朱錢軍

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 低功率和停堆工況介紹

核電站是根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)事故且基于功率運行狀態(tài)而設(shè)計的，如運行特征參數(shù)的模擬與顯示、技術(shù)規(guī)格書、人員培訓(xùn)及事故規(guī)程等主要是針對功率運行工況的，其中一些設(shè)計、程序和培訓(xùn)對低功率及停堆工況可能不適用，這種設(shè)計特點給停堆運行帶來了隱患，必須通過停堆風(fēng)險研究，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，改進其設(shè)計和運行，以提高電站運行的安全性。

2 低功率和停堆工況風(fēng)險的認識

根據(jù)核電廠運行技術(shù)規(guī)格書，核電站壽期內(nèi)約25%的時間處在低功率及停堆狀態(tài)，這個時間段遠遠少于滿功率運行的時間，但實際上從核電站的運行經(jīng)驗來看，在停堆和低功率期間發(fā)生的運行事件占了所有運行事件很大一部分比例，核電行業(yè)越來越關(guān)注電站在低功率和停堆期間的安全問題，影響低功率和停堆工況安全的因素有以下幾個方面。

2.1 技術(shù)規(guī)格書要求的部分安全設(shè)備有可能不可運行，增加了安全風(fēng)險

雖然停堆工況下反應(yīng)堆的釋熱率和熱容量較功率運行工況的小，但此時電站系統(tǒng)配置及運行復(fù)雜多變，部分安全設(shè)備可能不可運行或處于手動操作狀態(tài)，這將增加事故發(fā)生的可能性。停堆工況下許多專設(shè)安全設(shè)施觸發(fā)信號已閉鎖，許多安全系統(tǒng)及設(shè)備或被隔離或處于維修狀態(tài)，如果此時發(fā)生事故，不能自動及時地投入以緩解事故，更多地依賴人的干預(yù)，增加了安全風(fēng)險。

2.2 反應(yīng)堆停堆工況的特殊運行狀態(tài)增加運行風(fēng)險

反應(yīng)堆即使在長時間停閉狀態(tài)，也要保證有冷卻手段以導(dǎo)出衰變熱，同時專設(shè)安全設(shè)施及其支持系統(tǒng)也應(yīng)能履行其應(yīng)有的功能，確保堆芯安全。衰變熱表明停堆期間核電站的風(fēng)險依然存在，況且反應(yīng)堆在停堆的某些工況壓力容器頂蓋和安全殼可能處于開口狀態(tài)或者反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)誰裝量可能減少，這些增加了停堆工況下的運行風(fēng)險。反應(yīng)堆冷卻劑水裝量在某些工況可能減少，機組進入高風(fēng)險運行階段。

2.3 低功率和停堆運行期間管理問題

在核電在安全運行中，設(shè)備比人更要可靠，人的活動反而增加了運行的風(fēng)險。由于人的不確定性，人員的活動給電站的安全帶來了不可預(yù)知的風(fēng)險。

2.4 對低功率和停堆工況的安全重視不足

很多人認為核電廠在停堆狀態(tài)下風(fēng)險很?。ㄒ驗橥６褷顟B(tài)常常是作為機組的后備安全狀態(tài)），尤其是如果核電站操縱人員有此觀念，那將非常危險。思想觀念的放松是導(dǎo)致事故的根源，國內(nèi)外核電站事故的事實證明了這一點。實際上停堆狀態(tài)的風(fēng)險并不可忽略，與功率工況同處一個量級，而且其中一些事故的瞬態(tài)響應(yīng)非?？欤蠊浅?yán)重。

3 低功率和停堆工況下的風(fēng)險分析及建議

3.1 運行模式轉(zhuǎn)變過程中進入技術(shù)規(guī)格書限值

核電機組在啟動或停止過程中，需要進行模式間的轉(zhuǎn)換，在機組處于不同模式時，技術(shù)規(guī)格書對于安全系統(tǒng)的要求并不完全相同。由于模式轉(zhuǎn)換過程中存在設(shè)備缺陷、人員疏忽、程序不完整、外界因素干擾等原因，造成在模式轉(zhuǎn)換過程中安全系統(tǒng)不可用而進入技術(shù)規(guī)格書計時。在這里需要指出，電站風(fēng)險存在于進入技術(shù)規(guī)格書而沒有被識別出來，相關(guān)安全系統(tǒng)不為人知的不可用，這樣對于電站的安全來說，就形成很大的挑戰(zhàn)。

