王進(jìn)

摘 要：在地震條件下，核電廠的系統(tǒng)、設(shè)備等都可能受到破壞，甚至?xí)绊懙胶穗姀S的安全運(yùn)行。為應(yīng)對(duì)這種情況，近年來一些國(guó)家先后要求其國(guó)內(nèi)核電廠設(shè)置地震自動(dòng)停堆功能。但AP1000作為第三代先進(jìn)堆型，僅設(shè)計(jì)了地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)地震測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行手動(dòng)停堆。本文中在充分利用AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，提出了在其地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上增設(shè)地震自動(dòng)停堆功能的一種方案。

關(guān)鍵詞：AP1000；核電廠；地震；自動(dòng)停堆

中圖分類號(hào)：TH218 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）22-0096-02

地震作為一種常見的自然災(zāi)害，其特點(diǎn)是突發(fā)性強(qiáng)，很難提前預(yù)測(cè)；持續(xù)時(shí)間短，一般幾十秒就能造成很大的破壞。為防止地震帶來不利的影響，各國(guó)均要求核電廠通過監(jiān)測(cè)地震數(shù)據(jù)，給出報(bào)警并提示操作員采取相應(yīng)操作。AP1000標(biāo)準(zhǔn)電廠就是這種設(shè)計(jì)。

近些年來，一些國(guó)家對(duì)核電廠提出了更高要求——設(shè)置地震自動(dòng)停堆功能；即當(dāng)?shù)卣饏?shù)達(dá)到一定水平后反應(yīng)堆自動(dòng)停堆。目前，我國(guó)還未出臺(tái)相關(guān)的法規(guī)；在運(yùn)的電廠中，也僅有田灣核電站設(shè)有地震自動(dòng)停堆功能。

1 研究背景

日本福島事故之后，世界各個(gè)國(guó)家、地區(qū)、組織等均對(duì)核電廠在地震條件下的安全性與應(yīng)對(duì)地震次生災(zāi)害進(jìn)行了深入的研究。其中，與核電廠抗震設(shè)防密切相關(guān)的地震自動(dòng)停堆問題也得到了更多的探討和關(guān)注[1]。世界各國(guó)建議在核電廠設(shè)置地震自動(dòng)停堆信號(hào)，作為重要的安全改進(jìn)措施。

同樣，我國(guó)核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)也適時(shí)提出了更新、更高的要求。在《“十二五”期間新建核電廠安全要求（報(bào)批稿）》中，明確要求我國(guó)新建核電廠“宜設(shè)置地震自動(dòng)停堆系統(tǒng)”。因此，為了更好地滿足核安全法規(guī)和安全評(píng)審要求，提高電廠的安全性[2]，應(yīng)核電廠設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

另外，地震作為一種破壞性極強(qiáng)的外部災(zāi)害，當(dāng)其強(qiáng)度超過一定限值后，會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成破壞，同時(shí)還會(huì)造成操縱員緊張，進(jìn)而增加誤操作概率[3]。NS-G-1.6中，將地震條件下操作員的信心和可靠性也作為了是否需要設(shè)置地震自動(dòng)停堆的一個(gè)參考因素。

因此，應(yīng)當(dāng)在AP1000電廠中增設(shè)地震自動(dòng)停堆功能，用來降低大地震條件下的人因失誤，避免因不能手動(dòng)停堆而導(dǎo)致的可能事故。

2 現(xiàn)有設(shè)計(jì)情況

由于各個(gè)國(guó)家的相關(guān)法規(guī)要求不盡相同，不同核電廠為應(yīng)對(duì)地震條件而采用的停堆方式也不盡相同。例如，美國(guó)的法規(guī)中僅要求核電站必須設(shè)有地震手動(dòng)停堆功能，因此美國(guó)大部分核電廠并未設(shè)置自動(dòng)停堆功能。源于美國(guó)的AP1000技術(shù)就是采用的地震手動(dòng)停堆功能。

AP1000電廠中，地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過不同位置的地震傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄與分析；當(dāng)傳感器測(cè)量的地震數(shù)據(jù)超過運(yùn)行基準(zhǔn)地震（OBE）準(zhǔn)則后，向主控室的運(yùn)行人員報(bào)警；運(yùn)行人員根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)與報(bào)警進(jìn)行手動(dòng)停堆。雖然地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不執(zhí)行安全功能，但為了保證在安全停堆地震（SSE）期間及之后保持其功能，該系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)滿足IEEE344地震鑒定要求。

