AAC電源可行性與優(yōu)點(diǎn)淺析

單志明+劉慧銀+初德月+張冀蘭

摘 要：由于全廠斷電（Station Blackout，簡(jiǎn)稱SBO）是一個(gè)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，發(fā)生SBO后，冷卻反應(yīng)堆堆芯的能力和安全殼的完整性只能依靠那些不需要交流電源的系統(tǒng)以及電廠以適當(dāng)?shù)姆绞交謴?fù)交流電源的能力。如果在恢復(fù)交流電源前，不需要交流電源的系統(tǒng)由于沒(méi)有能量的補(bǔ)充而全部消耗，則反應(yīng)堆堆芯失去冷卻能力，就會(huì)發(fā)生熔堆事故。因此增設(shè)AAC電源，是提高電廠應(yīng)付全廠斷電事故的一個(gè)重要手段。文中對(duì)AAC電源可行性和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：AAC ?福島 ?斷電 ?SBO

中圖分類號(hào)：TM62 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0056-02

1 AAC電源的必要性

2011年日本福島“3·11”事故以來(lái)，核電安全更加重要。SBO是一個(gè)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況，發(fā)生SBO后，冷卻反應(yīng)堆堆芯的能力和安全殼的完整性只能依靠那些不需要交流電源的系統(tǒng)的可利用性以及電廠以適當(dāng)?shù)姆绞交謴?fù)交流電源的能力。不需要交流電源的系統(tǒng)有：蓄電池、柴油機(jī)輔助給水、壓縮空氣、應(yīng)急水箱等，這些系統(tǒng)在沒(méi)有交流電源的情況下，工作的時(shí)間是有限的;適當(dāng)?shù)姆绞交謴?fù)交流電源的能力有：盡快恢復(fù)外電源或廠內(nèi)應(yīng)急電源。如果在恢復(fù)交流電源前，不需要交流電源的系統(tǒng)由于沒(méi)有能量的補(bǔ)充而全部消耗，則反應(yīng)堆堆芯失去冷卻能力，就會(huì)發(fā)生熔堆事故。

初步PSA研究表明：發(fā)生SBO后，一小時(shí)內(nèi)不能恢復(fù)電源的事件對(duì)反應(yīng)堆發(fā)生熔堆事故（CDF）的貢獻(xiàn)因子最大，占到約40%。

雖然SBO的后果嚴(yán)重，但發(fā)生SBO的概率很小，所以我廠在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮SBO的情況。但目前核電廠對(duì)SBO問(wèn)題的關(guān)注在不斷提升，主要是關(guān)于交流電源可靠性的經(jīng)驗(yàn)的積累。許多運(yùn)行電廠有過(guò)失去全部廠外電源的經(jīng)歷，在所有這些經(jīng)歷中，大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急電源可以馬上向安全相關(guān)設(shè)備供電，但是，在一些案例中，有一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急電源不能用，在很少的幾個(gè)案例中，發(fā)生了失去所有交流電源的情況，但是這些案例中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急電源都在很短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)了，沒(méi)有造成嚴(yán)重的后果。運(yùn)行的核電廠里有更多的事例在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)急電源啟動(dòng)和運(yùn)行失敗。這些關(guān)于交流電源可靠性的經(jīng)驗(yàn)的積累，引起了對(duì)SBO問(wèn)題的關(guān)注的提升。

2 對(duì)SBO的應(yīng)付能力的分析和評(píng)價(jià)的方法

根據(jù)廠外電源的可靠度;廠內(nèi)應(yīng)急電源的冗余度、廠內(nèi)應(yīng)急電源的可靠度，計(jì)算核電廠的最小全廠斷電時(shí)限。再根據(jù)核電廠的實(shí)際系統(tǒng)設(shè)備如：蓄電池、壓縮空氣、應(yīng)急水箱的容量來(lái)分析電廠實(shí)際的應(yīng)付SBO的時(shí)間。二者進(jìn)行比較，如果電廠實(shí)際的全廠斷電應(yīng)付時(shí)間大于最小全廠斷電時(shí)限，則認(rèn)為電廠發(fā)生SBO后，能夠保證反應(yīng)堆的安全;反之，則認(rèn)為反應(yīng)堆是不安全的，需要有改進(jìn)措施來(lái)保證反應(yīng)堆的安全。

