核電廠380 V交流電源系統失電風險評價

曹光輝，馬喜良，葉水祥

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

核電廠大部分廠用負荷通過低壓交流系統供電，部分380 V交流母線承擔了重要的安全功能，交流電源系統失電將影響反應堆堆芯安全。一般情況下，一個380 V交流電源系統配電盤為多個負荷供電。配電盤失電時，根據配電盤所帶的負荷，按照運行技術規范的事件累積規則進行管理，通常會出現偏保守管理配電盤失電風險的情形。采用概率安全分析(probabilistic security assessment，PSA)方法分析380 V交流電源系統的失電風險，為核電廠低壓交流配電盤失電風險管理提供參考。

1 380 V交流電源系統

1.1 系統簡介

某核電廠380 V低壓電源由6.6 kV母線經廠用低壓變壓器供電，380 V低壓配電系統供電設備按附屬設備的分類原則接到不同的配電盤上。主要分為以下3個類別。

(1) 一般廠用負荷配電系統LK*。該類系統接有一般的廠用負荷，與核安全無直接關系。

(2) 重要的應急負荷配電系統LL*。該類系統上接有重要的應急負荷。LL*母線均從應急母線LHA，LHB得到供電電源，分為：A列，從LHA接入，包括LLA，LLC，LLE，LLI，LLN；B列，從LHB接入，包括LLB，LLD，LLJ，LLO。

(3) 水壓試驗泵柴油發電機組供電系統LLS。核電站特別設計了水壓試驗泵柴油發電機組供電系統LLS，主要功能是：在LHA，LHB系統故障時，為兩臺共用的試驗泵提供380 V電源。該試驗泵是為了保證反應堆一回路循環冷卻泵的1號軸封的注水流量，從而保證反應堆冷卻劑系統的完整性，防止在停電時，一回路水向外泄漏的危險。

1.2 系統功能

對于商用核電廠來說，380 V交流電源為核電廠重要的系統/功能提供動力、控制和監測電源，以保證反應堆運行在可控的狀態下。如果380 V交流電源故障喪失，將會對核安全造成影響。

在正常運行或各種事故工況下，380 V交流電源系統為電廠的附屬設備提供安全可靠的動力電源，并與核安全有關的系統和設備提供應急電源。380 V交流電源系統還是直流電源系統的上游系統，通過充電器將交流電轉化為直流電。

1.3 失電管理

在滿功率工況下，某核電廠《運行技術規范中》僅要求380 V配電盤必須可用，而未給出喪失380 V電源的事件和所采取的措施。

喪失380 V電源后，電廠根據配電盤下游所帶負荷和《運行技術規范》中的事件累積規則進行處理，規則如下。

(1)同時出現超過兩個以上第一組事件時，機組必須在1 h內開始執行后撤。

(2)同時存在5個第二組事件時，機組應在24 h內開后撤；同時存在5個以上第二組事件時，機組應在1 h內開始后撤。

2 基于PSA的風險分析

2.1 PSA分析方法

PSA分析方法是以概率論為基礎的系統的安全評價技術。對于核電站而言，PSA以真實而非保守的方式將電站所有相關的信息，包括設計、建造、運行、維修等綜合考慮到一個電站模型中，評價電站對公眾健康與安全的潛在影響，其評價結果具有較高的合理性和可信度。簡而言之，PSA是以概率論為基礎的核電站風險定量評價的技術。

在多年的實踐中，核能界，特別是美國核工業界和核管理委員會(nuclear regulatory commission，NRC)逐漸認識到PSA技術是改進核安全監管方法的有效手段，也是確定論方法的重要補充。

2.2 分析流程

NRC在1995年和1998年頒布的兩個導則，RG1.174 《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》[3]和RG1.177 《特定電站風險指引型決策方法：技術規格書》[4]用于指導技術規格書具體條款的變更申請。綜合RG1.174和RG1.177兩份導則，對于380 V電源系統采用如下流程評估失電風險，如圖1所示。

