秦山核電廠在福島核事故后的電氣改進(jìn)分析

【摘要】本文淺析了福島第一核電廠核事故的因果，進(jìn)而指出秦山核電站電氣系統(tǒng)此前在抵御類似福島事故重大自然災(zāi)害能力上存在的問(wèn)題，最后對(duì)電氣系統(tǒng)改進(jìn)的措施和改進(jìn)后在安全性能上的提升進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】秦山核電廠；福島；電氣改進(jìn)

前言

2011年3月11日，在距日本福島112英里的海溝內(nèi)發(fā)生了9級(jí)強(qiáng)震，福島第一核電廠由于地震和海嘯導(dǎo)致電廠喪失了所有交流電源。最終，三臺(tái)反應(yīng)堆堆芯喪失冷卻導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞，氫氣爆炸損壞了安全殼廠房，導(dǎo)致了放射性能量和放射性物質(zhì)釋放。

福島核事故給核電行業(yè)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響，業(yè)界開始大力研究進(jìn)一步提升核電廠的縱深防御能力，秦山核電廠也完成了一系列重大安全整改項(xiàng)目。因反應(yīng)堆停運(yùn)后堆芯余熱和安全殼熱量的排出必須依靠交流電源，如果發(fā)生SBO（STATION BLACKOUT，全廠斷電）事件，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此，電氣系統(tǒng)的改進(jìn)就尤為重要。

1.秦山核電廠電氣系統(tǒng)改進(jìn)前的運(yùn)行分析

1.1改進(jìn)前的正常運(yùn)行方式（參見(jiàn)“秦山核電廠主接線簡(jiǎn)圖”的實(shí)線部分）：（1）主發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行在220KVⅠ號(hào)母線。（2）秦躍線與秦塘線作為電廠送出線運(yùn)行在220KVⅠ號(hào)母線。（3）秦立線作為秦山核電廠220KV備用電源運(yùn)行在220KVⅡ號(hào)母線。（4）220KV母聯(lián)開關(guān)在熱備用狀態(tài)。（5）啟備變空載運(yùn)行在220KVⅡ號(hào)母線作為備用廠用電源。（6）高壓廠變帶廠用電運(yùn)行在220KVⅠ號(hào)母線：a）6KV工作Ⅰ、Ⅱ段正常由高壓廠變供電。b）6KV公用Ⅰ、Ⅱ段正常分別由6KV工作Ⅰ、Ⅱ段饋電。c）6KV安全Ⅰ、Ⅱ段正常分別由6KV公用Ⅰ、Ⅱ段饋電，兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)（EDG）處于自動(dòng)熱備用狀態(tài)，作為6KV安全Ⅰ、Ⅱ段的應(yīng)急電源。（7）380V安全Ⅰ/Ⅱ、Ⅲ/Ⅳ段分別經(jīng)1#/2#、3#/4#堆變從6KV安全Ⅰ、Ⅱ段取電。

1.2改進(jìn)前的電氣系統(tǒng)安全分析

堆芯余熱排出和安全殼熱量排出所依靠的安全交流電源由1E級(jí)配電系統(tǒng)6KV安全段和380V安全段提供。技術(shù)規(guī)格書對(duì)秦山核電廠電力系統(tǒng)的要求是：在廠外輸電網(wǎng)與廠內(nèi)1E級(jí)配電系統(tǒng)之間有兩條相互獨(dú)立的線路；有兩套分隔且獨(dú)立的柴油發(fā)電機(jī)組。也即，有兩路外電源和兩路內(nèi)電源：220KV Ⅰ號(hào)母線上外接的線路作為一路外電源，經(jīng)高壓廠變送至6KV工作Ⅰ、Ⅱ段，再經(jīng)6KV公用Ⅰ、Ⅱ段送至6KV安全Ⅰ、Ⅱ段；220KV Ⅱ號(hào)母線上外接的線路作為第二路外電源，送至啟備變，在6KV工作Ⅰ或Ⅱ段失電時(shí)，快切裝置動(dòng)作，將6KV公用Ⅰ或Ⅱ段切換至啟備變供電，從而保證6KV安全Ⅰ或Ⅱ段連續(xù)供電。接在6KV安全Ⅰ、Ⅱ段上的兩臺(tái)EDG作為兩路內(nèi)電源，在6KV安全Ⅰ或Ⅱ段失電時(shí)，EDG自動(dòng)啟動(dòng)并網(wǎng)提供交流電源。

