張愷

【摘 要】核電廠全廠失電是超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故之一，通過(guò)結(jié)合全廠失電后存在的現(xiàn)象和產(chǎn)生的后果，分析相應(yīng)的應(yīng)急措施的作用及必要性，并對(duì)全廠失電的事故規(guī)程做了相應(yīng)的說(shuō)明。提出一些可行性的改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】全廠失電;應(yīng)急措施;事故規(guī)程

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）06-0094-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.035

【Abstract】Power loss is one of the over-design benchmark accidents in nuclear power plants.Based on the phenomena and consequences of power loss in nuclear power plants，the role and necessity of corresponding emergency measures are analyzed，and the accident rules of power loss in nuclear power plants are explained accordingly.Some feasible suggestions for improvement are put forward.

【Key words】Power plant;Emergency measures;Emergency operation procedures

0 前言

核電廠全廠失電是指全廠失去全部交流電源，即失去主電源、輔助電源和廠內(nèi)應(yīng)急電源。后果比較嚴(yán)重，會(huì)造成堆芯強(qiáng)迫循環(huán)的散失，專設(shè)安全設(shè)施的失效，是可能會(huì)引起堆芯的損傷的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故之一，有必要采取相應(yīng)的措施，以降低該事故對(duì)堆芯的損傷。

1 本論

1.1 核電廠電氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

1.1.1 廠內(nèi)外電源系統(tǒng)

主電源：500kV高壓電網(wǎng)。

輔助電源：220kV電網(wǎng)。

應(yīng)急電源：核電廠自備柴油發(fā)電機(jī)組，分為A/B兩列。

1.1.2 全廠各種工況的供電方式

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，全廠所有設(shè)備均由發(fā)電機(jī)經(jīng)廠用變壓器供電;在機(jī)組啟停時(shí)，則由500kV電網(wǎng)經(jīng)主變壓器和廠用變壓器供電;當(dāng)500kV電網(wǎng)或主變壓器故障時(shí)，則機(jī)組進(jìn)入孤島運(yùn)行模式，即發(fā)電機(jī)經(jīng)廠用變壓器供電;如孤島運(yùn)行失敗，則通過(guò)220kV電網(wǎng)通過(guò)輔助變壓器對(duì)相應(yīng)設(shè)備供電;如輔助電源不可用或切換不成功，則應(yīng)急廠用設(shè)備由相應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)組供電。如柴油發(fā)電機(jī)組也不能供電則導(dǎo)致全廠失電。

1.2 全廠失電風(fēng)險(xiǎn)分析

全廠失電的假設(shè)是同時(shí)失去廠外電源和廠內(nèi)電源，即不一定為立即同時(shí)失去，也可逐步失去，而且失去后也不能立即恢復(fù)這些電源。雖然全廠失電的概率很小，但現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)發(fā)生過(guò)多起全廠失電事故，并造成了一定的影響。

全廠失電后，立即失去的是交流電源，靠蓄電池供電的直流電源和一些不間斷交流電仍是可用的，他們向重要的保護(hù)控制系統(tǒng)和應(yīng)急照明供電。

要想減輕全廠失電的后果，必須考慮用相關(guān)手段帶出堆芯的余熱。全廠失電后交流電源失去，電動(dòng)設(shè)備失去動(dòng)力，所以考慮其他相應(yīng)的動(dòng)力源，如使用汽動(dòng)輔助給水泵，給蒸汽發(fā)生器供水，帶出堆芯熱量;或采取相應(yīng)設(shè)計(jì)，如使堆芯能形成自然循環(huán)，帶出堆芯熱量。

1.3 全廠失電后的應(yīng)急措施

為了保證一回路的完整性以及維持一回路水裝量和堆芯余熱的導(dǎo)出，采取了一系列的措施來(lái)減輕全廠失電的后果。

輔助給水汽動(dòng)泵啟動(dòng)向蒸汽發(fā)生器注水

水壓試驗(yàn)泵啟動(dòng)

