911”事件后，美國在核電廠飛機(jī)撞擊方面開展了大量研究，形成了一系列法規(guī)、導(dǎo)則和文獻(xiàn)，其中DOESTD-3014-2006[3]中給出了計算飛機(jī)在特定區(qū)域（如核電廠）墜機(jī)概率的四因子公式和部分通用數(shù)據(jù)。

DOE-STD-3014-2006中給出的四因子公式[2]形式為：

其中：

F為所分析設(shè)施的飛機(jī)年撞擊頻率，單位為概率值/年；

Nijk為特定機(jī)場的飛機(jī)年操作（起飛、降落、飛行）次數(shù)；

Pijk為特定機(jī)型飛機(jī)每次操作的墜毀率（每次降落或起飛，每次飛行）；

fijk(x,y)?為飛機(jī)撞擊設(shè)施條件概率，單位為每平方英里（/mi2）；

?Aij所分析設(shè)施的有效面積，包括滑行和降落有效面積，單位為mi2；

i表示飛行階段，其中1，2，3分別表示飛機(jī)的起飛、飛行和降落；

j表示飛機(jī)類別編碼，一般將飛機(jī)分為11個小類，因此j為1到11的整數(shù)；

k表示撞擊來源編碼，如果在電廠周圍有三座機(jī)場，則在分析中應(yīng)當(dāng)考慮的撞擊來源共有四個，包括三座機(jī)場和處于飛行階段的飛機(jī)。

公式中的Pijk、fijk(x,y)?、?Aij均可通過查表獲取通用數(shù)據(jù)或根據(jù)核電廠與潛在源的距離，核安全重要物項的尺度經(jīng)過計算獲得。

三門核電廠址NNW方位約7.2km處擬建寧海通用航空機(jī)場，不滿足核安全導(dǎo)則的篩選距離10km的要求，需要開展飛機(jī)墜毀至核電廠的概率篩選工作。

表1 原設(shè)計起落架次條件下四因子法的墜毀概率

表2 控制起落架次條件下四因子法計算的墜毀概率

F=7.95×10-7/年＞1×10-7/年（不滿足導(dǎo)則篩選概率值要求）

若要滿足概率篩選的要求，可采取的辦法有兩個：其一，是要求寧海機(jī)場重新選址，將其與三門核電廠的距離增大到6mi（約9.67km）則此時寧海機(jī)場飛機(jī)墜毀至三門核電廠址的概率為0；其二，是降低通用機(jī)場的年起落架次使飛機(jī)墜毀至核電廠的概率低至篩選概率值以下。

公司相關(guān)部門經(jīng)與寧波市發(fā)改委、寧海縣政府、寧波通航機(jī)場建設(shè)指揮部多次溝通協(xié)調(diào)，在保證核電廠址安全的前提下，為努力促成地方經(jīng)濟(jì)與核電廠后續(xù)項目發(fā)展的雙贏結(jié)果，最終采用了降低通用機(jī)場年起落架次（320架次/年）的方式滿足篩選概率的要求。

F=7.4910-8/年＜110-7/年（滿足導(dǎo)則篩選概率值要求）

3 危害評價

確定是否能通過工程設(shè)計或行政措施來有效地限制飛機(jī)墜毀事件對核電廠的影響，如果影響可以被有效防止、緩解或控制，則建立設(shè)計基準(zhǔn)[3]。

在HAF102于2016年升版之前，國內(nèi)核安全法規(guī)、導(dǎo)則并未明確提出防商用飛機(jī)撞擊的要求，HAF102核動力廠設(shè)計安全規(guī)定2016版對所有新建核電廠明確提出了防商用飛機(jī)惡意撞擊的要求：如果核動力廠所處的地形條件使其有可能遭受商用飛機(jī)的惡意撞擊，則設(shè)計上應(yīng)考慮這種撞擊的影響。應(yīng)合理選定用于評價撞擊影響的商用飛機(jī)的機(jī)型，并根據(jù)這種機(jī)型起降的機(jī)場與核動力廠的相對距離，來確定可能的飛機(jī)燃料裝載量。可根據(jù)核動力廠所處的地形條件和廠房布置，確定可能的撞擊角度和速度，并采用現(xiàn)實模型來評價和確定核動力廠抗商用飛機(jī)撞擊的措施。評價結(jié)果應(yīng)表明，設(shè)計可以維持反應(yīng)堆的冷卻或安全殼的完整性，以及乏燃料的冷卻或乏燃料水池的完整性[4]。

HAF102是對所有新建核電廠的通用要求，通過距離篩選或概率篩選排除了飛機(jī)墜毀這一外部事件的核電廠，仍需要按照HAF102開展防商用飛機(jī)惡意撞擊的評估，HAF102是將商用飛機(jī)惡意撞擊作為超設(shè)計基準(zhǔn)事件進(jìn)行評估，驗收準(zhǔn)則是保證反應(yīng)堆冷卻或安全殼的完整性，以及乏燃料的冷卻或乏燃料水池的完整性。對于HAF102中提出的防飛機(jī)撞擊要求，具體應(yīng)如何執(zhí)行，核安全監(jiān)管部門已經(jīng)著手制定可執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

三門核電一期工程1、2號機(jī)組屏蔽廠房筒身結(jié)構(gòu)采用NCR已批準(zhǔn)的DCD15版鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)，屏蔽廠房頂部采用DCD19版鋼板混凝土（SC）結(jié)構(gòu)，三門核電3、4號機(jī)組后續(xù)設(shè)計將整體采用鋼板混凝土（SC）結(jié)構(gòu)，以防備商用飛機(jī)惡意撞擊情況，確保反應(yīng)堆冷卻或安全殼的完整性，以及乏燃料的冷卻或乏燃料水池的完整性，從而滿足HAF102中防商業(yè)飛機(jī)惡意撞擊的相關(guān)要求，

如果某一核電廠址不能通過距離篩選或概率篩選排除飛機(jī)墜毀這一外部事件的影響，則應(yīng)選取相應(yīng)的機(jī)型的飛機(jī)，建立設(shè)計基準(zhǔn)，作為設(shè)計輸入，在設(shè)計時予以考慮。建立這樣的設(shè)計基準(zhǔn)，將飛機(jī)撞擊事件作文設(shè)計基準(zhǔn)事故考慮，與HAF102中要求的按超設(shè)計基準(zhǔn)事故進(jìn)行評估是完全不同的，要想開展這樣的工作難度巨大，不僅面臨著工程投資大大增加，而且設(shè)計上也沒有標(biāo)準(zhǔn)可循，安全審查同樣沒有標(biāo)準(zhǔn)，截至目前國內(nèi)還沒有這樣的先例。

4 結(jié)語

在核電廠址安全評價過程中，針對飛機(jī)墜毀這一外部事件，推薦優(yōu)先采用距離篩選的方法，國內(nèi)民航部門在核電廠周邊規(guī)劃建設(shè)各類機(jī)場時，也應(yīng)根據(jù)機(jī)場規(guī)模與核電廠址保持足夠的安全距離。當(dāng)無法通過距離篩選排除飛機(jī)墜毀事件時，可采用本文介紹的四因子計算方法計算墜機(jī)概率，通過定量化的計算和敏感性分析，合理調(diào)整計算邊界，如降低起落架次，調(diào)整機(jī)場與電廠的距離，方位等，降低墜機(jī)概率直至滿足篩選概率的要求[5]。