核電廠熱功率超范問題與改進策略

[摘 要]核電作為一種重要的清潔能源，因其高效、低碳的特點而被廣泛應用于全球電力生產中。然而，核電廠在運行過程中面臨著諸多挑戰，其中熱功率的控制與管理尤為關鍵。熱功率的穩定性不僅直接影響機組的安全運行，還關系到核安全和環境保護。因此，確保熱功率在規定范圍內運行是核電廠設計與運營管理的核心任務之一。文章針對某核電廠熱功率超范問題展開分析，并提出了預防熱功率超范事件的對策，以期為相關人員提供參考。

[關鍵詞]核電廠；熱功率；超范

[中圖分類號]TK11 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0033–03

The Problem of Thermal Power Exceeding the Range of Nuclear Power Plants and Improvement Strategies

GONG Liguo

[Abstract]Nuclear power， as an important clean energy source， is widely used in global power production due to its high efficiency and low-carbon characteristics. However， nuclear power plants face many challenges during operation， among which the control and management of thermal power are particularly critical. The stability of thermal power not only directly affects the safe operation of the unit， but also relates to nuclear safety and environmental protection. Therefore， ensuring that thermal power operates within the specified range is one of the core tasks of nuclear power plant design and operation management. The article analyzes the problem of thermal power exceeding the range of a certain nuclear power plant and proposes countermeasures to prevent thermal power exceeding events， in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]nuclear power plant； thermal power； beyond the norm

1 核電廠對于熱功率的要求

在設計階段，核電廠充分考慮了熱功率的裕度，確保機組在各種工況下都能安全穩定運行。相關技術規范中明確規定了熱功率的上限和下限，并為不同類型的機組設置了相應的設計標準。例如，某系列核電廠的機組在設計時就考慮了從2代引進型到3代自主研發型的不同技術路線，并為每種機組設定了多重安全閾值，以應對出現的熱功率異常情況。這些閾值對應不同的響應機制，包括報警、自動保護和操縱員干預等，確保在出現異常時能夠及時采取措施。在運營管理方面，核電廠建立了完善的熱功率監測和控制系統，實施嚴格的質量保證和安全操作規程。通過定期的設備檢修與維護，確保設備的高可靠性。

2 核電廠熱功率超范事件分析

2.1 核電廠熱功率超范總體情況

某核電廠在2000年—2023年期間共發生了43起熱功率超范事件。無論是2代、2代半，還是3代技術路線的機組，都有不同程度的熱功率超范事件發生。這一現象表明，熱功率超范事件在核電廠運營中具有較高的普遍性。在對熱功率超范事件的總體情況進行分析時發現，事件的發生與機組的運行狀態、外部環境變化及操縱員的應對措施密切相關。部分事件發生在機組負荷調整期間，反映出在負荷波動時，熱功率的控制和監測系統需要進一步優化。此外，事件的發生頻率在不同季節和氣候條件下也存在差異，所以在制訂運營策略時應充分考慮外部環境對機組運行的影響。

2.2 超范事件后果與時序分析

該核電廠熱功率超范事件類型如圖1所示。

從圖1中可看出，超功率事件的數量在不同年份之間波動。例如，2006年和2016年，超功率事件數量分別為4起，顯示出在這兩年中機組的熱功率控制存在顯著問題。然而，在2012年、2015年、2021年和2022年等年份，超功率事件的數量為0，表明這些年份的熱功率管理較成功。LOE事件的數量較少，且在許多年份中為0。2002年和2018年分別記錄了3起和1起LOE事件，這與機組在特定運行條件下的能量損失有關。整體來看，LOE事件的發生頻率較低，說明在大多數年份中，核電廠在能量損失方面的管理較有效。高發年份：2002年（5起）、2006年（4起）、2016年（4起）和2023年（4起）是異常事件較多的年份，這些年份需要針對熱功率控制的具體原因進行深入分析。低發年份：2012年、2015年、2021年和2022年則是異常事件較少或沒有發生的年份，表明這些年份的運營管理措施較有效。