主泵密封應(yīng)急注水

1.4 應(yīng)對(duì)全廠失電的技術(shù)改進(jìn)

1.4.1 針對(duì)福島核事故的技術(shù)改進(jìn)

針對(duì)福島核事故全廠失電的后果，秦二廠做了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。

1）增設(shè)移動(dòng)泵

全廠斷電事故工況下，如一回路自然循環(huán)可以建立且二回路緊急排熱路徑暢通，則通過(guò)二回路導(dǎo)出堆芯熱量。

在輔助給水箱上增加應(yīng)急補(bǔ)水通道，并將補(bǔ)水接口布置到廠房外，通過(guò)消防車接入對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)水，并手動(dòng)開啟大氣排放閥由GCT-A排出余熱。補(bǔ)水流量為60m3/h。

應(yīng)急補(bǔ)水通道設(shè)置在汽動(dòng)泵出口母管上，并布置管線到便于消防車到達(dá)的廠房外，通過(guò)消防車接入該應(yīng)急補(bǔ)水通道直接對(duì)蒸汽發(fā)生器進(jìn)行補(bǔ)水操作，由GCT-A排出余熱。補(bǔ)水流量為60m3/h。

全廠斷電事故情況下，當(dāng)二回路排熱手段不可用時(shí)，依照相關(guān)規(guī)程或嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則進(jìn)行綜合評(píng)估，通過(guò)開啟穩(wěn)壓器安全閥等，對(duì)一回路進(jìn)行降壓操作并成功后（2Ma以下），實(shí)施一回路的補(bǔ)水，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)堆芯的冷卻。

在安注和安噴相連的H4管線上增設(shè)臨時(shí)補(bǔ)水管道，將接管口引至燃料廠房外，在管端設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)接口，可連接移動(dòng)式泵組和水源，實(shí)現(xiàn)向一回路補(bǔ)水;優(yōu)先使用PTR水箱做為水源，為PTR水箱增設(shè)臨時(shí)補(bǔ)水管道，該管道延伸到燃料廠房外，廠房外側(cè)設(shè)置手動(dòng)隔離閥，管端設(shè)置消防接頭，可用消防水車為PTR水箱補(bǔ)水。

2）增設(shè)移動(dòng)電源

秦山第二核電廠全廠配置兩臺(tái)低壓移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，電壓等級(jí)為400V，自帶油箱的滿裝油量為1.5立方米，可供油8小時(shí)，單臺(tái)移動(dòng)式低壓電源容量為656KW，低壓電源考慮SBO工況，替代LLS，為L(zhǎng)LS001AR供電;配置1臺(tái)低壓移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，電壓等級(jí)為6.6kV，機(jī)組自帶油箱容量2立方米，可供油4小時(shí)，額定功率1800kW，滿足一臺(tái)低壓安注泵或一臺(tái)輔助給水泵的供電需求;另配置一臺(tái)移動(dòng)油罐車，容量5噸。

對(duì)于低壓移動(dòng)式電源，所有機(jī)械設(shè)備、儀控、照明等負(fù)荷均在已有設(shè)計(jì)的LLS系統(tǒng)中。當(dāng)需要時(shí)可將其運(yùn)輸?shù)絃LS廠房附近，通過(guò)臨時(shí)電纜將移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組與LLS001AR供電的電纜相連，此時(shí)起動(dòng)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組即可恢復(fù)供電。

對(duì)于中壓移動(dòng)式電源，中壓用電負(fù)荷按其中的最大一臺(tái)560kW的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷考慮，以及為該負(fù)荷運(yùn)行提供支持電源的直流110V操作電源和相應(yīng)控制電源所需的負(fù)荷。該臨時(shí)電源的接入9LHT系統(tǒng)，需要連接移動(dòng)電源時(shí)，把移動(dòng)電源運(yùn)輸?shù)诫姎鈴S房附近，先拆除原有的電纜，再把移動(dòng)電源的電纜接入配電柜，啟動(dòng)移動(dòng)電源即可恢復(fù)供電。

