壓水堆核電機組汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障風(fēng)險分析及應(yīng)對措施

任玲妮，張兆虎（.核動力運行研究所；.運行技術(shù)研究與評估中心，武漢　430000　）

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壓水堆核電機組汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障風(fēng)險分析及應(yīng)對措施

任玲妮1，張兆虎2
（1.核動力運行研究所；2.運行技術(shù)研究與評估中心，武漢430000）

摘要：壓水堆（PWR）核電機組是我國投入運營的成熟堆型，運行多年來，核電廠曾發(fā)生過多起汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障事件。本文針對核電廠曾發(fā)生過的幾起典型事件，從汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障的產(chǎn)生機理、處理過程以及引發(fā)的后果等方面進行了嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)地分析，并在核電廠操縱人員培訓(xùn)及設(shè)備運行和維護方面提出幾點建議，以有效降低汽輪機旁路系統(tǒng)故障發(fā)生的幾率，保障核電機組的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：壓水堆核電機組；汽輪機旁路排放系統(tǒng)；故障；風(fēng)險；建議

0　引言

核電機組與常規(guī)火力發(fā)電機組一樣，都設(shè)計有汽輪機旁路排放系統(tǒng)，且汽輪機旁路排放系統(tǒng)是核電機組的一個重要組成部分，旁路排放系統(tǒng)連接核島與常規(guī)島，其控制系統(tǒng)相對二回路其他各系統(tǒng)來說更為復(fù)雜，它在機組的啟動、停運過程及事故處理過程中起著十分重要的作用。當(dāng)汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障時，核電機組除了面臨火力發(fā)電廠所遇到的諸如經(jīng)濟性下降等問題以外，還存在由于反應(yīng)堆的核特性所帶來的核安全上的潛在風(fēng)險。所以，如何有效降低汽輪機旁路系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率，以及一旦發(fā)生汽輪機旁路系統(tǒng)發(fā)生故障時如何確保核電廠操縱人員能夠正確決策值得核電廠高度關(guān)注。

1　汽輪機旁路排放系統(tǒng)典型故障事件

壓水堆核電機組運行多年來，發(fā)生過多起汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障事件，這些事件輕則給操縱人員監(jiān)測和控制機組參數(shù)帶來困難，重則引起反應(yīng)堆停堆。以下是三起汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障事件的介紹。

（1）汽輪機旁路排放系統(tǒng)控制失效事件。2012年，我國某核電廠3號機組在10%額定功率運行狀態(tài)時，GCT-c的一個排放閥由于閥門定位器的開度反饋桿與閥門閥桿的固定螺栓出現(xiàn)松動，導(dǎo)致閥門在開關(guān)時，閥門反饋桿無法正確反饋閥門的實際開度，使得該閥控制失效，主控室操縱人員無法對其進行控制，在操縱人員的干預(yù)過程中，執(zhí)行了反應(yīng)堆降功率操作，同時將汽輪機旁路由向凝汽器排放切換為向大氣排放，在降功率過程中，3臺蒸汽發(fā)生器水位同時下降，操縱員通過加大給水流量試圖控制蒸汽發(fā)生器水位，但未能奏效，水位持續(xù)下降并觸發(fā)水位低低報警，最終引發(fā)停堆。（2）汽輪機旁路排放系統(tǒng)閥門機械損傷事件。2013年，我國某核電廠3號機組進行預(yù)防性維修解體檢查汽輪機旁路排放閥閥體，維修人員解體其中一個閥門后，發(fā)現(xiàn)閥芯有損傷，已經(jīng)影響到閥門的可用性，需要及時更換新的閥芯。

