田灣核電站失去廠外電源事故處理

張 迅，顧穎賓

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

田灣核電站失去廠外電源事故處理

張 迅，顧穎賓

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

考慮到核電站在安全方面的重要性，在核電站的廠用負(fù)荷電源的設(shè)計(jì)中，通常設(shè)計(jì)為多電源的冗余配置，以保證在事故工況下維持核反應(yīng)堆的安全和放射性的包容。因此，在田灣核電站的設(shè)計(jì)中，廠外電源就包括了從500 kV側(cè)引入的主電源和從220 kV側(cè)引入的備用電源。如果兩路外電源同時失去的情況下，將只能依靠電站本身的安全系統(tǒng)柴油機(jī)來維持反應(yīng)堆堆芯的安全，將對機(jī)組的安全系數(shù)產(chǎn)生較大的影響。針對2009年10月31日田灣核電站1號機(jī)組滿功率情況下發(fā)生的同時失去所有廠外電源的事故情況，闡述運(yùn)行人員應(yīng)如何應(yīng)對和處理這種事故，以達(dá)到反應(yīng)堆安全停堆的效果；并針對實(shí)際過程中發(fā)生的異常，探討系統(tǒng)改進(jìn)及操作方面的優(yōu)化。

核電站；廠外電源；滿功率；安全停堆

田灣核電站一期工程建設(shè)有兩臺俄羅斯ASE－91型壓水堆核電機(jī)組，裝機(jī)容量為2×106萬kW，設(shè)計(jì)壽命40年，年發(fā)電量達(dá)140億kW·h，1號機(jī)組于2007年5月17日投入商業(yè)運(yùn)行，2號機(jī)組于2007年8月16日投入商業(yè)運(yùn)行。2009年1號機(jī)組完成了第二次換料大修之后，開始第三個燃料循環(huán)的運(yùn)行。

田灣核電站廠用負(fù)荷電源設(shè)計(jì)如圖1所示，1號機(jī)組發(fā)電機(jī)—變壓器組通過發(fā)電機(jī)出口開關(guān)接入二分之三接線形式的500 kV系統(tǒng)第一串，廠用工作母線分為4段，正常通過兩臺高壓廠用變壓器供電，而220 kV備用電源高備變作為4段工作母線的備用電源。

當(dāng)1號發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時，廠用母線的供電來源為:1號發(fā)電機(jī)出口——兩臺高壓廠用變壓器A/B——4段廠用工作母線；

如果1號汽輪機(jī)組發(fā)生故障停機(jī)，導(dǎo)致1號發(fā)電機(jī)無法對外供電，廠用工作母線的供電來源為:500 kV系統(tǒng)——1號主變壓器——兩臺高壓廠用變壓器A/B——4段廠用工作母線；

當(dāng)500 kV系統(tǒng)故障或1號發(fā)-變組（包括1號發(fā)電機(jī)、1號主變、兩臺高壓廠用變壓器A/B）故障跳閘時，4段廠用工作母線的電源自動切換為220 kV備用電源帶。

另外，如果上述兩路外電源全部喪失，廠用電負(fù)荷中，將只有部分負(fù)荷能通過接有應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的4段應(yīng)急母線和接有機(jī)組柴油機(jī)的2段可靠母線來維持供電，以達(dá)到將反應(yīng)堆轉(zhuǎn)入安全停堆的目的。

1 事故過程介紹

1.1 事故前的機(jī)組狀態(tài)

事故發(fā)生前，應(yīng)電網(wǎng)線路檢修要求，220 kV備用電源線路及1號高備變轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)。1號機(jī)組滿功率運(yùn)行，通過1號主變向500 kV電網(wǎng)供電。

圖1 田灣核電站電氣主接線示意圖Fig.1 Main electrical wiring diagram

1.2 事故過程

2009年10月31日2時34分19秒115毫秒，1號機(jī)組主變A相重瓦斯保護(hù)動作跳閘，由于220 kV廠外電源線路處于檢修狀態(tài)，導(dǎo)致1號機(jī)組失去兩路廠外電源。反應(yīng)堆自動保護(hù)停堆正確動作，所有控制棒順利落入堆芯，反應(yīng)堆進(jìn)入次臨界狀態(tài)。值長根據(jù)電站應(yīng)急行動水平“S.1.1 任何一臺機(jī)組的所有6 kV正常運(yùn)行供電系統(tǒng)失電或故障，持續(xù)時間超過15 min?！钡囊?guī)定，經(jīng)請示當(dāng)值應(yīng)急總指揮同意，于2時47分宣布進(jìn)入應(yīng)急待命狀態(tài)。4臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)與兩臺機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)啟動，相關(guān)設(shè)備分級啟動正常。所有主泵停運(yùn)，一回路自然循環(huán)正常建立，機(jī)組轉(zhuǎn)入熱態(tài)。在機(jī)組瞬態(tài)結(jié)束后，開始對一回路注硼，至6時10分，一回路建立停堆硼濃度，隨后開始從220 kV恢復(fù)廠用電及機(jī)組冷卻操作。