整體來看，熱功率偏差事件的發生情況反映出核電廠在不同年份的運行管理水平和技術控制能力。雖然個別年份的超功率事件數量較高，但整體趨勢顯示出核電廠在熱功率管理方面的持續改進和努力。為了進一步提升核電廠的安全性和穩定性，建議對高發年份的事件進行深入調查，找出潛在的原因并制訂針對性的改進措施。

2.3 超范事件根本原因分布分析

該核電廠歷年熱功率超范事件原因如圖2所示。從2000年—2023年，熱功率偏差事件的原因可分為設備事件和人因事件，且兩者在不同年份之間的數量存在顯著差異，部分年份甚至均為0。在設備事件方面，2018年（2起）和2020年（4起）是高發年份，表明設備故障或性能問題在這些年份中是熱功率偏差的主要原因，尤其是2020年設備事件數量達到最高，提示需對設備維護和管理流程進行深入檢查。相對而言，2000年、2001年、2012年、2013年、2014年、2015年、2016年、2017年和2022年等年份設備事件數量較少或為0，顯示出設備運行的相對穩定和管理措施的有效性。在人因事件方面，2016年（4起）和2023年（3起）為高發年份，反映出操縱員的失誤或判斷錯誤對熱功率控制產生了較大影響。相對地，2001年、2007年、2010年和2011年等年份人因事件數量為零，表明操縱員表現優秀，未出現明顯失誤。此外，設備事件和人因事件在許多年份中呈現出相對獨立的特征，如2002年和2006年雖然有設備事件，但人因事件也較多，說明在設備問題發生時，操縱員的應對措施不夠及時或有效。

異常事件主要集中在設備二回路和人因二回路，設備一回路則表現良好，未發生任何事件。具體分析顯示，設備二回路的異常總數量為19起，其中16起為超功率事件，反映出該回路存在設備性能或管理問題，同時有兩起事件喪失（LOE），表明監控記錄整體有效；該回路也有兩起3代機組事件。人因二回路的異常總數量為18起，其中15起為超功率事件，LOE數量為4起，提示操縱員在管理和培訓方面需加強，此外，該回路同樣有兩起3代機組事件。人因一回路的異常總數量為6起，其中4起為超功率事件，但沒有LOE事件，顯示出該回路的管理較有效。總之，設備二回路和人因二回路的超功率事件頻發，需對設備性能和操作流程進行深入改進，而設備一回路表現良好，人因一回路的異常數量較少，但仍需關注操縱員的培訓與管理，以防止潛在的超功率事件發生。

在二回路中，人因失誤和設備故障事件的分布顯示出不同系統之間的顯著差異。整體來看，設備故障事件的數量在某些系統中占據主導地位，尤其是在AHP和GSS系統中，分別發生了8起和5起設備故障事件，表明這些系統在設備管理和維護方面存在較大隱患。AHP系統的高故障率與其儀表傳感器和閥門執行機構在長時間高溫運行下的逐漸失效有關，而GSS系統的故障則源于設備本身的設計和制造缺陷。在蒸汽動力循環的相關系統中，如GCT和SVA，雖然沒有設備故障事件，但人因失誤事件較多，分別為3起和兩起。這表明在這些系統的操作過程中，工作人員的干預和判斷存在不足，導致用汽量異常增加，進而影響一回路的功率輸出。在給水回路中，ABP和ADG系統的人因失誤事件也較突出，分別為兩起和3起，提示在操作過程中存在準備不足、操作不規范等問題，這些都導致熱工轉換效率下降。二回路的設備一般屬于非核安全相關設備，其安全等級較低，工作人員對這些設備的重視程度也較低。在發生小故障時，響應級別較低，導致得不到及時的資源投入，從而容易造成故障擴大。這種情況在設備故障頻發的系統中尤為明顯。此外，二回路中的主要人因失誤場景包括操縱員在正常工作過程中或設備故障干預時未能及時響應，導致5起事件的發生。其他人因失誤還包括工作準備不足、工作包錯誤、行為不規范、環境狹小導致誤操作等。這些問題的產生，通常與首次作業時程序的不完善、新員工的知識經驗不足及監護失效等因素密切相關。