3）注水管線及相匹配的接口，并完善廠區(qū)內(nèi)各種水源在事故工況下的使用程序

在全廠斷電發(fā)生后，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之內(nèi)為堆芯冷卻、乏燃料冷卻的正常補(bǔ)水可能已無(wú)法供應(yīng)，需要采用移動(dòng)供水設(shè)備（消防車或移動(dòng)泵）進(jìn)行供水;為此需對(duì)廠區(qū)內(nèi)可利用的水源進(jìn)行改造，增設(shè)取水接口，實(shí)現(xiàn)消防車或移動(dòng)泵從廠區(qū)水源的快速取水。廠區(qū)內(nèi)淡水水源包括：換料水箱、輔助給水水箱、核島除鹽水儲(chǔ)存箱、常規(guī)島除鹽水儲(chǔ)存箱、淡水廠清水池、消防水池、核島廢液收排放系統(tǒng)TER水箱、常規(guī)島廢液排放系統(tǒng)SEL水箱、凝結(jié)水精處理水箱、凝汽器水箱、除氧水箱等。

為此對(duì)機(jī)組相應(yīng)的水箱和一、二回路注入口的接口進(jìn)行改造，以便適應(yīng)在事故工況下對(duì)機(jī)組進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)水，以便冷卻堆芯，緩解事故后果。

同時(shí)編制了相應(yīng)的使用程序，在現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)應(yīng)地點(diǎn)均有標(biāo)注和指示，在正常運(yùn)行期間，還會(huì)定期進(jìn)行相應(yīng)的演習(xí)，使人員能熟練掌握相應(yīng)的知識(shí)和技能，為應(yīng)急狀態(tài)做準(zhǔn)備。

1.4.2 增加了第5臺(tái)柴油機(jī)

秦山第二核電廠在早期M310機(jī)組的基礎(chǔ)上增加了一臺(tái)附加的廠內(nèi)交流電源，作為應(yīng)急柴油機(jī)的后備。在全廠失電事故狀態(tài)下，為機(jī)組應(yīng)急設(shè)備供電。當(dāng)1、2或3、4號(hào)機(jī)組中任何一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障需要停機(jī)檢修時(shí)，附加柴油機(jī)組也可以投入使用。

正常情況下，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組LHP、LHQ處于備用狀態(tài)，作為后備電源的0LHF柴油機(jī)也處于備用狀態(tài)。在喪失全部廠外電源的應(yīng)急情況下，柴油發(fā)電機(jī)組LHP、LHQ可以恢復(fù)6.6kV應(yīng)急母線供電。如果外電源和本機(jī)組的柴油發(fā)電機(jī)組都不能及時(shí)恢復(fù)供電，則可在短時(shí)內(nèi)通過(guò)LHT系統(tǒng)用附加柴油機(jī)恢復(fù)一路6.6kV應(yīng)急母線供電。

1.5 應(yīng)對(duì)全廠失電的其他可行技術(shù)建議

1.5.1 增加蓄電池組的容量

蓄電池組用在直流電源和一些不間斷交流電系統(tǒng)中，向重要的保護(hù)控制系統(tǒng)和應(yīng)急照明供電。在正常情況下，蓄電池組只應(yīng)付瞬態(tài)高峰負(fù)荷，當(dāng)充電器故障或交流電源故障時(shí)，蓄電池能承擔(dān)全部負(fù)載，最低限度供電1小時(shí)。

在發(fā)生全廠斷電事故時(shí)，機(jī)組直流和不間斷交流電源由自身的蓄電池組繼續(xù)供電，在電池電量耗盡的情況下，機(jī)組的狀態(tài)失去控制和保護(hù)，堆芯狀態(tài)也無(wú)法監(jiān)視，應(yīng)急照明也失去電源。因此，在原有的基礎(chǔ)上可相應(yīng)的增加蓄電池的容量，這樣，在發(fā)生該事故時(shí)，可延長(zhǎng)對(duì)機(jī)組的控制和監(jiān)視時(shí)間，以提供更多的時(shí)間去恢復(fù)供電系統(tǒng)，防止堆芯狀態(tài)進(jìn)一步惡化。