具體改進(jìn)措施有：

提高廠內(nèi)應(yīng)急電源的可靠度和冗余度，可以減少最小全廠斷電時(shí)限。

提高蓄電池、應(yīng)急給水箱、壓縮空氣等的容量，以增加電廠實(shí)際的應(yīng)付SBO的能力。

增設(shè)AAC電源—— 增加一臺(tái)非安全級(jí)的發(fā)電機(jī)，在發(fā)生SBO后，能在1 h內(nèi)手動(dòng)啟動(dòng)并帶上保證反應(yīng)堆安全的負(fù)載。

根據(jù)我廠實(shí)際情況，初步估算其需要的最小全廠斷電時(shí)限是4 h;實(shí)際應(yīng)付能力中，蓄電池（含UPS蓄電池）、壓縮空氣的容量不能在SBO后堅(jiān)持4 h。所以秦山核電廠必須有改進(jìn)措施來(lái)對(duì)付SBO。

主要的改進(jìn)措施有：

提高廠內(nèi)應(yīng)急電源的可靠度：應(yīng)急柴油機(jī)的可靠性不是很高，還有提高的潛力。應(yīng)急柴油機(jī)的輔機(jī)系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)和設(shè)備的原因，存在許多不足之處，需要改進(jìn)。

應(yīng)急柴油機(jī)的電氣系統(tǒng)，設(shè)備老化，缺陷較多，許多設(shè)備由于當(dāng)時(shí)的條件，沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)格的1E級(jí)鑒定，影響安全功能。需要該為嚴(yán)格符合1E級(jí)的、可靠的設(shè)備。

增設(shè)替代交流電源（Alternate AC，簡(jiǎn)稱AAC）：由于電廠實(shí)際的SBO應(yīng)付能力較短，必須增加AAC電源，增加一臺(tái)非安全級(jí)的柴油發(fā)電機(jī)，平時(shí)不與電廠系統(tǒng)設(shè)備相聯(lián)，在發(fā)生SBO時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)，在1 h內(nèi)帶載，給保證反應(yīng)堆安全需要的負(fù)荷供電。

綜上所述，增設(shè)AAC電源是應(yīng)付SBO的最有效方法，保證反應(yīng)堆的安全。

3 AAC電源設(shè)計(jì)方案

AAC柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)出口開(kāi)關(guān)接至6 kV AAC段，正常工況時(shí)AAC柴油發(fā)電機(jī)組在熱備用。

6 kV AAC段經(jīng)開(kāi)關(guān)接至6 kV公用Ⅰ段，正常工況時(shí)開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)。該回路的作用如下：

（1）正常工況時(shí)，6 kV AAC段由6kV公用Ⅰ段供電，6 kV AAC段經(jīng)6.3/0.4kV配電變壓器向AAC低壓開(kāi)關(guān)柜供電，該低壓開(kāi)關(guān)柜組給AAC柴油發(fā)電機(jī)組輔助系統(tǒng)及直流充電器等供電，以維持機(jī)組處于熱備用狀態(tài);

（2）當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，出現(xiàn)失去全部廠外電源但廠內(nèi)應(yīng)急電源可用的事故工況，可啟動(dòng)AAC柴油發(fā)電機(jī)組，向6 kV公用Ⅰ段、工作Ⅰ段母線供電，維持部分重要負(fù)荷運(yùn)行。

6 kV AAC段經(jīng)開(kāi)關(guān)接至6 kV安全Ⅰ（Ⅱ）段母線，正常工況時(shí)，開(kāi)關(guān)在冷備用狀態(tài)。在SBO工況下，可啟動(dòng)AAC柴油發(fā)電機(jī)組，向6 kV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。

6 kV AAC段經(jīng)開(kāi)關(guān)接至移動(dòng)電源車中壓接線箱，作為中壓移動(dòng)電源接口。正常工況時(shí)，開(kāi)關(guān)在冷備用狀態(tài)。事故工況下可接入中壓移動(dòng)電源車，向6 kV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。

4 增設(shè)AAC電源的優(yōu)點(diǎn)

（1）由于AAC電源的重要性，在其設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)考慮諸多問(wèn)題，以下為其的設(shè)計(jì)原則：