2　汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障風(fēng)險分析

核電機組汽輪機旁路排放系統(tǒng)在機組的啟停和運行中都起著重要的作用，一旦發(fā)生故障，就會對機組安全運行產(chǎn)生不利影響：

（1）導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆。當(dāng)機組在啟動或停運過程中，如果GCT系統(tǒng)排放閥控制系統(tǒng)故障，閥門誤動作，會對一、二回路的參數(shù)產(chǎn)生很大的擾動，如果在功率運行狀態(tài)下，可能會造成蒸汽發(fā)生器水位下降，甚至引發(fā)反應(yīng)堆自動停堆。（2）引發(fā)安全注射。電網(wǎng)故障時，汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)快速關(guān)小汽機進汽閥，二回路壓力升高，排放系統(tǒng)按廠荷工況開啟排放閥。如果電網(wǎng)故障排除，汽機進汽閥將重新開大。由于排放閥關(guān)閉較慢，則可能由于蒸汽流量高和二回路壓力低引發(fā)安全注射。（3）造成放射性泄漏。如果GCT-a排放閥故障泄漏的同時，有蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故疊加，會存在向大氣排放輻射性物質(zhì)的風(fēng)險，導(dǎo)致環(huán)境污染，影響核安全。（4）導(dǎo)致汽輪機振動加大，觸發(fā)汽輪機緊急停機。旁路排放閥發(fā)生泄漏時，還有可能使汽輪機排汽溫度升高、凝汽器真空下降，進而使蒸汽在汽輪機內(nèi)的的做功減少，蒸汽漏量過大的話，汽輪機排汽溫度過高甚至?xí)绊懫啺l(fā)電機組的中心平衡，造成汽輪機組振動加大，引發(fā)汽輪機緊急停機，這些都給機組的安全經(jīng)濟運行帶來了很大的威脅。（5）降低機組經(jīng)濟性。當(dāng)機組正常運行中GCT-c排放閥發(fā)生內(nèi)漏或故障開啟時，會導(dǎo)致部分蒸汽繞過汽輪機相應(yīng)的汽缸，使汽輪機的做功能力下降，機組運行經(jīng)濟性將降低。

3　建議核電廠采取的措施

鑒于汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致的多種風(fēng)險，建議核電廠從操作人員培訓(xùn)和設(shè)備維護等方面采取適當(dāng)措施，保障汽輪機旁路排放系統(tǒng)的可靠運行。

（1）在操縱人員的理論課程培訓(xùn)中，增加汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障分析的相關(guān)內(nèi)容，包括故障產(chǎn)生的機理、原因分析和故障可能引發(fā)的后果。在操縱人員的模擬機培訓(xùn)中，有針對性地加入汽輪機旁路排放系統(tǒng)的故障處理，以提高操縱人員的事故應(yīng)對能力，避免在遇到相關(guān)故障時，操作人員手忙腳亂，引起誤操作。通過這兩方面的培訓(xùn)使操縱人員在系統(tǒng)故障時能夠作出正確決策以最大限度地降低事故后果。（2）加強對現(xiàn)場操作人員的崗位技能培訓(xùn)，特別是一些專用工具的使用，如聽針、測溫儀等。通過培訓(xùn)使現(xiàn)場操作人員能夠在巡檢過程中加強對GCT系統(tǒng)管線的巡視，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，如閥門損傷、螺絲松動等，從而減少汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障的發(fā)生。（3）設(shè)備運行及維修相關(guān)部門做好汽輪機旁路排放系統(tǒng)的維護，降低汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障的發(fā)生幾率。（4）優(yōu)化汽輪機旁路排放控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間，減少汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障導(dǎo)致停堆或安全注射的幾率。（5）汽輪機旁路排放控制系統(tǒng)設(shè)計上采取保守設(shè)計，保障排放閥的故障安全位置為關(guān)，避免一回路過冷，減少安注風(fēng)險。同時，建議核電廠主管部門在操作人員的選拔和考核中適當(dāng)增加汽輪機旁路排放系統(tǒng)故障的分析和處理等內(nèi)容，以確保操縱人員具備相應(yīng)的事故處理能力。

4　結(jié)語

壓水堆是我國目前投入運營的主力堆型，運行多年來，已經(jīng)發(fā)生過多起GCT系統(tǒng)故障事件，這些事件對核電廠安全經(jīng)濟運行造成了較大影響，值得核電廠及相關(guān)單位高度重視。建議核電廠在操作人員培訓(xùn)和設(shè)備維護等方面采取適當(dāng)措施，以降低GCT系統(tǒng)的故障幾率，保障核電機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.042

作者簡介：任玲妮（1980-），女，湖北人，本科，工程師，研究方向：核動力運行。