事件發(fā)生后，反應(yīng)堆保護(hù)正確動作，反應(yīng)堆功率迅速降到衰變熱水平。一回路自然循環(huán)正常建立并穩(wěn)定，堆芯余熱通過二回路導(dǎo)出。一回路冷卻劑放射化學(xué)水平及廠房輻射水平監(jiān)測表明，四道屏障完好。整個事件過程中堆芯狀態(tài)參數(shù)滿足安全要求，反應(yīng)堆堆芯處于安全狀態(tài)。

主變壓器A相重瓦斯保護(hù)動作，按照保護(hù)設(shè)置:重瓦斯保護(hù)直接觸發(fā)汽輪機(jī)保護(hù)停機(jī)。經(jīng)查事件序列，導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī)的信號為反應(yīng)堆跳堆保護(hù)引起，停機(jī)前沒有找到重瓦斯保護(hù)觸發(fā)汽輪機(jī)保護(hù)停機(jī)的信號。2時34分28秒才觸發(fā)電氣保護(hù)信號。在停機(jī)過程中，汽輪機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)到3 176 r/min。在停機(jī)后由于觸發(fā)了汽輪機(jī)瓦振高破壞真空保護(hù)，汽輪機(jī)惰轉(zhuǎn)時間較短，整個惰轉(zhuǎn)時間在半小時左右，頂軸油系統(tǒng)和盤車在惰轉(zhuǎn)期間正常啟動。

2 運(yùn)行人員的事故響應(yīng)

事件發(fā)生后的第一時間內(nèi)，當(dāng)班運(yùn)行值長啟動了應(yīng)急組織，向華東網(wǎng)調(diào)和江蘇省調(diào)匯報(bào)了事故的情況。同時，要求維修處電氣人員現(xiàn)場檢查主變的情況及保護(hù)動作的情況。在確認(rèn)了事故發(fā)生的初始信號后，一方面穩(wěn)定機(jī)組的狀態(tài)，一方面安排對主變、主泵等重要設(shè)備的取樣工作，以確認(rèn)主設(shè)備是否處于安全的狀態(tài)。

2.1 一回路部分

當(dāng)反應(yīng)堆跳堆保護(hù)動作后，操縱員監(jiān)視控制棒全部順利下落到堆芯底部，反應(yīng)堆功率快速降低。冷熱腿溫差首先快速降低，之后隨著自然循環(huán)的逐漸建立，一回路冷熱腿的溫度差由逐漸上升轉(zhuǎn)為穩(wěn)定下降趨勢。由于3號主泵惰轉(zhuǎn)異常，在其他主泵正常惰轉(zhuǎn)情況下，三環(huán)路出現(xiàn)了反向流動，導(dǎo)致熱腿－冷腿的溫差出現(xiàn)負(fù)值。

操縱員按照事故規(guī)程連接了反應(yīng)堆—穩(wěn)壓器間的事故排氣系統(tǒng)管線，在堆內(nèi)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)MCDS中確認(rèn)自然循環(huán)已經(jīng)建立并且穩(wěn)定:燃料組件出口飽和裕量50 ℃左右，冷熱腿溫差15 ℃左右，冷腿溫度接近二回路飽和溫度且基本穩(wěn)定。停堆后最小DNBR迅速變大，大于安全限值1.18。堆芯冷卻劑飽和溫度裕度最小值為24 ℃（大于安全限值4 ℃）。燃料組件出口最高溫度短時上升到332.8 ℃，小于限值335 ℃，隨后下降并穩(wěn)定在304 ℃左右。堆芯處于安全的狀態(tài)。

2.1.1 主泵

在穩(wěn)定機(jī)組狀態(tài)的第一時間結(jié)束以后，運(yùn)行人員安排對主泵徑向止推軸承回路取樣，結(jié)果見表1。

表1 主泵徑向止推軸承取樣結(jié)果Table 1 Main pump radial thrust bearing sampling results

由取樣結(jié)果確認(rèn)，1號、4號主泵徑向止推軸承狀態(tài)正常。在后期的注硼完成后冷卻一回路過程中，運(yùn)行人員選擇啟動了4號主泵來加快對一回路的冷卻。