①AAC電源系統(tǒng)的安全等級(jí)為非IE級(jí)。

②AAC電源不考慮機(jī)械設(shè)備誤操作或故障及地震的影響。

③AAC電源系統(tǒng)按照電廠的隔離準(zhǔn)則，與安全相關(guān)設(shè)備保持隔離。endprint

④正常時(shí)AAC電源不與廠外優(yōu)先電源及廠內(nèi)應(yīng)急交流電力系統(tǒng)相連接 ，更不會(huì)自動(dòng)帶載上述系統(tǒng)，并通過(guò)合適的隔離裝置保持電氣隔離。

⑤AAC電源應(yīng)免受可能導(dǎo)致失電的氣候相關(guān)事件的影響。

⑥同優(yōu)先電源及廠內(nèi)應(yīng)急交流電源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天氣或單一故障導(dǎo)致廠內(nèi)應(yīng)急電源的任何一部分或優(yōu)先電源和AAC電源同時(shí)故障的個(gè)別缺陷;AAC電源的支持系統(tǒng)不依靠?jī)?yōu)先電源或應(yīng)急交流電源。

⑦AAC電源設(shè)置獨(dú)立的控制電源系統(tǒng)。

⑧在全廠斷電發(fā)生后，AAC電源應(yīng)可以適時(shí)的被利用。

⑨AAC電源應(yīng)有足夠的容量用于應(yīng)付SBO所需的所有系統(tǒng)運(yùn)行直至反應(yīng)堆安全停堆。

⑩AAC電源應(yīng)能夠被檢查、維修，并能夠進(jìn)行周期性的試驗(yàn)以證明可運(yùn)行性和可靠性。

AAC電源的可靠性必須大于0.95。

二AAC電源柴油發(fā)電機(jī)組安裝在隔離的廠房?jī)?nèi)。

AAC電源柴油發(fā)電機(jī)組配備獨(dú)立的空氣（或直流）起動(dòng)系統(tǒng);該系統(tǒng)有能力在不中途充氣（充電）的情況下保證柴油發(fā)電機(jī)組連續(xù)3次起動(dòng)。

AAC電源柴油機(jī)配備有獨(dú)立的外部冷卻系統(tǒng)。

在電廠正常運(yùn)行工況下，AAC柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)應(yīng)對(duì)其冷卻水和潤(rùn)滑油進(jìn)行持續(xù)的預(yù)加熱和和預(yù)循環(huán)，以確保柴油發(fā)電機(jī)組處于熱備用狀態(tài)。

（2）設(shè)置AAC電源是提高電廠安全性的行之有效的手段，也是提高電廠縱深防御能力的一個(gè)行之有效的措施。有分析表明，AAC電源可以有效減小CDF（堆芯熔化概率）。

如不設(shè)置AAC電源，CDF為5.91E-6（1/堆年），而設(shè)置AAC電源則為3.96E-6（1/堆年），CDF變化百分比（以不設(shè)置為基準(zhǔn)）為49.2%?？梢钥闯鯝AC電源對(duì)降低堆芯熔化概率的顯著貢獻(xiàn)。綜上所述，增設(shè)AAC 電源有以下優(yōu)點(diǎn)：

①顯著降低堆芯熔化概率;

②提高電廠縱深防御能力;

③提高電廠備用電源的多樣性;

④滿足RGI.155及10CFR50.63的法規(guī)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

福島事故發(fā)生以來(lái)，世界對(duì)核電的安全要求更加嚴(yán)格，由于早期核電廠都設(shè)計(jì)于80年代，當(dāng)時(shí)沒(méi)有考慮超基準(zhǔn)事故，隨著時(shí)代的發(fā)展，核電技術(shù)日益精進(jìn)，對(duì)核電的要求越來(lái)越高，安全在人民心中越來(lái)越重，中核核電運(yùn)行管理有限公司（一廠）堅(jiān)持核無(wú)小事和安全生產(chǎn)的理念，特別針對(duì)福島事故增設(shè)AAC電源來(lái)應(yīng)付SBO事故，減少堆芯熔化概率，保證反應(yīng)堆安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 張憲.復(fù)雜性視角下基于Agent的建設(shè)工程項(xiàng)目集成管理模型研究[D].天津大學(xué)，2011.