1.5.2 增加壓縮空氣儲(chǔ)備

儀用壓縮空氣系統(tǒng)主要為了保證電站各廠房的氣動(dòng)控制裝置所需的壓縮空氣。當(dāng)全廠失電以后，正常壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)停止工作，應(yīng)急壓空機(jī)也失去電源，所以只能依靠貯氣罐里的壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的氣動(dòng)閥門，在貯氣罐里的壓縮空氣用完后，氣動(dòng)閥將不能操作。因此，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加貯氣罐容量，即可增加壓縮空氣的儲(chǔ)量，延長(zhǎng)氣動(dòng)閥門的可操作時(shí)間，以便更好的控制機(jī)組的狀態(tài)。

1.6 應(yīng)對(duì)全廠失電的事故處理程序

發(fā)生全廠失電事故以后，對(duì)應(yīng)的機(jī)組狀態(tài)特征是應(yīng)急母線LHA和LHB上同時(shí)存在“電壓?jiǎn)适А?，?zhí)行DEC規(guī)程，引導(dǎo)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的事故規(guī)程H3，又細(xì)分為H3.1和H3.2，以指導(dǎo)運(yùn)行人員在全廠失電后控制機(jī)組處于安全狀態(tài)。處理過(guò)程可以分成三部分，即核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的操作;動(dòng)力源的操作;供電恢復(fù)后的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的操作。

機(jī)組余熱排出系統(tǒng)與一回路隔離時(shí)發(fā)生全廠失電事故，應(yīng)執(zhí)行H3.1規(guī)程，應(yīng)立即確認(rèn)機(jī)組緊急停堆，隔離下泄管線，關(guān)閉蒸汽管線，確認(rèn)ASG氣動(dòng)泵啟動(dòng)，嘗試啟動(dòng)柴油機(jī)組等。之后穩(wěn)定核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，即蒸汽發(fā)生器水位，一回路溫度、壓力，穩(wěn)壓器水位，維持軸封水的注入。此外還需對(duì)壓縮空氣、儀表控制執(zhí)行相應(yīng)的操作來(lái)穩(wěn)定機(jī)組狀態(tài)。在此期間不斷嘗試恢復(fù)電源系統(tǒng)，還可以將附加柴油機(jī)或相鄰機(jī)組的柴油機(jī)通過(guò)LHT系統(tǒng)向一條應(yīng)急母線供電。在廠內(nèi)及廠外電源沒有恢復(fù)的情況下，機(jī)組不能返回至正常運(yùn)行狀態(tài)。

余熱排出系統(tǒng)與一回路連接時(shí)發(fā)生全廠失電事故，應(yīng)執(zhí)行H3.2規(guī)程。當(dāng)一回路閉合時(shí)，處理方式類似于H3.1，當(dāng)一回路開口時(shí)，根據(jù)最不利假設(shè)（停堆三天后，穩(wěn)壓器人孔打開，半管水位運(yùn)行），在沒有補(bǔ)水的情況下，大約1小時(shí)后堆芯會(huì)裸露。操縱員應(yīng)及時(shí)操作，將乏燃料水池或換料水箱的水靠重力補(bǔ)充至一回路，以補(bǔ)償蒸發(fā)。

2 結(jié)論

全廠失電的后果是十分嚴(yán)重的，如不能及時(shí)處理，可能會(huì)導(dǎo)致一回路冷卻劑的外泄，發(fā)生LOCA事故，甚至?xí)苟研緭p壞、熔化。在相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)施的完善和投入運(yùn)行后，很大程度上減輕了事故的后果。操縱員模擬機(jī)培訓(xùn)中也會(huì)有相應(yīng)模擬演練，使操縱員有了較強(qiáng)的事故判斷和處理能力，在應(yīng)急規(guī)程的指導(dǎo)下，可以將事故的后果降至最低，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保核安全。