伍 浩
(國(guó)家核電技術(shù)有限公司,北京 100029)
羅賓遜核電廠2號(hào)機(jī)組是美國(guó)東南部第一臺(tái)投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組,為三環(huán)路壓水堆核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)[1]。2010年3月28日,該核電廠發(fā)生了一起由火災(zāi)導(dǎo)致的反應(yīng)堆緊急停堆和主泵喪失軸封冷卻的運(yùn)行事件[2]。事件首先由電纜故障引起,致使一根非安全級(jí)母線起火和反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)產(chǎn)生緊急停堆動(dòng)作,隨后由于操縱員的不當(dāng)響應(yīng)又引發(fā)了一系列的問(wèn)題。在本次事件中,沒(méi)有發(fā)生實(shí)際的放射性物質(zhì)釋放,根據(jù)INES分級(jí)手冊(cè)(2008版),將本事件定為2級(jí)[3]。
事件發(fā)生前,機(jī)組處于99.5%功率運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí),主發(fā)電機(jī)作為廠用電的主要來(lái)源,經(jīng)機(jī)組輔助變壓器(UAT)為母線1和母線4供電;母線4又通過(guò)斷路器52/24向母線5供電,母線3由啟動(dòng)變壓器(SUT)供電。廠內(nèi)電力系統(tǒng)的供電原理圖如圖1所示。
圖1 羅賓遜核電廠廠內(nèi)電力系統(tǒng)電路示意圖Fig.1 Circuit diagram of the on-site power supply system of HBRSEP
2010 年3月28日18:52(美國(guó)東部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間EST),母線4向母線5供電的一根電纜發(fā)生故障,導(dǎo)致母線5起火,同時(shí)造成母線4的電壓降低,其帶載的主泵轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致冷卻劑環(huán)路B的流量降低,最終觸發(fā)緊急停堆動(dòng)作。此時(shí),本應(yīng)分閘將故障電纜隔離的斷路器52/24卻失效,導(dǎo)致故障向次級(jí)母線以及UAT蔓延,造成母線3及其下游的母線E-2電壓降低。這種欠壓現(xiàn)象使母線E-2與母線3解列,應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)EDG-B自動(dòng)投入,向母線E-2供電,同時(shí)也導(dǎo)致MCC-4斷電。隨著供電快速切換到SUT,幾秒鐘后斷路器52/19由于過(guò)流跳閘,故障被切除。第一次故障事件僅持續(xù)了約12 s。電廠消防隊(duì)對(duì)火災(zāi)實(shí)施了撲救,并于20:34向主控報(bào)告“供電母線房間警報(bào)解除”,但主控操縱員卻沒(méi)有復(fù)位該房間的火災(zāi)報(bào)警裝置。
MCC-4供電的中斷,致使汽水分離再熱器(MSR)疏水箱應(yīng)急疏水閥以及MSR調(diào)節(jié)閥意外開(kāi)啟,主蒸汽旁路進(jìn)入主冷凝器,導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)的冷卻速率超過(guò)技術(shù)規(guī)格書(shū)要求。對(duì)此操縱員沒(méi)有發(fā)現(xiàn),因此也就沒(méi)有采取措施。
18:53,操縱員根據(jù)應(yīng)急操作規(guī)程開(kāi)啟了兩個(gè)上充泵B/C,但沒(méi)有對(duì)穩(wěn)壓器水位和RCS溫度進(jìn)行適當(dāng)監(jiān)測(cè)。18:58,主控顯示穩(wěn)壓器水位已經(jīng)降到最低限值,容控箱(VCT)內(nèi)的液位已經(jīng)降到轉(zhuǎn)至換料水箱(RWST)取水的臨界點(diǎn),卻沒(méi)有觸發(fā)自動(dòng)切換。19:00,RCS因快速冷卻導(dǎo)致壓力低,進(jìn)而觸發(fā)安注,13 min后安注停止。19:25,主蒸汽隔離閥保護(hù)信號(hào)關(guān)閉,蒸汽發(fā)生器被隔離,RCS過(guò)度冷卻停止,如圖2所示。
圖2 反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)溫度Fig.2 RCS temperature