2.1.2 應(yīng)急柴油機(jī)

四列廠用工作母線失電以后，4臺應(yīng)急柴油機(jī)分級啟動帶載。在第一時間內(nèi)運(yùn)行人員確認(rèn)四列母線電壓恢復(fù)正常，確認(rèn)應(yīng)急柴油機(jī)本身的冷卻水保障系統(tǒng)八臺泵運(yùn)行正常，確認(rèn)分級啟動的重要安全系統(tǒng)泵運(yùn)行正常。

在分級帶載中發(fā)現(xiàn)的缺陷是，應(yīng)急母線1段上游兩個開關(guān)中的一個沒有分閘成功，有開關(guān)故障報(bào)警。由于應(yīng)急母線1段已經(jīng)成功帶電，因此這個缺陷保留到機(jī)組狀態(tài)穩(wěn)定以后再做處理。

2.1.3 穩(wěn)壓器液位、注硼及攪混

反應(yīng)堆保護(hù)動作停堆后，一回路的壓力、平均溫度及穩(wěn)壓器的液位變化趨勢如圖2、圖3所示。

由于一回路平均溫度下降，穩(wěn)壓器液位下降，之后由于主蒸汽母管壓力升高導(dǎo)致一回路平均溫度回升，穩(wěn)壓器液位同樣升高。當(dāng)二回路側(cè)應(yīng)急給水啟動注水后，一回路平均溫度下降，導(dǎo)致穩(wěn)壓器液位再次下降，最低下降到4.22 m，隨后二回路壓力回升，一回路平均溫度回升，穩(wěn)壓器液位回升，并逐漸趨于穩(wěn)定。

在失去廠外電源情況下，一回路平均溫度下降不大，水位也會降得很少，啟動大流量上充泵反而有負(fù)面影響，因此在邏輯中設(shè)置了在失去廠外電源情況下閉鎖跳堆后啟動大流量上充泵信號。

操縱員在2時37分25秒手動啟動一回路大流量上充泵，進(jìn)行一回路注入濃硼工作。由于沒有主泵運(yùn)行，攪混作用僅依靠一回路自然循環(huán)，使上充管線與一回路溫差超過30 ℃，在穩(wěn)定注硼階段溫差約40～50 ℃。系統(tǒng)上充下泄閥門的邏輯完全按照優(yōu)化后的全廠失電邏輯動作正常。

由于主泵全部停運(yùn)，穩(wěn)壓器電加熱器無法供電，穩(wěn)壓器內(nèi)無法維持正常壓力，導(dǎo)致一回路壓力因散熱而緩慢下降，這時必須跟蹤二回路壓力的變化，以保持一二回路的飽和溫差。

由于攪混作用僅依靠一回路自然循環(huán)，堆芯和4個環(huán)路內(nèi)的硼酸濃度與穩(wěn)壓器內(nèi)的硼酸濃度相差較大。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)化學(xué)顯示終端失電，控制區(qū)內(nèi)分析儀表斷電，部分取樣閥門斷電，無法進(jìn)行正常取樣，只能從手動旁路取樣，致使化學(xué)分析結(jié)果嚴(yán)重滯后于注硼的進(jìn)程。最后運(yùn)行人員根據(jù)以前多次注硼的經(jīng)驗(yàn)，手工計(jì)算了需要的注硼量，經(jīng)核安全工程師確認(rèn)后共向一回路注入40 g/kg的濃硼酸134 t，一回路取樣硼酸濃度約19 g/kg，達(dá)到停堆硼濃度大于16 g/kg的要求。

圖2 一回路壓力及平均溫度Fig.2 The pressure and average temperature of 1st loop

圖3 穩(wěn)壓器液位及一回路上充下泄流量偏差Fig.3 The water level of regulator and the deviation between the highest level and lowest level of 1st loop

2.2 二回路部分

主變A相重瓦斯保護(hù)動作，操縱員監(jiān)視汽機(jī)打閘后，轉(zhuǎn)速降至2 666 r/min時觸發(fā)汽輪機(jī)瓦振高破壞真空保護(hù)（經(jīng)查為10號、11號軸瓦軸向振動超過11.2 mm/s），凝汽器真空破壞，汽輪機(jī)惰轉(zhuǎn)時間在半小時左右，頂軸油系統(tǒng)和盤車在惰轉(zhuǎn)期間正常啟動。