3 預防熱功率超范事件的對策

3.1 提高設備可靠性

（1）需要對所有導致熱功率風險的設備和儀表進行全面梳理，包括發電機組、冷卻系統、控制儀表等。每個設備都應記錄其基本信息，如設備型號、生產廠家、安裝日期、運行狀態等。此外，臺賬中應詳細記錄設備的歷史故障記錄、維修保養情況及相關的監測數據。通過定期更新和維護這一臺賬，實現對設備健康狀態的動態跟蹤，及時識別潛在隱患。為了增強臺賬的實用性，建議引入信息化管理系統，利用數據分析工具對設備狀態進行實時監控，并生成相應的健康報告，以便于管理層的決策。

（2）針對氣體絕緣開關設備、自動化控制系統等關鍵儀表，需深入研究其故障模式和導致的后果。這一過程包括對設備的故障類型、發生頻率、影響范圍及其對熱功率的潛在影響進行詳細分析?；谶@些研究，編寫出一套全面的瞬態控制規程，明確在設備故障時的應對流程和操作步驟。規程中應包括故障報警的處理、設備停機的標準、應急操作的具體指引等內容。此外，為確保導則的有效實施，需定期對相關人員進行培訓，讓他們熟悉導則內容，提高對設備故障的響應能力和處理水平。

（3）熱功率計算系統在防止熱功率超范時起到關鍵作用，一旦因設備故障導致熱功率計算喪失，此種工況會導致熱功率控制進入盲區，若長時間不能恢復，再疊加其他導致熱功率上升的故障，則大幅增加了熱功率超范的概率。所以需提升熱功率計算設備的可靠性，配置冗余的熱功率計算系統，確保不會發生因設備故障導致喪失熱功率監視的工況。

3.2 降低人因失誤率

（1）組織定期的安全培訓和經驗反饋會，重點講解外部熱功率事件的案例分析和教訓，幫助員工理解事件發生的原因及其對系統安全的影響。通過對這些事件的反饋進行故障分析（FA），讓工作人員認識到每個環節的重要性，增強他們對潛在風險的敏感度。

（2）針對設備操作、維護及應急響應等各個環節，需對相關規程進行細化和標準化：①編寫清晰、易于理解的操作規程，確保每位員工都能準確掌握操作流程和注意事項。②針對復雜或高風險的操作，建議引入“檢查清單”制度，要求操縱員在每次操作前進行自查，確保關鍵步驟不被遺漏。

（3）考慮增加熱功率智能控制，設置熱功率干預值，一旦達到干預值則自動進行降低熱功率的動作（如降功率等），確保熱功率不超范圍。同時需增加熱功率計算判斷功能，去除因熱功率相關設備故障導致的虛假熱功率影響。合理設置報警值提示操縱員進行干預，縱深防御設置熱功率超范的屏障，這可以大幅降低人因失誤的概率。

4 結束語

文章針對核電廠熱功率超范問題揭示了在復雜運行環境下，熱功率控制的挑戰與重要性。通過對歷史事件的回顧和數據分析發現，雖然個別年份的超功率事件數量較高，但整體趨勢顯示出核電廠在熱功率管理方面的持續改進和努力。未來，核電廠需進一步加強對熱功率的監測與控制，特別是在負荷波動和外部環境變化的情況下，確保機組安全穩定運行。建立防范人因失誤的長效機制，將是提升核電廠安全性的關鍵。通過綜合運用技術手段和管理措施，核電廠能夠更有效地應對潛在風險，為實現安全、清潔、高效的核能利用奠定堅實基礎。

參考文獻

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