正常情況下,主泵軸封冷卻是由VCT內(nèi)的冷卻水提供,并將熱量帶給設(shè)備冷卻水(CCW)導(dǎo)出。事件過(guò)程中,VCT內(nèi)部因上充泵沒(méi)有自動(dòng)切換到RWST取水而形成低水位,直到VCT低水位報(bào)警,當(dāng)值人員才發(fā)現(xiàn)此情況。本來(lái)在上充水失去的情況下, CCW流經(jīng)主泵熱屏熱交換器可作為主泵軸封冷卻的替代手段,但由于母線E-2瞬時(shí)失電時(shí),已導(dǎo)致CCW回流閥FCV-626意外關(guān)閉,造成主泵不能從上充系統(tǒng)獲得足夠的軸封冷卻,與此同時(shí)CCW又與所有的主泵熱屏熱交換器隔離。從19:24開(kāi)始,主泵RCP-B、RCP-A和RCP-C軸承先后高溫報(bào)警。19:31,操縱員才意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題并重新開(kāi)啟了閥門(mén)FCV-626,恢復(fù)了CCW對(duì)主泵熱屏熱交換器的冷卻。雖然操縱員恢復(fù)了CCW的循環(huán),但仍未發(fā)現(xiàn)上充泵沒(méi)有切換至RWST取水,所以也不知道即使恢復(fù)了CCW循環(huán),主泵依然沒(méi)有足夠的軸封水注入。19:37,軸封流量全部喪失,9 min后操縱員才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。19:51,主控手動(dòng)將上充泵切換至RWST取水。此時(shí),因VCT內(nèi)的水位低,導(dǎo)致RCP喪失軸封冷卻已經(jīng)約25 min(如圖3~6所示)。
圖3 RCP-A的軸承溫度Fig.3 RCP-A bearing water temperature
圖4 RCP-B的軸承溫度Fig.4 RCP-B bearing water temperature
圖5 RCP-C的軸承溫度Fig.5 RCP-C bearing water temperature
圖6 上沖壓頭和RCS壓力的變化Fig.6 Direction of charging header pressure and RCS pressure
圖7 VCT水位的變化Fig.7 Water level changing of VCT
初始故障發(fā)生4 h后,主泵軸封冷卻已經(jīng)恢復(fù),RCS不受控的冷卻和安注已經(jīng)停止。操縱員在不了解電力系統(tǒng)故障程度的情況下,嘗試將電廠恢復(fù)到正常系統(tǒng)供電。這導(dǎo)致用于將故障設(shè)備與帶電系統(tǒng)隔離的斷路器52/19合閘,致使故障電纜連同已損壞的UAT再次被通電,不但造成斷路器52/24故障,而且產(chǎn)生的高能故障電弧還損壞了周?chē)脑O(shè)備,并引起第二次火災(zāi)。隨后,斷路器52/19由于過(guò)流分閘后隔離了故障,終止了第二個(gè)故障事件[4-6]。
本次事故是由多重故障相互疊加導(dǎo)致的,下面對(duì)這些故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行逐項(xiàng)分析。
本次事件的始發(fā)事件是電纜故障。分析表明,電纜可能在1986年設(shè)計(jì)修改期間就已經(jīng)存在問(wèn)題。該故障電纜無(wú)絕緣涂層、無(wú)外護(hù)套,沒(méi)有防火災(zāi)蔓延的特性,達(dá)不到絕緣等級(jí)和絕緣屏蔽的要求,這些都不滿足電纜安裝設(shè)計(jì)變更單中的技術(shù)規(guī)范要求。調(diào)查還顯示,電纜上存在多處絕緣破損,推斷可能是設(shè)計(jì)變更包中沒(méi)有包含電纜敷設(shè)拉線張力限制或預(yù)防措施造成的。
斷路器52/24的失效歸因于控制電源指示燈的一個(gè)長(zhǎng)期未糾正的問(wèn)題。2008年,工作人員曾發(fā)現(xiàn)斷路器52/24位置的指示燈沒(méi)有亮。按照程序規(guī)定,針對(duì)這種關(guān)鍵部件的故障,應(yīng)開(kāi)具工作單,并發(fā)起不符合項(xiàng)報(bào)告處理流程,但電廠對(duì)此僅開(kāi)具工作單反映情況。審查人員認(rèn)為指示燈不亮是由于燈頭故障造成的,因此該工作單因缺少備件的原因而置于延期辦理狀態(tài)。此后,運(yùn)行人員又多次發(fā)現(xiàn)指示燈的這個(gè)故障,但每次提出的工作要求都因工作單延期而取消;工程技術(shù)人員在進(jìn)行系統(tǒng)巡檢時(shí),也曾多次發(fā)現(xiàn)指示燈狀態(tài)的降級(jí),并對(duì)此問(wèn)題開(kāi)啟了工作要求,但也未能按照程序要求對(duì)具有高安全重要性的關(guān)鍵部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。