福島核事故后，分析認(rèn)為秦山核電廠交流安全電源的可靠性不足以應(yīng)付類似福島事故的SBO工況。秦山核電廠220KV電氣系統(tǒng)為戶外GIS，不滿足抗震要求，水淹事故下本地區(qū)積水深度為1.41米，EDG廠房不滿足防水淹要求。因此，如發(fā)生類似福島事故的工況，秦山核電廠可能會(huì)喪失全部交流電源出現(xiàn)SBO工況。

2.秦山核電廠電氣系統(tǒng)改進(jìn)后的運(yùn)行分析

2.1 改進(jìn)方案

在SBO事件中，冷卻反應(yīng)堆堆芯的能力依靠那些不需要交流電源系統(tǒng)的可利用性和適時(shí)恢復(fù)交流電源的能力，因此，在SBO發(fā)生后1小時(shí)內(nèi)，堆芯是安全的。在此期間，核島1E級(jí)蓄電池（220V和24V）可提供主控室的主要儀表用電及應(yīng)急照明等必要設(shè)施用電，其容量至少為1小時(shí)。這就要求核電廠在發(fā)生SBO后1小時(shí)之內(nèi)恢復(fù)交流電源供電，以確保堆芯冷卻和安全殼合適的完整性。

如發(fā)生類似福島事故的SBO工況，秦山核電廠現(xiàn)有的1E級(jí)配電系統(tǒng)可能無(wú)法在1小時(shí)之內(nèi)恢復(fù)供電，因此，電廠對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行了如下改進(jìn)（參見(jiàn)“秦山核電廠主接線簡(jiǎn)圖”的虛線部分）：

（1）增設(shè)6KV AAC電源：6KV AAC段正常由6KV公用Ⅰ段饋電，AAC柴油發(fā)電機(jī)（2000KW）接入6KV AAC段，在手動(dòng)熱備用狀態(tài)。6KV AAC段接至6KV安全Ⅰ（Ⅱ）段母線，在SBO工況下，可啟動(dòng)AAC柴油發(fā)電機(jī)向6KV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。6KV AAC段還設(shè)有中壓移動(dòng)電源接口，事故工況下可接入中壓移動(dòng)電源車（1800KW），經(jīng)6KV AAC段向6KV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。

（2）增設(shè)低壓移動(dòng)電源接口，事故工況下可接入低壓移動(dòng)電源車（656KW），分別向380V安全Ⅰ、Ⅱ（Ⅲ、Ⅳ）段供電。

2.2改進(jìn)后的電氣系統(tǒng)安全分析

（1）提高了電氣系統(tǒng)的安全性能

AAC廠房共地上三層，首層室內(nèi)外高差為1.5m，層高4m，并且將柴油發(fā)電機(jī)、配電間放置于二、三層，確保即使廠區(qū)在水淹情況下也能可靠地提供電源。AAC柴油發(fā)電機(jī)組性能優(yōu)良，僅需要獨(dú)立的24V直流啟動(dòng)電源和燃油系統(tǒng)即可連續(xù)運(yùn)行，其日用燃油箱可供機(jī)組以額定功率連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)，燃油貯罐可供機(jī)組運(yùn)行至少24小時(shí)，滿足SBO工況下的連續(xù)供電8小時(shí)的任務(wù)時(shí)間要求。在SBO工況下，電廠失去所有的外電源和內(nèi)電源，此時(shí)運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)AAC柴油發(fā)電機(jī)組，可立即供電至6KV安全段，確保反應(yīng)堆可靠地冷卻，最終保證了電廠的核安全。

（2）增加了電氣系統(tǒng)供電的靈活性

6KV AAC段可外接中壓移動(dòng)電源車，380V安全段可外接兩臺(tái)低壓移動(dòng)電源車。在SBO工況下，即使AAC柴油發(fā)電機(jī)組失效，也可以緊急接入中壓、低壓移動(dòng)電源車向6KV安全段及380V安全段供電，確保電廠1E級(jí)配電系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)供電。

3.結(jié)論

秦山核電廠在福島核事故后的電氣安全改進(jìn)提高了電廠1E級(jí)配電系統(tǒng)的安全性和靈活性，另外通過(guò)加高海堤、在各重要廠房門窗增設(shè)擋水閘板等舉措，能有效地防止類似福島事件的自然災(zāi)害對(duì)電廠的破壞，大大加強(qiáng)了電廠的縱深防御能力。