[2] 李珠峰.基于多目標(biāo)的我國(guó)外資建設(shè)工程項(xiàng)目管理模式選擇研究[D].華東理工大學(xué)，2010.endprint

④正常時(shí)AAC電源不與廠外優(yōu)先電源及廠內(nèi)應(yīng)急交流電力系統(tǒng)相連接 ，更不會(huì)自動(dòng)帶載上述系統(tǒng)，并通過(guò)合適的隔離裝置保持電氣隔離。

⑤AAC電源應(yīng)免受可能導(dǎo)致失電的氣候相關(guān)事件的影響。

⑥同優(yōu)先電源及廠內(nèi)應(yīng)急交流電源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天氣或單一故障導(dǎo)致廠內(nèi)應(yīng)急電源的任何一部分或優(yōu)先電源和AAC電源同時(shí)故障的個(gè)別缺陷;AAC電源的支持系統(tǒng)不依靠?jī)?yōu)先電源或應(yīng)急交流電源。

⑦AAC電源設(shè)置獨(dú)立的控制電源系統(tǒng)。

⑧在全廠斷電發(fā)生后，AAC電源應(yīng)可以適時(shí)的被利用。

⑨AAC電源應(yīng)有足夠的容量用于應(yīng)付SBO所需的所有系統(tǒng)運(yùn)行直至反應(yīng)堆安全停堆。

⑩AAC電源應(yīng)能夠被檢查、維修，并能夠進(jìn)行周期性的試驗(yàn)以證明可運(yùn)行性和可靠性。

AAC電源的可靠性必須大于0.95。

二AAC電源柴油發(fā)電機(jī)組安裝在隔離的廠房?jī)?nèi)。

AAC電源柴油發(fā)電機(jī)組配備獨(dú)立的空氣（或直流）起動(dòng)系統(tǒng);該系統(tǒng)有能力在不中途充氣（充電）的情況下保證柴油發(fā)電機(jī)組連續(xù)3次起動(dòng)。

AAC電源柴油機(jī)配備有獨(dú)立的外部冷卻系統(tǒng)。

在電廠正常運(yùn)行工況下，AAC柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)應(yīng)對(duì)其冷卻水和潤(rùn)滑油進(jìn)行持續(xù)的預(yù)加熱和和預(yù)循環(huán)，以確保柴油發(fā)電機(jī)組處于熱備用狀態(tài)。

（2）設(shè)置AAC電源是提高電廠安全性的行之有效的手段，也是提高電廠縱深防御能力的一個(gè)行之有效的措施。有分析表明，AAC電源可以有效減小CDF（堆芯熔化概率）。

如不設(shè)置AAC電源，CDF為5.91E-6（1/堆年），而設(shè)置AAC電源則為3.96E-6（1/堆年），CDF變化百分比（以不設(shè)置為基準(zhǔn)）為49.2%?？梢钥闯鯝AC電源對(duì)降低堆芯熔化概率的顯著貢獻(xiàn)。綜上所述，增設(shè)AAC 電源有以下優(yōu)點(diǎn)：

①顯著降低堆芯熔化概率;

②提高電廠縱深防御能力;

③提高電廠備用電源的多樣性;

④滿足RGI.155及10CFR50.63的法規(guī)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

福島事故發(fā)生以來(lái)，世界對(duì)核電的安全要求更加嚴(yán)格，由于早期核電廠都設(shè)計(jì)于80年代，當(dāng)時(shí)沒(méi)有考慮超基準(zhǔn)事故，隨著時(shí)代的發(fā)展，核電技術(shù)日益精進(jìn)，對(duì)核電的要求越來(lái)越高，安全在人民心中越來(lái)越重，中核核電運(yùn)行管理有限公司（一廠）堅(jiān)持核無(wú)小事和安全生產(chǎn)的理念，特別針對(duì)福島事故增設(shè)AAC電源來(lái)應(yīng)付SBO事故，減少堆芯熔化概率，保證反應(yīng)堆安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 張憲.復(fù)雜性視角下基于Agent的建設(shè)工程項(xiàng)目集成管理模型研究[D].天津大學(xué)，2011.

