PSA技術(shù)在核電廠定期試驗(yàn)周期優(yōu)化中的應(yīng)用

陳振平，徐海龍

(福建寧德核電有限公司，福建 福州 355200)

1 背景

棒束完好可用性核對試驗(yàn)(以下簡稱TRGL002試驗(yàn))通過下插10步控制棒，用于檢查反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間不使用的棒束在全提出的位置上不會(huì)意外卡住。中國與法國同類型核電機(jī)組TRGL002試驗(yàn)周期均為每月一次。試驗(yàn)雖然能夠驗(yàn)證控制棒不會(huì)意外卡住，但試驗(yàn)頻率過高，引入一定的核安全風(fēng)險(xiǎn)，控制棒的插入會(huì)導(dǎo)致堆芯中子通量的變化，對堆芯產(chǎn)生不利的擾動(dòng)。適當(dāng)延長TRGL002定期試驗(yàn)的頻率，可以降低執(zhí)行試驗(yàn)本身對反應(yīng)堆所引入的核安全風(fēng)險(xiǎn)，也有助于提高機(jī)組運(yùn)行的靈活性。

2 可行性分析與論證

周期優(yōu)化的可行性首先審查了電廠執(zhí)行該試驗(yàn)的歷史情況，在記錄良好的情況下，考慮試驗(yàn)周期的延長，同時(shí)也調(diào)研了國內(nèi)外同類型機(jī)組該試驗(yàn)的周期作為參考。可行性論證主要采用了綜合PSA和確定論安全分析的風(fēng)險(xiǎn)指引型方法，在滿足法規(guī)要求的前提下，分析了確定論中對縱深防御原則的保持和足夠安全裕量的維持，通過PSA定量分析了周期延長導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)增量并與可接受準(zhǔn)則進(jìn)行比較。經(jīng)過PSA分析計(jì)算，試驗(yàn)周期優(yōu)化的風(fēng)險(xiǎn)增量從安全上是可以接受的。

2.1 定期試驗(yàn)情況與維修情況

自2013年1月1日至2019年9月30日，某核電廠四臺(tái)機(jī)組TRGL002定期試驗(yàn)共計(jì)執(zhí)行230次，未發(fā)生過控制棒卡澀的情況。根據(jù)該核電廠四臺(tái)機(jī)組近三年以來棒控系統(tǒng)(RGL)的預(yù)防性維修和糾正性維修記錄，不存在影響TRGL002試驗(yàn)周期延長的相關(guān)維修記錄。根據(jù)該核電廠所屬集團(tuán)的商運(yùn)電廠近10年設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)，未發(fā)生過控制棒卡棒事件，試驗(yàn)驗(yàn)證的設(shè)備具備試驗(yàn)周期延長的設(shè)備性能基礎(chǔ)。

2.2 法規(guī)和規(guī)范分析

TRGL002試驗(yàn)周期延長，不影響監(jiān)督要求的執(zhí)行，仍滿足《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》[2]法規(guī)的要求。TRGL002試驗(yàn)周期延長綜合考慮概率安全分析見解和試驗(yàn)執(zhí)行的歷史經(jīng)驗(yàn)反饋，不會(huì)改變設(shè)備的運(yùn)行和維修條件及環(huán)境，滿足《核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定》[3]法規(guī)的要求。

2.3 不利影響

2008年7月14日，國內(nèi)某核電廠一臺(tái)機(jī)組自動(dòng)停堆，溫度調(diào)節(jié)棒組(R棒組)中位于堆芯兩個(gè)位置的兩束棒未能完全落入堆底，卡在了距堆底約24步的位置。對于R棒組，由于長期處于反應(yīng)堆上部插入12步左右的位置，控制棒材料長期受到中子輻照的影響，可能發(fā)生控制棒插入部分的腫脹，進(jìn)而影響其快速插入的靈活性，需要加強(qiáng)對R棒組的檢查與關(guān)注。

2.4 確定論安全分析

確定論安全分析中要保證定期試驗(yàn)周期延長后，仍然維持縱深防御原則和保持了足夠的安全裕量。TRGL002試驗(yàn)周期延長不影響現(xiàn)有始發(fā)事件的發(fā)生頻率，不影響原試驗(yàn)程序的執(zhí)行，不改變電廠現(xiàn)有安全分析中的假設(shè)，不會(huì)引入新的共因故障模式，不會(huì)增加三道放射性屏障完整性事件的發(fā)生頻率，不影響原有防人因失誤的措施，也不涉及對電廠原設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的變更。在該核電廠最終安全分析報(bào)告(FSAR)第15章電廠特性及事故分析中，初始工況假設(shè)規(guī)定了控制棒組件插入特性，但試驗(yàn)周期的延長不影響該假設(shè)。TRGL002試驗(yàn)周期延長后不會(huì)對最終安全分析報(bào)告中有關(guān)的假設(shè)和輸入信息產(chǎn)生不利影響。因此，TRGL002試驗(yàn)周期延長不會(huì)影響核電廠對縱深防御原則的遵守，原安全分析所確定的安全裕量不會(huì)受到影響。

2.5 概率安全分析

核電廠內(nèi)部事件一級PSA模型包括功率和停堆工況。定期試驗(yàn)周期變更引起的風(fēng)險(xiǎn)變化接受準(zhǔn)則主要根據(jù)國家核安全局發(fā)布的NNSA-0147規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則確定，即當(dāng)機(jī)組所有事件的總堆芯損壞頻率(CDF)和早期大量釋放頻率(LERF)分別小于1.0×10-4/堆·年和1.0×10-5/堆·年時(shí)，實(shí)施試驗(yàn)周期變更后所有事件的CDF和LERF增量應(yīng)該滿足ΔCDF<1.0×10-5/堆·年和ΔLERF<1.0×10-6/堆·年。在PSA評價(jià)中僅考慮了周期延長后的不利影響，試驗(yàn)周期延長可能降低控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)銷爪發(fā)生卡澀的檢出概率，在PSA模型中對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。試驗(yàn)周期延長后的內(nèi)部事件功率工況CDF、停堆工況CDF、外部事件CDF和二級PSA風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果，見表1、表2和表3。從評價(jià)結(jié)果可知，試驗(yàn)周期延長后風(fēng)險(xiǎn)變化滿足風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則。

表1 內(nèi)部事件功率工況下試驗(yàn)周期延長所帶來的CDF增量

表2 內(nèi)部事件停堆工況下試驗(yàn)周期延長所帶來的CDF增量

表3 試驗(yàn)周期延長的火災(zāi)、水淹、二級風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

3 結(jié)論

TRGL002試驗(yàn)周期延長后，PSA計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)增量小于國家核安全局規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)限值，風(fēng)險(xiǎn)變化可接受。結(jié)合該核電廠所在集團(tuán)各商運(yùn)機(jī)組歷史運(yùn)行情況和運(yùn)行實(shí)踐分析，試驗(yàn)頻率調(diào)整可以減少不利情景出現(xiàn)的頻度，對核電廠安全是有利的。核電廠實(shí)施周期優(yōu)化后，根據(jù)近一年的TRGL002試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，未發(fā)生因周期優(yōu)化帶來的不利影響。應(yīng)用PSA技術(shù)對TRGL002試驗(yàn)周期延長對國內(nèi)同類型核電廠具有一定的借鑒意義。