對于此類風(fēng)險，可以采取如下技術(shù)和管理手段進行避免。

3.1.1 進入不同模式的安全系統(tǒng)設(shè)備檢查

根據(jù)電站的技術(shù)規(guī)格書規(guī)定，在不同模式下需要的安全系統(tǒng)是不同的，因此電站可以列出不同模式下需要可運行的安全系統(tǒng)清單，在需要進行模式轉(zhuǎn)換時，進行安全系統(tǒng)狀態(tài)檢查，以保證相關(guān)安全系統(tǒng)可用。在運行工況改變前，針對安全系統(tǒng)的可運行性給出明確的要求。啟動程序中應(yīng)設(shè)置控制點，并在改變運行工況前，對安全系統(tǒng)的行政管理和實體狀態(tài)進行核查與驗證。這些控制點也應(yīng)用于非運行部門的完工文件檢查，確保在改變運行工況前安全系統(tǒng)的可運行性。

3.1.2 無用報警信息的屏蔽

電站在低功率和停堆狀態(tài)下，部分系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)退出運行或備用，主控室增加很多的報警信息，操縱員需要花費相當(dāng)多的時間來區(qū)分哪些是有用的或者是無用的報警信息，這樣對操縱員確認機組狀態(tài)工況和事故處理有很大的干擾，根據(jù)不同模式系統(tǒng)的運行狀態(tài)，電站可以分析不同運行模式下要求的系統(tǒng)狀態(tài)，將無用的報警信息屏蔽，以保留有用的報警并能給操縱員以清除的提醒，這樣在出現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備故障時能給操縱員明確信息，可以在情況惡化前盡快干預(yù)。

3.1.3 重要運行操作初始條件獨立驗證

功率運行工況下核電站事故初始狀態(tài)只有一個，停堆工況卻不同，反應(yīng)堆從滿功率工況降溫降壓到達維修冷停堆工況，其間堆芯釋熱率及熱容量在不斷減少，運行的控制及保護手段在不斷變化，專設(shè)安全設(shè)施及其支持系統(tǒng)的可用性也在不斷變化。壓水堆核電機組在進行模式轉(zhuǎn)換過程中，有很多的運行操作，這些操作可給改變機組的重要參數(shù)和狀態(tài)，操縱員在進行任何操作前，應(yīng)該有專門的人員對操作前初始條件進行獨立驗證，以保證所進行的操作和使用的文件與當(dāng)前條件相符。

3.2 特殊運行模式下的風(fēng)險控制

3.2.1 低負荷下的反應(yīng)堆水裝量控制

控制主系統(tǒng)水裝量是壓水堆核電廠一個關(guān)鍵功能，但是反應(yīng)堆在很多情況下由于維修的需要要求將反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的水裝量降低到熱管段的最高點以下，稱為“半管”運行。半管運行狀態(tài)下的水裝量控制與余熱排出系統(tǒng)關(guān)系緊密，為了防止在該工況下發(fā)生失水事故而必須采取了一系列應(yīng)急措施，這樣可以避免和減少事故的發(fā)生，從而保證核電站安全可靠地運行。

（1）設(shè)置多種冗余的反應(yīng)堆水裝量測量儀表

在特殊運行模式下，主系統(tǒng)的水裝量是反應(yīng)堆重要的監(jiān)視參數(shù)，需要設(shè)置兩種或兩種以上的水位監(jiān)測儀表來指示反應(yīng)堆的水裝量。當(dāng)然除了設(shè)置多個儀表，還應(yīng)該編制應(yīng)急預(yù)案具體說明當(dāng)不同儀表指示不同時的操縱員響應(yīng)。

（2）設(shè)置自動補水系統(tǒng)