電廠調(diào)查顯示,斷路器52/24的開(kāi)啟失效是由控制電源保險(xiǎn)絲的缺陷造成的,該缺陷導(dǎo)致斷路器沒(méi)有控制電源。進(jìn)一步的調(diào)查顯示,點(diǎn)亮斷路器52/24控制電源指示燈的線路中使用了相同的保險(xiǎn)絲,保險(xiǎn)絲的缺陷使指示燈不能被通電。因此,先前記錄的斷路器52/24指示燈不亮,實(shí)際上是因?yàn)闆](méi)有控制電源造成的,而不是因?yàn)闊纛^故障。
調(diào)查顯示,上充泵在VCT低水位時(shí)沒(méi)有自動(dòng)切換到RWST取水,是由于VCT的液位計(jì)控制模塊LC-112B配置不當(dāng)造成的,該模塊于2008年完成安裝和試驗(yàn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)的工作單中對(duì)液位計(jì)模塊的配置說(shuō)明有誤,將本應(yīng)跨接到“2-3”的W109跨接到了“1-2”。另外,由于沒(méi)有對(duì)整個(gè)控制回路進(jìn)行檢驗(yàn),因而未發(fā)現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤。
經(jīng)調(diào)查,流量開(kāi)關(guān)FIC-626的實(shí)際控制電源是由儀表母線4提供的,而電廠的《儀表母線》程序中卻錯(cuò)誤地將供電電源描述成是由儀表母線1來(lái)提供。實(shí)際上,儀表母線4和FCV-626的控制電源都是由MCC-6來(lái)供電。這導(dǎo)致當(dāng)母線E-2轉(zhuǎn)至EDG進(jìn)行供電時(shí),閥門(mén)FCV-626和繼電器FIC-626X都喪失供電約10 s。這段時(shí)間里,F(xiàn)IC-626X重置為斷電狀態(tài),觸發(fā)閥門(mén)FCV-626關(guān)閉回路。當(dāng)母線E-2重新供電后,閥門(mén)FCV-626立即開(kāi)始關(guān)閉,在閥門(mén)完全關(guān)閉前狀態(tài)鎖定。閥門(mén)FCV-626在正常運(yùn)行時(shí)處于常開(kāi)狀態(tài),關(guān)閉后沒(méi)有自動(dòng)開(kāi)啟功能。
通過(guò)對(duì)閥門(mén)FCV-626控制回路的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),電廠至少有兩次機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)閥門(mén)喪失供電后的這種特性。但是,電廠沒(méi)有識(shí)別出,或者沒(méi)有對(duì)閥門(mén)的這種意外行為進(jìn)行追溯。
通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),電廠的規(guī)程和操縱員培訓(xùn)大綱存在嚴(yán)重缺陷。
電廠的反應(yīng)堆操縱員和主控室監(jiān)控人員回顧,當(dāng)時(shí)的冷卻速率滿足模擬機(jī)訓(xùn)練中對(duì)反應(yīng)堆停堆后主泵跳閘情況下的培訓(xùn)要求。對(duì)培訓(xùn)課程進(jìn)行審查后發(fā)現(xiàn),在大多數(shù)培訓(xùn)場(chǎng)景中,一旦主泵的運(yùn)行參數(shù)降級(jí),操縱員就迅速降低反應(yīng)堆功率,功率降低后,場(chǎng)景中的機(jī)組狀況將促使操縱員手動(dòng)停堆并停止主泵。在培訓(xùn)中,低功率導(dǎo)致了安注啟動(dòng)。然而,此次事件的不同之處是滿功率工況下發(fā)生主泵降級(jí),滿功率下的機(jī)組狀況實(shí)際上降低了安注的可能性。檢查發(fā)現(xiàn),操縱員培訓(xùn)中沒(méi)有討論或模擬過(guò)電廠在高功率水平下對(duì)類(lèi)似失效的響應(yīng)。模擬機(jī)培訓(xùn)中的場(chǎng)景導(dǎo)致操縱員錯(cuò)誤地認(rèn)為在事件發(fā)生期間投入安注是應(yīng)該的、合適的,而實(shí)際上在反應(yīng)堆從滿功率狀態(tài)緊急停堆到熱態(tài)期間是不建議進(jìn)行安注的。