地震活動(dòng)頻繁的日本和老牌的核電強(qiáng)國(guó)——俄羅斯，均很早就在核電廠的設(shè)計(jì)法規(guī)中要求：必須設(shè)計(jì)地震自動(dòng)停堆功能。韓國(guó)和我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)，早期并無相關(guān)法規(guī)要求；均是在吸取了地震的教訓(xùn)后，當(dāng)局要求全部核電站進(jìn)行整改，加裝地震自動(dòng)停堆功能。中國(guó)大陸的在運(yùn)核電站中，僅有源自于俄羅斯的VVER堆型同時(shí)設(shè)計(jì)了地震監(jiān)測(cè)功能和自動(dòng)停堆功能。目前我國(guó)也無明確法規(guī)要求，在核電站中必須設(shè)置自動(dòng)停堆功能。

雖然一些國(guó)家和地區(qū)強(qiáng)制要求核電廠必須設(shè)置地震自動(dòng)停堆功能，但具體規(guī)定又不盡相同。其主要差別在于該功能的安全分級(jí)、停堆參與，以及停堆閾值設(shè)置不同。表一就是對(duì)部分國(guó)家、地區(qū)和組織相關(guān)規(guī)定的簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)（表1）。

3 改進(jìn)方案的提出

3.1 安全分級(jí)選擇

地震自動(dòng)停堆功能的設(shè)置與否，并不會(huì)影響核電廠三大安全功能的執(zhí)行。而且，地震自動(dòng)停堆功作為防人因失誤的附加功能，可認(rèn)為是為電廠提供了縱深防御功能，增加額外的保護(hù)措施。

因此，增設(shè)的地震停堆功能為非安全相關(guān)功能，可以在AP1000電廠地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，而且改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)不用考慮冗余性、多樣性、故障安全的等安全級(jí)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

3.2 停堆參數(shù)

雖然AP1000電廠采用判斷超出OBE需手動(dòng)停堆的準(zhǔn)則，包括反應(yīng)譜和累積絕對(duì)速度（CAV）。但為了防止在嚴(yán)重地震條件下人因失誤而造成的停堆延誤，同時(shí)與上面統(tǒng)計(jì)表中地震自動(dòng)停堆的參數(shù)選擇保持一致，本方案也選擇地震峰值加速度作為停堆參數(shù)。

3.3 停堆閾值

雖然世界上大部分核電站的地震自動(dòng)停堆系統(tǒng)中的停堆整定值，其大小基本都設(shè)置在OBE附近；但國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）建議參考相當(dāng)于SSE來確定停堆整定值。而且，將地震自動(dòng)停堆系統(tǒng)設(shè)定為非安全級(jí)的韓國(guó)核電廠，其停堆整定值就是根據(jù)SSE來確定。

同時(shí)為了防止因低地震加速度、余震以及虛假地震等原因造成的系統(tǒng)自動(dòng)誤停堆，同時(shí)也為了留給操作員判斷手動(dòng)停堆充足的裕度，作為后備的自動(dòng)停堆整定值應(yīng)按SSE來進(jìn)行確定。

3.4 停堆邏輯的執(zhí)行

AP1000電廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，在不同位置設(shè)有多個(gè)地震傳感器。為對(duì)相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行合理運(yùn)算，同時(shí)也保證系統(tǒng)的可靠性，需要在原地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中增加一個(gè)停堆邏輯處理單元。目的是將測(cè)量數(shù)據(jù)與停堆閾值比較后，在進(jìn)行一定的符合邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生停堆信號(hào)。

為了保持地震條件下設(shè)備的功能完整性，要使新增的邏輯處理單元滿足IEEE344地震鑒定要求。

3.5 停堆驅(qū)動(dòng)設(shè)備

停堆功能的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是要切斷從控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電源，然后控制棒依靠重力落棒停堆。在AP1000電廠中，有兩種方式來實(shí)現(xiàn)切斷棒控的電源；為與地震自動(dòng)停堆功能的安全分級(jí)相對(duì)應(yīng)，本方案選擇非安全級(jí)的停堆方式。觸發(fā)棒控電源組機(jī)柜中的出口斷路器動(dòng)作，來進(jìn)行地震自動(dòng)停堆。但為了保證出口斷路器在地震條件下的功能性，要對(duì)出口斷路器進(jìn)行重新鑒定，使其滿足抗震I類要求。

4 結(jié)語

此方案主要改動(dòng)了AP1000電廠地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兩部分：增加了停堆邏輯單元，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算后產(chǎn)生停堆信號(hào)；停堆信號(hào)觸發(fā)棒控電源組的出口斷路器動(dòng)作，落棒停堆。

在保證了原系統(tǒng)的報(bào)警和信息記錄功能的基礎(chǔ)上，本方案充分利用已有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本著簡(jiǎn)單可行、經(jīng)濟(jì)可靠的原則，沒有過多地增加設(shè)備及設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)了核電廠地震自動(dòng)停堆功能。另外，改進(jìn)方案采用多點(diǎn)信號(hào)的符合邏輯運(yùn)算，以及高閾值判斷，提高了地震自動(dòng)停堆功能的可靠性，進(jìn)而降低在大地震條件下因人因失誤而不能停堆的潛在危害。

參考文獻(xiàn)

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