必須設(shè)置自動補水系統(tǒng)，當(dāng)主系統(tǒng)水裝量減少時能自動補水，保證堆芯冷卻。特定的反應(yīng)堆自動補水系統(tǒng)可以應(yīng)對意外的反應(yīng)堆冷卻劑水裝量降低，在半管運行期間，應(yīng)該立即檢查自動補水系統(tǒng)的可用性，在進入半管運行狀態(tài)之前。一些壓水堆核電站已經(jīng)修改他們包括自動補水系統(tǒng)在內(nèi)的設(shè)計，用于改善在半管運行期間失去反應(yīng)堆冷卻劑的保護能力，這種狀態(tài)下要求操縱員的反應(yīng)時間比其他停堆狀態(tài)要短得多。如果這些系統(tǒng)不經(jīng)常運行，在進入半管運行狀態(tài)之前應(yīng)該檢查他們可用性是很重要的，否則，這些改造設(shè)備的有效性功能將被限制。

（3）半管運行模式下維修和試驗活動的控制

大修計劃應(yīng)該避免在半管運行模式下盡量少的維修和試驗活動，特別不應(yīng)安排主系統(tǒng)和余熱排除系統(tǒng)的維修和試驗活動，同時需要識別可能改變主冷卻劑系統(tǒng)閥門狀態(tài)的工作。當(dāng)然最需要堅持的原則是：盡量不安排反應(yīng)堆進入半管運行狀態(tài)，如果不可避免地進入此狀態(tài)也有盡量縮短進入時間。

電站在半管運行狀態(tài)應(yīng)該考慮反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)備的升級，不同類型的水位監(jiān)測儀表（比如超聲波儀表）對于防范水裝量異常降低有很大幫助，許多電站已經(jīng)實施變更改造在停堆狀態(tài)增加冗余或多個反應(yīng)堆冷卻劑儀表。當(dāng)半管運行工況，不同的反應(yīng)堆冷卻劑水位測量儀表讀數(shù)矛盾時，運行規(guī)程應(yīng)該給操縱員明確的指導(dǎo)。

3.2.2 冷停堆模式下預(yù)熱排除系統(tǒng)失效

維修冷停堆下余熱排出系統(tǒng)失效的情況：反應(yīng)堆冷卻劑水位降至壓力殼頂蓋密封線以下，由于余熱排出系統(tǒng)管段上的壓頭接近于余熱排出泵要求的最低壓頭，很容易造成余熱排出泵汽蝕損壞；一旦失去余熱排出系統(tǒng)，堆內(nèi)冷卻劑溫度上升直至沸騰，由于蒸發(fā)造成堆芯裸露；在一回路敞開的維修工況下，安全殼人員閘門和設(shè)備閘門有可能開啟,這時三道安全屏障有可能均不起作用，造成放射性物質(zhì)向環(huán)境泄漏。

應(yīng)對措施是編制應(yīng)急規(guī)程應(yīng)對預(yù)熱排出喪失事件，應(yīng)急規(guī)程應(yīng)該覆蓋停堆工況下失去預(yù)熱排除功能的事件，包括投入已經(jīng)確定的非正式的冷卻渠道的說明。

3.2.3 低負荷下的反應(yīng)性控制

反應(yīng)性控制是核電站重要的安全功能，控制所有影響功率水平和堆芯臨界的因素對于核安全極其重要。在低功率和停堆工況下，分析典型的反應(yīng)性控制事件，幾乎都是由于控制棒的控制不當(dāng)、意外反應(yīng)堆冷卻劑硼稀釋、中子通量監(jiān)測功能失效引起的。核電站的管理者應(yīng)該在非正常運行狀態(tài)如低功率水平、延伸運行等狀態(tài)下仔細地考慮運行風(fēng)險，開發(fā)意外事故運行規(guī)程，并給操縱員提供培訓(xùn)。規(guī)程導(dǎo)則要能識別潛在可能遇到的問題，明確操縱員在什么狀態(tài)或情形下需要手動停止反應(yīng)堆。

（1）低負荷下反應(yīng)堆控制棒操作

國內(nèi)外不少反應(yīng)性事例都表明，反應(yīng)堆在低負荷下，當(dāng)冷卻劑溫度降低時，不適當(dāng)?shù)靥嵘刂瓢魰?dǎo)致反應(yīng)堆啟動率增加、反應(yīng)堆停堆和正反應(yīng)性增加瞬態(tài)。操縱員必須認識到通過提升控制棒增加正反應(yīng)性并不是一個保守用來減緩由于二次側(cè)故障引發(fā)的瞬態(tài)的方法。

