徐 鵬，王小林,炊曉東，劉傳武，倪小帥

(核動力運行研究所，湖北 武漢 430000)

“華龍一號”核電機組的直流系統(tǒng)按電壓等級分為220 V、110 V和48 V直流電源和配電系統(tǒng)。直流系統(tǒng)向所有的控制和信號系統(tǒng)及通過直流/交流逆變器向不間斷的220 V交流系統(tǒng)供電。直流電源的失去可能導致核電機組停堆停機甚至重要設備損壞的風險，核電機組配置有相應的失電處理程序來應對直流電源失去的事故。

核電機組調(diào)試過程中的失電試驗是核電廠對失電處理程序進行驗證的唯一窗口。失電試驗內(nèi)容幾乎涵蓋核電廠核島及常規(guī)島主要系統(tǒng)及設備的動作，目的在于驗證在失去重要電源后各系統(tǒng)狀態(tài)與設計是否相符，機組是否處于安全可控狀態(tài)；同時也驗證、生效運行事故處理規(guī)程，培養(yǎng)、提高運行人員在事故情況下的處理能力。本文依據(jù)實際工程設計、制造文件分析A列48 V直流電源失去后，相應儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)的實際狀態(tài)是否正確或者實現(xiàn)的功能是否合理，對發(fā)現(xiàn)的問題進行分析并給出合理化修改建議，對可能影響事故后運行干預操作成功率的情形給出操作提醒或建議。

1 48 V A列直流電源(ECA)失電研究

1.1 總體研究思路

在ECA失電研究過程中，根據(jù)ECA下游負荷，首先統(tǒng)計由ECA提供控制電源的主要負荷類型，依次分析各類型負荷在失去ECA后會產(chǎn)生的影響，并列出表格統(tǒng)計主要工藝系統(tǒng)中受到影響的設備在機組正常運行和ECA失電事故下的狀態(tài)，及ECA失電對其可能產(chǎn)生的影響。其次，根據(jù)統(tǒng)計的表格，全面分析總結(jié)各主要工藝系統(tǒng)在ECA失去時受影響的功能及對機組可能產(chǎn)生的影響。最后，歸納ECA失電對機組產(chǎn)生的主要風險及應對措施，對發(fā)現(xiàn)的問題進行分析并給出合理化修改建議。

1.2 ECA失電對下游負荷的影響分析

從ECA下游負荷清單可以看出，ECA下游重要負荷主要包括以下五種類型：

1)A列停堆斷路器控制屏RPA001TB和控制棒電源柜RRS001/002/003TB；

2)DCS的中間繼電器機柜(RK機柜)，即電磁閥配電柜；

3)給電動閥門供電的380 V交流配電盤；

4)48 V/110 V直流及220 V交流/直流電源系統(tǒng)配電盤；

5)穩(wěn)壓器電加熱器RCS001/002/003/004/005RS。

圖1 ECA系統(tǒng)電氣單線圖Fig.1 Single line diagram of the ECA system

1.2.1 ECA失電對停堆斷路器的影響分析

ECA為A列停堆斷路器控制屏RPA001TB提供控制電源，RPA001TB主母線包括RPA011/012/013/014/015TB五個母線柜，分別對應控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源進線、停堆斷路器RPA100JA、停堆斷路器RPA200JA、停堆斷路器RPA101JA、停堆斷路器RPA201JA。RPS有四個通道，每個通道的跳堆信號驅(qū)動2個斷路器。

每個停堆斷路器都由110 V和48 V直流電源作為其控制電源，110 V DC電源主要為得電合閘線圈、得電分閘線圈和儲能電機提供工作電源，48 V DC電源主要為失電分閘線圈和中間繼電器提供工作電源。當110 V DC電源失去時，停堆斷路器不會自動分閘。造成的影響是，主控制盤不可以單獨對某個停堆斷路器進行得電分閘的遠程操作，但是對于反應堆保護通道的停堆信號以及緊急控制盤上的停堆按鈕，功能正常，可通過使失電分閘線圈48 V電源斷開的方法，使停堆斷路器跳閘。因此可以得出，如果ECA失電，A列停堆斷路器RPA100/101/200/201JA打開，根據(jù)4取2的原則，反應堆停堆，觸發(fā)P4信號。