[2] 李珠峰.基于多目標(biāo)的我國(guó)外資建設(shè)工程項(xiàng)目管理模式選擇研究[D].華東理工大學(xué)，2010.endprint

④正常時(shí)AAC電源不與廠外優(yōu)先電源及廠內(nèi)應(yīng)急交流電力系統(tǒng)相連接 ，更不會(huì)自動(dòng)帶載上述系統(tǒng)，并通過(guò)合適的隔離裝置保持電氣隔離。

⑤AAC電源應(yīng)免受可能導(dǎo)致失電的氣候相關(guān)事件的影響。

⑥同優(yōu)先電源及廠內(nèi)應(yīng)急交流電源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天氣或單一故障導(dǎo)致廠內(nèi)應(yīng)急電源的任何一部分或優(yōu)先電源和AAC電源同時(shí)故障的個(gè)別缺陷;AAC電源的支持系統(tǒng)不依靠?jī)?yōu)先電源或應(yīng)急交流電源。

⑦AAC電源設(shè)置獨(dú)立的控制電源系統(tǒng)。

⑧在全廠斷電發(fā)生后，AAC電源應(yīng)可以適時(shí)的被利用。

⑨AAC電源應(yīng)有足夠的容量用于應(yīng)付SBO所需的所有系統(tǒng)運(yùn)行直至反應(yīng)堆安全停堆。

⑩AAC電源應(yīng)能夠被檢查、維修，并能夠進(jìn)行周期性的試驗(yàn)以證明可運(yùn)行性和可靠性。

AAC電源的可靠性必須大于0.95。

二AAC電源柴油發(fā)電機(jī)組安裝在隔離的廠房?jī)?nèi)。

AAC電源柴油發(fā)電機(jī)組配備獨(dú)立的空氣（或直流）起動(dòng)系統(tǒng);該系統(tǒng)有能力在不中途充氣（充電）的情況下保證柴油發(fā)電機(jī)組連續(xù)3次起動(dòng)。

AAC電源柴油機(jī)配備有獨(dú)立的外部冷卻系統(tǒng)。

在電廠正常運(yùn)行工況下，AAC柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)應(yīng)對(duì)其冷卻水和潤(rùn)滑油進(jìn)行持續(xù)的預(yù)加熱和和預(yù)循環(huán)，以確保柴油發(fā)電機(jī)組處于熱備用狀態(tài)。

（2）設(shè)置AAC電源是提高電廠安全性的行之有效的手段，也是提高電廠縱深防御能力的一個(gè)行之有效的措施。有分析表明，AAC電源可以有效減小CDF（堆芯熔化概率）。

如不設(shè)置AAC電源，CDF為5.91E-6（1/堆年），而設(shè)置AAC電源則為3.96E-6（1/堆年），CDF變化百分比（以不設(shè)置為基準(zhǔn)）為49.2%?？梢钥闯鯝AC電源對(duì)降低堆芯熔化概率的顯著貢獻(xiàn)。綜上所述，增設(shè)AAC 電源有以下優(yōu)點(diǎn)：

①顯著降低堆芯熔化概率;

②提高電廠縱深防御能力;

③提高電廠備用電源的多樣性;

④滿足RGI.155及10CFR50.63的法規(guī)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

福島事故發(fā)生以來(lái)，世界對(duì)核電的安全要求更加嚴(yán)格，由于早期核電廠都設(shè)計(jì)于80年代，當(dāng)時(shí)沒(méi)有考慮超基準(zhǔn)事故，隨著時(shí)代的發(fā)展，核電技術(shù)日益精進(jìn)，對(duì)核電的要求越來(lái)越高，安全在人民心中越來(lái)越重，中核核電運(yùn)行管理有限公司（一廠）堅(jiān)持核無(wú)小事和安全生產(chǎn)的理念，特別針對(duì)福島事故增設(shè)AAC電源來(lái)應(yīng)付SBO事故，減少堆芯熔化概率，保證反應(yīng)堆安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 張憲.復(fù)雜性視角下基于Agent的建設(shè)工程項(xiàng)目集成管理模型研究[D].天津大學(xué)，2011.

[2] 李珠峰.基于多目標(biāo)的我國(guó)外資建設(shè)工程項(xiàng)目管理模式選擇研究[D].華東理工大學(xué)，2010.endprint