（2）非可控硼稀釋

當(dāng)反應(yīng)堆處于低功率或停堆狀態(tài)時，如果出現(xiàn)非可控硼稀釋，將導(dǎo)致正反應(yīng)性異常引入，當(dāng)正反應(yīng)性引入足夠大時，將導(dǎo)致反應(yīng)堆重返臨界，其后果十分嚴(yán)重如果沒有人的干預(yù)，堆功率將急劇增加，直至堆芯熔化。如果這時處于換料或維修工況，還會造成工作人員的過量照射。

（3）反應(yīng)性操作時的電站狀態(tài)監(jiān)測

操縱員應(yīng)該建設(shè)性的挑戰(zhàn)其他團隊成員的決定和行動，并提供相關(guān)信息給其他團隊成員，包括交流電站初始狀態(tài)和潛在的安全隱患，持續(xù)強化高的操作標(biāo)準(zhǔn)需要建立核心運行價值。

運行操作時應(yīng)該關(guān)注冗余的儀表來決定操作的有效性。操縱員應(yīng)該避免僅僅關(guān)注一個指示。操縱員應(yīng)該確認并報告自動系統(tǒng)的動作和反應(yīng)，包括操縱員的行動，如果電站沒有按照預(yù)期的設(shè)定動作。操縱員在開始執(zhí)行規(guī)程前應(yīng)該確保電站參數(shù)指示和初始條件適應(yīng)規(guī)程。

3.3 低功率和停堆期間的管理問題

3.3.1 低負荷時操縱員的負擔(dān)

大修計劃應(yīng)該精確考慮電站在啟動和準(zhǔn)備啟動期間主控室操縱員的工作負擔(dān)，應(yīng)該確保給操縱員充足的時間去準(zhǔn)備和執(zhí)行操作。通常大修所有階段的計劃都非常的緊湊且處于滿負荷，多次發(fā)生在大修啟動階段或準(zhǔn)備啟動階段的事件證實了主控室操縱員過量的工作負荷，計劃時間壓力成為根本原因或貢獻因子，任何以減少大修工期為目的的大修計劃改變都應(yīng)該仔細地分析，并且謹慎地進行。

3.3.2 班組成員的協(xié)作

完整和精確的審查用于在試驗或維修活動后的系統(tǒng)在線檢查清單。特別將那些潛在動作過的閥門包括在檢查清單中并重點說明，當(dāng)所有要求滿足后，應(yīng)該由主控室釋放工單。

3.3.3 電站狀態(tài)監(jiān)視的建議

在停堆不同的階段，應(yīng)該過濾掉主控室與當(dāng)前狀態(tài)無關(guān)的報警，這樣操縱員能夠很輕松地區(qū)分停堆相關(guān)報警和那些僅僅功率運行才出現(xiàn)的報警，并且在報警出現(xiàn)時能很快響應(yīng)。停堆不相關(guān)報警的存在使操縱員存在困難在弄清楚相關(guān)的報警，這樣增加了重要報警長時間沒有被注意的可能性。

根據(jù)30萬機組運行經(jīng)驗反饋，低功率特別是換料大修最后一個階段包括功率運行前的準(zhǔn)備、系統(tǒng)在線充水、堆芯物理試驗是事件發(fā)生率比較高的階段。另外一個事件發(fā)生率高的事件是違反技術(shù)規(guī)格書運行限制條件的情況?？紤]根本原因，人因失誤是事件發(fā)生的最大因素，因此在電站管理上，需要針對這些階段制定相應(yīng)的規(guī)定和準(zhǔn)備，覆蓋大修計劃、團隊協(xié)作、電站狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)在線等方面，以確保能夠改善停堆期間的運行操作方法，保證停堆期間主要的安全系統(tǒng)功能和維修活動受控，在核電廠的安全管理上加以改進，進一步提高核電廠的安全性，減少壓水堆在低功率和停堆工況下反應(yīng)堆安全事件概率。