1.2.2 ECA失電對氣動閥的影響分析

通過查詢氣動閥的邏輯圖和DCM-硬件接口圖，可以統(tǒng)計出由ECA供電的氣動閥的所屬類型，如表1所示。

表1 ECA供電的氣動閥類型Table 1 Types of pneumatic valve powered by ECA

圖2是AOV1-1型氣動閥的控制原理圖。FUM210為功能模塊，接收DCS控制信號。ALA為DCS輸出信號(關閉命令)，IRC為中間繼電器機柜(IRC機柜)。中間繼電器機柜由48 V直流電源供電，中間繼電器是DCS信號控制現(xiàn)場設備(電磁閥)的中間橋梁，DCS信號輸出24V直流電加載到相應中間繼電器的線圈上，使得相應觸點閉合或斷開，從而接通或斷開電磁閥48 V回路，控制相應設備。在中間繼電器機柜中，完成DCS輸出信號24V直流和電磁閥48 V回路的轉(zhuǎn)化。當功能模塊將關閉命令輸入繼電器機柜時，電磁閥的動力電源接通，電磁閥通電，1-2接通，壓縮空氣給氣動閥供氣，閥門關閉。在電磁閥失電時，2-3接通，壓縮空氣排入大氣，閥門開啟。當ECA失電，由其控制的相關氣動閥無法由DCS信號控制，相應的電磁閥失電，閥門處于安全狀態(tài)。根據(jù)氣動閥的控制原理圖可以分析得出其他類型氣動閥門失電后的安全位置，如表1所示。

1.2.3 ECA失電對電動閥的影響分析

ECA的下游負荷中包含很多380 V配電盤。通過查詢380 V配電盤的二次接線圖可知，ECA為380 V母線下游的CFI型接觸器提供48 V直流控制電源，這些可逆控制的接觸器用于電動閥門的供電。

以ECA下游負荷EEA為例進行說明，圖3為EEA下游電動閥的二次接線圖。380 V交流電源為該電動閥提供動力電源，001JA合閘時，電動機正轉(zhuǎn)，閥門開啟；002JA合閘時，電動機反轉(zhuǎn)，閥門關閉。從圖3中可以看出，110 V直流控制電源作為低壓開關設備的操作電源給001/002JA的控制線圈供電，48 V直流控制電源為閥門升降邏輯的運算電路供電。以主控室控制電動閥開啟為例(假設閥門處于全關狀態(tài))，當通過DCS發(fā)出閥門開啟信號時，001XR帶電，5-6觸點閉合，使得001XO帶電，5-6觸點閉合，從而給001JA的控制線圈通電，001JA合閘，閥門開啟。

圖2 AOV1-1型氣動閥的控制原理圖[3]Fig.2 Control schematic of the AOV1-1 pneumatic valve[3]

圖3 EEA下游電動閥的二次接線圖(部分)[2]Fig.3 Secondary wiring of the electric valve downstream of EEA (Part)[2]

因此，從二次圖上可以看出，失去ECA不僅從主控室無法控制電動閥，而且現(xiàn)場電氣柜也無法用試驗盒操作，閥門保持原位，只能手動操作。電動閥抽屜失去就地監(jiān)控，主控室產(chǎn)生失去48 V電源報警。

1.2.4 ECA失電對其他負荷的影響分析

當ECA失電時，配電盤就地報警指示燈不可用，逆變器交直流側(cè)斷路器分合閘指示燈、故障指示燈電源失去，就地無法監(jiān)視開關狀態(tài)。電壓監(jiān)測繼電器無法工作，主控失去監(jiān)視。

當ECA失電時，無法通過DCS信號控制電加熱器RCS001/002/003/004RS的啟動，但可以通過試驗盒啟動電加熱器。RCS005RS在失去48 V DC電源后，在主控室和現(xiàn)場試驗盒都無法啟動。單純從技術(shù)規(guī)范可用性定義考量，RCS001/002/003/004/005RS均為不可用狀態(tài)。

1.3 ECA喪失對機組的影響

通過以上分析，可以明確ECA喪失之后機組總體供電情況及相關設備的狀態(tài)，可知ECA失電對機組的影響主要體現(xiàn)在氣動閥和電動閥的運行控制所受的影響，據(jù)此可以統(tǒng)計出各系統(tǒng)在失去ECA后具體受影響的閥門或者設備清單，之后可以全面開展設備失效對機組影響的研究工作。ECA失電對機組影響的分析結(jié)論(部分)如表2所示。

表2 ECA失電對機組的影響Table 2 Influence of ECA power loss on unit

通過上述ECA失電分析結(jié)論可知，ECA失電對于機組運行控制產(chǎn)生不利的影響，機組運行風險及控制要點建議歸納總結(jié)如下。

1)一回路壓力控制

穩(wěn)壓器電加熱器RCS001/002/003/004/005RS無法控制，主控室控制升壓的手段只剩下RCS006RS；穩(wěn)壓器噴淋調(diào)節(jié)閥RCS001/002VP處于調(diào)節(jié)模式且調(diào)節(jié)功能可用，但在穩(wěn)壓器壓力低2時無法自動關閉。如果一回路壓力下降，由于RCS001/002VP無法自動關閉，則壓力低可能導致安注的風險增加。當一回路處于單相水實體時，由于RCV下泄隔離，RHR-RCV連接隔離，會導致RCV013VP對一回路的壓力調(diào)節(jié)功能喪失，一回路存在超壓風險。

控制要點建議：將RCS001VP和RCS002VP置手動，對一回路進行降壓。當一回路處于單相水實體時，應盡快停運上充泵和主泵，并啟動低壓安注泵，把一回路壓力穩(wěn)定在低壓安注泵出口壓力水平。