2.2.1 給水和輔助給水

蒸汽發(fā)生器給水方面，在2時34分55秒兩臺輔助給水泵啟動，在2時46分49秒和2時47分58秒，由于蒸汽發(fā)生器液位降低較多，蒸汽發(fā)生器輔助給水閥門開度較大，導(dǎo)致1號和2號輔助給水泵（＜8.0 MPa）過載保護(hù)切除；2時49分46秒和2時49分52秒分別啟動兩臺輔助給水泵。

1號機(jī)失去廠外電源后，水輪泵的動力水閥門由于是非可靠供電而無法自動關(guān)閉（見圖4），導(dǎo)致輔助給水泵啟動后沿著水輪泵動力水管線返回至除氧器，形成循環(huán)回路，從而導(dǎo)致輔助給水泵出口壓力低，無法向蒸汽發(fā)生器供水。由于水輪泵動力水閥未能關(guān)閉，導(dǎo)致輔助給水泵流量處于71～73 kg/s水平?，F(xiàn)場干預(yù)和操作時間較長，在操縱員試圖關(guān)閉幾個電動閥門時發(fā)現(xiàn)，閥門均為正常供電無法關(guān)閉。操縱員立即通知現(xiàn)場操作員改為手動現(xiàn)場關(guān)閉，因閥門所在管道直徑為DN250，閥門行程很長，兩名現(xiàn)場操作員輪流操作，從開始關(guān)閥到關(guān)限位出現(xiàn)約25 min。最終導(dǎo)致4臺蒸汽發(fā)生器液位小于1.5 m，應(yīng)急給水系統(tǒng)啟動向蒸汽發(fā)生器注水6～8 min。

水輪泵動力水閥門關(guān)閉后，立即切除應(yīng)急給水泵，通過輔助給水泵向蒸汽發(fā)生器供水，保持蒸汽發(fā)生器二次側(cè)液位穩(wěn)定。

2.2.2 主蒸汽方面

主蒸汽母管壓力在全廠斷電瞬間，由于汽輪機(jī)主汽門調(diào)門全關(guān)，壓力升高，最大達(dá)到7.507 MPa。操縱員監(jiān)視大氣釋放閥正確動作，經(jīng)過調(diào)節(jié)，穩(wěn)定主蒸汽集管壓力在6.859 MPa。

應(yīng)急給水泵啟動后，由于冷水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，造成主蒸汽集管壓力下降，最低到4.553 MPa。由于一回路仍有余熱，之后壓力緩慢回升。

2.2.3 發(fā)電機(jī)氫氣冷卻系統(tǒng)

在發(fā)生全廠斷電后，按照事故處理規(guī)程要求打開發(fā)電機(jī)事故排氫閥，以降低發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力。但由于事故排氫電動閥失電，無法開啟，操縱員立即要求現(xiàn)場人員手動打開降低發(fā)電機(jī)膛內(nèi)氫氣壓力。

圖4 水輪泵動力水接線示意圖Fig.4 Water power wiring of turbine pump diagram

3 事故過程的終結(jié)及應(yīng)急狀態(tài)的終止

在應(yīng)急指揮部的領(lǐng)導(dǎo)下，各部門配合運(yùn)行人員將反應(yīng)堆堆芯轉(zhuǎn)入了安全的狀態(tài)，保證了四道屏障的完好性，保證了無放射性物質(zhì)的釋放。

同時，在江蘇省調(diào)的緊急協(xié)調(diào)下，有關(guān)部門提前完成了相關(guān)電網(wǎng)檢修工作。當(dāng)日13時33分，恢復(fù)了田灣核電站220 kV備用電源線路的供電。在運(yùn)行人員的努力下，于15時17分成功恢復(fù)1號機(jī)高備變充電，并于16時35分，成功恢復(fù)四列廠用工作母線的供電。至此，導(dǎo)致田灣核電站1號機(jī)組進(jìn)入應(yīng)急待命狀態(tài)的應(yīng)急行動水平初始條件消失，在應(yīng)急指揮部的同意下，于16時36分宣布終止應(yīng)急待命狀態(tài)。

4 系統(tǒng)優(yōu)化及改進(jìn)建議

本次失去廠外電源事故中，暴露出一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不足之處，且事故處理規(guī)程中存在一些不盡完善的地方，需要加以優(yōu)化及改進(jìn)。

（1）在事件處理期間由于穩(wěn)壓器電加熱器失電，導(dǎo)致不能對穩(wěn)壓器內(nèi)的硼酸溶液進(jìn)行有效攪混。雖然在注入濃硼酸，但是濃硼酸大部分都存于堆芯和4個環(huán)路內(nèi)，而穩(wěn)壓器內(nèi)還維持停堆前硼酸濃度水平。針對此事件情況下無法投運(yùn)電加熱器的情況，建議將電加熱器電源改接到應(yīng)急母線或者可靠母線上。