另外,因?yàn)殡姀S人員不知道FCV-626會(huì)因?yàn)樗矔r(shí)失電而關(guān)閉,所以模擬機(jī)模擬該閥門(mén)在喪失母線E-2供電的情形時(shí)應(yīng)處于開(kāi)啟狀態(tài),操縱員錯(cuò)誤地訓(xùn)練了這種響應(yīng)。這方面的缺陷特別值得注意,因?yàn)樵诎l(fā)生含有缺陷的培訓(xùn)場(chǎng)景中的事件時(shí),沒(méi)有一個(gè)操縱員發(fā)現(xiàn)主泵軸封喪失冷卻。經(jīng)審查發(fā)現(xiàn),還有多個(gè)模擬機(jī)培訓(xùn)場(chǎng)景存在缺陷[7,8]。
與其他行業(yè)相比,核行業(yè)有鮮明的特點(diǎn),即技術(shù)的復(fù)雜性,后果的嚴(yán)重性,影響的深遠(yuǎn)性以及高度的社會(huì)敏感性[9]。做好事件的原因分析,尤其是根本原因分析,制定合理的糾正措施,進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)反饋將有利于防止事件重發(fā),提高電廠及行業(yè)的核安全水平。
導(dǎo)致本次事件發(fā)生的直接原因雖然是設(shè)備故障,但是通過(guò)深入分析發(fā)現(xiàn),事件反映出電廠更深層的人因缺陷和管理缺陷,值得引起關(guān)注。
根本原因即基本原因,如被糾正,將防止事件的重發(fā)。根本原因分析依照研究對(duì)象的不同,可以分為多種類(lèi)型。在工程領(lǐng)域,系統(tǒng)失效、設(shè)備失效以及人因失效為常見(jiàn)的根本原因。通常,單個(gè)根本原因不會(huì)造成人因事件,根本原因常常是兩個(gè)以上的原因因素的結(jié)合體,這些原因因素疊加在一起,事件便發(fā)生了。
同時(shí),值得關(guān)注的是設(shè)備失效事件除了工程技術(shù)問(wèn)題之外,往往還與人因(如人的不正確活動(dòng)等)有關(guān)。比如本次事件中的電纜故障是設(shè)備本身不滿足使用要求,這是設(shè)備失效的直接原因,但電纜的設(shè)計(jì)要求和采購(gòu)技術(shù)要求等方面存在人因失誤的情況。而斷路器的故障是典型的管理缺陷,沒(méi)有按照正確的不符合項(xiàng)處理程序執(zhí)行,因而埋下了隱患[10,11]。
為了更具有借鑒意義,本文不再贅述設(shè)備本身故障的原因。此次事件中,操縱員多次失誤,包括因未對(duì)RCS溫度、穩(wěn)壓器水位等重要參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)而導(dǎo)致冷卻劑過(guò)冷狀態(tài)的出現(xiàn),在第一次火災(zāi)被撲滅之后,主控操縱員沒(méi)有及時(shí)復(fù)位火災(zāi)報(bào)警裝置,違反了規(guī)程要求。同時(shí)液位計(jì)模塊的配置跨接錯(cuò)誤,閥門(mén)FCV-626的控制電源連接錯(cuò)誤等此類(lèi)人因失誤,均是事件發(fā)生的促成因素。
羅賓遜核電廠的此次事件是一系列事件的組合,綜合考慮幾個(gè)事件,共性分析其根本原因,共同點(diǎn)就是沒(méi)有按照規(guī)程執(zhí)行相關(guān)工作,是人因失誤也是組織管理原因。工作人員缺乏質(zhì)疑的工作態(tài)度,操縱人員錯(cuò)誤的培訓(xùn),人員技能的缺乏等方面的人因失誤是重要的促成因素。結(jié)合以上兩點(diǎn),提出如下建議。
建議1:針對(duì)不符合項(xiàng)的處理,在物項(xiàng)管理中,應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到,當(dāng)物項(xiàng)的質(zhì)量不能確定時(shí),其性質(zhì)與物項(xiàng)質(zhì)量不可接受是一樣的。避免誤用這類(lèi)物項(xiàng)而產(chǎn)生不安全的后果甚至是不可接受的后果[12]。同時(shí),電廠應(yīng)統(tǒng)籌安排各項(xiàng)工作計(jì)劃,合理配置有限資源,以有效提升管理水平,避免事故的發(fā)生,保障核安全。
建議2:隨著技術(shù)的發(fā)展,核電廠系統(tǒng)中自動(dòng)化程度,軟硬件的可靠程度越來(lái)越高。但根據(jù)現(xiàn)有核電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,20%~90%的系統(tǒng)失效與人因有關(guān),其中直接或間接觸發(fā)事件甚至引發(fā)事故的比率為70%~90%[13]。引起人因失誤的因素有技術(shù)、環(huán)境、生理、心理、知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)等多方面。一般針對(duì)人因失誤有以下措施。