2)一回路壓力保護

穩(wěn)壓器A列安全閥組(RCS017/020VP、RCS018/021VP)無法手動強制開啟，并且RCS020/021VP的低溫超壓保護功能也不能實現(xiàn)，在安注的事故情況下，余熱排出系統(tǒng)(RHR)自動隔離，RHR系統(tǒng)安全閥不能為一回路提供低溫超壓保護功能，此時一回路低溫超壓保護功能全部失去，一回路有脆性斷裂的風險。

控制要點建議：通過安全閥RCS019VP實現(xiàn)一回路低溫超壓保護功能。

3)一回路水位控制

正常下泄、低壓下泄和過剩下泄功能不可用；上充泵入口排氣管線隔離閥關閉，長期運行可能造成泵汽蝕損壞，進而失去上充功能。化學和容積控制系統(tǒng)(RCV)A列泵無法從換料水箱(IRWST)取水。失電后下泄失去，只剩上充，一回路液位會很快上升，有穩(wěn)壓器滿水的風險。

控制要點建議：為防止穩(wěn)壓器滿水，ECA失電后操縱員及時關閉RCV050VP，并減小軸封注入流量。

4)反應性控制

自動補給、正常硼化、稀釋均不可用，停堆之后的硼化手段為直接硼化和應急硼化，有引入負反應性不足的風險。

控制要點建議：停止RBM的水泵，防止誤稀釋。通過RBM直接硼化引入負反應性。

5)一回路余熱排出

ECA失電后TSM疏水閥開啟，若主蒸汽隔離閥不及時關閉，會導致大量蒸汽排出，同時TFA氣動調(diào)節(jié)閥全開，SG給水流量增加，一回路存在過度冷卻的風險。

控制要點建議：為防止一回路過冷，ECA失電后操縱員立即使用快關按鈕關閉主蒸汽隔離閥；TFA氣動調(diào)節(jié)閥全開后及時復位，然后調(diào)整至初始開度。

6)冷源

設備冷卻水系統(tǒng)(WCC)頭箱補水閥自動開啟無法關閉，頭箱有溢流風險。A列閥門失去控制，A列公共環(huán)路隔離閥自動開啟無法關閉，如果B列的公共環(huán)路隔離閥也是開啟的，則WCC的A/B列有相互串水的風險。核島冷凍水系統(tǒng)(WNC)的冷卻水失去，冷凍機組停運，重要負荷有因為溫度高而損壞的風險。

控制要點建議：WCC/WES的A/B列切換時，主控室無法隔離A列，及時通知現(xiàn)場操作員配合。

7)蒸汽發(fā)生器水位控制

主給水系統(tǒng)隔離，輔助給水系統(tǒng)(TFA)啟動，A列給水流量調(diào)節(jié)閥全開，A列汽動泵進汽閥全開，且均無法控制，若干預不及時，則存在把蒸汽發(fā)生器灌滿的風險。

控制要點建議：TFA氣動調(diào)節(jié)閥全開后及時復位，然后調(diào)整至初始開度。

1.4 優(yōu)化建議

通過上述ECA失電研究發(fā)現(xiàn)，ECA失電時機組運行控制風險點較多。通過對ECA失電后設備狀態(tài)進行優(yōu)化，可以提高事故處理的安全性及可靠性。例如，機組某些重要閥門的安全位置可供優(yōu)化：

①ECA失電導致RCV082VP關閉，下泄隔離，在一回路水實體時很容易超壓。如果將RCV310VP改為失電開啟，低壓下泄不會隔離，在一回路水實體時，可以利用低壓下泄和上充來控制一回路壓力，一回路超壓風險降低。

②RHR013/024VP在ECA失電時保持原位，無法進行遠程控制，失去RHR A列流量調(diào)節(jié)，影響RHR冷卻速率。在需要改變閥門開度時，只能在現(xiàn)場調(diào)節(jié)?？梢愿臑槭щ姾罂烧{(diào)節(jié)狀態(tài)，類似穩(wěn)壓器噴淋閥RCS001/002VP，改進后可以在主控室調(diào)節(jié)RHR013/024VP的閥門開度，不影響對一回路的冷卻速率。

2 結(jié)束語

通過ECA失電分析，總結(jié)了失電對機組控制的影響，歸納了ECA失電的風險，得出“華龍一號”機組ECA失電的結(jié)論。這些研究方法適用于所有直流失電。ECA失去后將導致機組停堆停機、電動閥門無法操作、氣動閥門處于安全位置等相關動作。通過上述分析，梳理了ECA失電對“華龍一號”核電機組主要工藝系統(tǒng)的影響，歸納總結(jié)了機組運行風險及控制要點建議，并提出了ECA失電后設備狀態(tài)優(yōu)化建議，有助于運行人員對失電事故程序的理解和應用，提高對機組的控制能力。

致謝

本文研究成果基于核動力運行研究所研究課題——“‘華龍一號’失電研究”，研究過程中得到福清核電“華龍一號”項目相關專家的大力支持及指導，在此對他們致以誠摯的感謝。