圖1 380 V電源風險評價流程

(1) 梳理系統負荷影響分析表：包括梳理電源系統負荷清單，并分析負荷失電的影響。對于不影響堆芯安全、不影響放射性屏蔽、也無其他影響、且未在PSA模型中進行?；?，若不導致事件則不列入分析范圍(即篩除)。

(2) 確定風險評價方式：根據負荷梳理中得到的影響分析表對負荷的功能及其失電影響進行進一步分析，主要有以下兩類。

① 定性分析：對于導致事件的系統/設備，若既不影響堆芯安全，也不影響放射性屏蔽，且也無其他影響，或相關影響很小可忽略的，則給出定性分析說明。

通過CT或者MRI對110例患者進行了排查，確定都為腦梗塞患者，其派出的標準為認知功能缺陷患者、生活無法自理者以及心肝腎等功能障礙患者[1]。

② 定量評價：判斷系統/設備在PSA模型是否?；⒔Y合PSA模型進行定量評價。

(3) 確定風險評價指標和風險評價結果：對于需進行定量評價的系統/設備，基于負荷失電影響選取風險評價指標，包括堆芯損傷頻率(core damage frequency，CDF)和放射性早期大量釋放(early radioactive release，LERF)。在進行定量評價時，從以下兩個方面開展。

① 對于PSA模型中有?；南到y/設備，直接進行評價。

② 對于PSA模型中未模化的系統/設備，經分析可能影響堆芯安全，或安全殼完整性，或其它影響(如人員可居留性)，則進行功能分析，通過修改模型進行評價，或參考同類電廠評價結果。

3 示例分析

以某核電廠LLA系統為分析對象，評價380 V交流電源系統失電的風險。LLA系統失電時，在功率工況下共產生2個第一組事件和10個第二組事件，根據表1中事件累積規則，機組需要在1 h內向NS/SG模式后撤。而根據LLA系統所帶負荷，通過PSA方法進行風險評價，從定量分析結果來看，1 h后撤時間(AOT)是過于保守的，對此進行分析。

3.1 負荷梳理

根據系統運行程序進行梳理，LLA系統下游共帶有39個負荷。根據負荷失電的影響，確定需要進一步開展分析的負荷，見表2所示。

表2 LLA系統負荷分析

3.2 定性分析

LLA系 統 失 電 將 導 致DEL，DEL，DVE，DVC，DVW，DVF和DWS等系統通風排煙的部分設備不可用；LNC和LNA系統逆變器供電不可用；RRB硼加熱器A列不可用。

DWS系統不可用保守認為相應列SEC不可用；考慮共因影響及對喪失熱阱始發事件的影響，DVC系統一列不可用影響產生放射性后果的事故相關人員處理；DVC系統一列加熱器和風機失效的后果，保守認為與DVC系統兩列不可用后導致產生放射性后果的事故人員處理失效的后果相同；DVF系統影響參考火災PSA分析結果；DEL001GF，DVL系統A列不可用參考同類電廠結果。

LNC和LNA系統逆變器供電不可用造成相應的供電容易喪失。RRB系統有A和B兩列硼加熱器，A列不可用還可以通過B列加熱。

3.3 定量評價

根據定性分析結果，通過PSA模型開展定量評價。CDF和LERF的分析結果分別見表3和表4。根據RG1.178中的風險準則計算LLA系統失電后的后撤時間，分析結果顯示LLA系統失電的后撤時間為3天。

表3 CDF分析結果

表4 LERF分析結果

4 結束語

LLA系統失電分析結果顯示，使用PSA分析方法得到后撤時間與采用事件累積規則的后撤時間差異較大，事件累積規則的后撤時間較為保守。因此，可以采用PSA方法分析380 V低壓交流電源喪失的風險，并根據結果優化電廠相關文件，減輕電廠不必要的負擔。