提高電廠固有安全,提高人機(jī)接口的性能,提高操縱員的能力,同時(shí)也要加強(qiáng)監(jiān)管,分析人因失誤的規(guī)律,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),改善和完善規(guī)程。營(yíng)造良好的企業(yè)文化和安全文化氛圍,培養(yǎng)人員良好的工作習(xí)慣也是防止人因失誤的重要途徑。
目前我國(guó)的核電廠都建立了經(jīng)驗(yàn)反饋體系,或采取事件報(bào)告形式或采取狀態(tài)報(bào)告等形式,對(duì)核電廠日常發(fā)生的,大大小小的事件進(jìn)行收集分析并開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)反饋工作。在此筆者重點(diǎn)建議,核行業(yè)或電廠應(yīng)該開(kāi)展人因失誤規(guī)律的總結(jié)和分析,找出薄弱點(diǎn),針對(duì)性地采取預(yù)付措施。
建議3:電廠應(yīng)對(duì)模擬機(jī)培訓(xùn)場(chǎng)景的設(shè)定進(jìn)行定期審查,及時(shí)糾正不正確的條件設(shè)定,并對(duì)場(chǎng)景管理實(shí)施持續(xù)監(jiān)測(cè)、評(píng)估,對(duì)潛在的性能缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)電廠應(yīng)加強(qiáng)多重故障疊加場(chǎng)景的培訓(xùn),提高操縱員應(yīng)對(duì)多重故障同時(shí)發(fā)生的事件的能力。
建議4:本次事件中NRC先后發(fā)布了兩份信息通告,要求執(zhí)照持有者關(guān)注回路斷路器控制盤(pán)指示燈和儀表控制模塊的配置問(wèn)題[14,15]。
因此,結(jié)合我國(guó)核安全監(jiān)管的情況,建議監(jiān)管當(dāng)局開(kāi)展和加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)反饋工作,關(guān)注國(guó)內(nèi)外發(fā)生的有借鑒意義的事件及糾正措施,效仿NRC信息通告的方法,要求核電廠對(duì)類(lèi)似問(wèn)題進(jìn)行自查,及時(shí)采取相應(yīng)的行動(dòng),并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)管,避免類(lèi)似事件重發(fā)。
當(dāng)然,國(guó)家核安全局開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)反饋工作存在有利的方面但也存在一定的困難。有利的方面是核安全監(jiān)管當(dāng)局的特殊地位和權(quán)威性,能促使核電廠更加重視經(jīng)驗(yàn)反饋工作并能夠在監(jiān)管方提出要求后切實(shí)落實(shí)相關(guān)的糾正措施。而不利的方面則主要在于信息收集。業(yè)主向國(guó)家核安全局報(bào)告的事件只是滿足核安全法規(guī)報(bào)告準(zhǔn)則的事件,數(shù)量非常有限。雖然這些事件都比較重要,做好根本原因分析并開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)反饋工作等均有重要意義,但對(duì)日常小事件或者未遂事件的分析,提出整改措施預(yù)防大事件的發(fā)生更是經(jīng)驗(yàn)反饋工作的重要功能和目的。受電廠業(yè)主與國(guó)家核安全局之間的“監(jiān)管與被監(jiān)管”的特殊關(guān)系影響,業(yè)主通常不愿意將所有事件毫無(wú)保留地向國(guó)家核安全局公開(kāi),這也是世界核電運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)(WANO)沒(méi)有政府監(jiān)管部門(mén)參與的一個(gè)原因。
因此國(guó)家核安全局如何權(quán)衡這兩個(gè)方面的關(guān)系顯得異常重要。同時(shí)還要考慮組織機(jī)構(gòu)和人員精力的問(wèn)題,國(guó)家核安全局需要設(shè)定良好的機(jī)制,對(duì)經(jīng)驗(yàn)反饋工作做好頂層設(shè)計(jì),與業(yè)主形成良性互動(dòng),作為業(yè)主經(jīng)驗(yàn)反饋工作的外圍推手,提高機(jī)組安全水平,也通過(guò)經(jīng)驗(yàn)反饋工作提高核安全水平。
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