（2）主泵獨(dú)立回路噴淋閥門供電來自于正常母線段。全廠失電事故中，閥門處于失電狀態(tài)，無法進(jìn)行噴淋?？紤]主泵的安全性，建議將該噴淋閥門改為可靠供電。

（3）針對水輪泵動力水閥門在全廠失電事故下無法關(guān)閉，影響蒸汽發(fā)生器的補(bǔ)水，需要實(shí)施技改，改為可靠供電電源和增加保護(hù)邏輯。

（4）事故規(guī)程要求發(fā)電機(jī)排氫降壓。這與運(yùn)行規(guī)程要求不同，運(yùn)行規(guī)程中要求僅當(dāng)密封油系統(tǒng)故障情況下需要排氫降壓?？紤]實(shí)際可能產(chǎn)生的安全方面的后果:只有在所有密封油泵停運(yùn)且高位緩沖油箱油位降低，軸封排油腔氫氣含量超過2%時，才進(jìn)行發(fā)電機(jī)事故排氫。建議按照運(yùn)行規(guī)程修改事故規(guī)程。

（5）事故規(guī)程要求主蒸汽、汽輪機(jī)抽汽、給水等多個系統(tǒng)電動閥門需要關(guān)閉，但是上述閥門均為正常供電，且有些閥門所在管道管徑較大，全部靠現(xiàn)場操作員人力操作不可能及時關(guān)閉，建議考慮將其均改為可靠供電或直接關(guān)閉主蒸汽維修電動主汽門。

（6）事件過程中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)化學(xué)顯示終端失電，控制區(qū)內(nèi)分析儀表斷電，部分取樣閥門斷電，無法進(jìn)行正常取樣。建議考慮應(yīng)急情況下對重要化學(xué)參數(shù)取樣的電源保障，接入可靠供電。

（7）事故發(fā)生后，部分廠房的地坑泵由于失去電源，造成廠房被淹。建議改造相關(guān)廠房地坑泵為可靠供電。

（8）針對該事故工況下的事故處理規(guī)程，需要細(xì)化部分具體的操作，分清操作的先后次序。對部分處理方式采取措施優(yōu)化，以減輕事故帶來的后果。

5 結(jié)論

2009年10月31日，1號機(jī)組主變A相重瓦斯保護(hù)動作跳閘，由于220 kV廠外電源線路處于電網(wǎng)檢修狀態(tài)，導(dǎo)致1號機(jī)組失去兩路外電源。整個事件過程中反應(yīng)堆停堆保護(hù)功能、余熱導(dǎo)出功能正常，四道屏障完好，無放射性物質(zhì)釋放，核安全與輻射安全得到保證。

在事件處理過程中，電站進(jìn)入應(yīng)急待命狀態(tài)，應(yīng)急組織啟動有效。當(dāng)班值能夠準(zhǔn)確執(zhí)行事故處理規(guī)程，并靈活應(yīng)對各種突發(fā)異常，有效地控制機(jī)組處于安全狀態(tài)，在事件處理過程沒有因?yàn)槿艘蚴д`導(dǎo)致異常情況的出現(xiàn)。

[1] CN010-09-02 田灣核電站1號機(jī)組主變A相故障導(dǎo)致反應(yīng)堆自動保護(hù)停堆運(yùn)行事件報(bào)告[R].

[2] 武杰. 主變A相重瓦斯保護(hù)動作報(bào)告[R]，2009.

Emergency managemement of losing external power supply incident of Tianwan nuclear power station

ZHANG Xun，GU Ying-bin
（Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China)

Considering the importance of nuclear power station in terms of security，the auxiliary power supply in nuclear power station is normally designed for multiple power redundancy，so as to ensure safe-keeping of nuclear reactor and containment of radioactive. Therefore，in Tianwan nuclear power station design，offsite power source include wire connected from East china 500 kV grid and backup 220 kV power. In case that both power sources are lost at the same time，the safety of reactor core could only be kept by power station’s own safe system，and it would have great influence on unit’s safety factor. For the accident that all offsite power source are lost in unit one of Tianwan nuclear power station under full power condition at Oct.31th，2009，the question that how operator should deal with such problem so as to reach the purpose to shutdown reactor safely is described in this paper. For failures occurred during actual process，the improvement of system and optimization in terms of operation are discussed.

nuclear power station；offsite power source；full power；safetyshutdown reactor

TL36

A

1674-1617（2009)04-0341-07

2009-12-16

張 迅（1976—），男，高級工程師，江蘇核電有限公司運(yùn)行處機(jī)組值長。