CANDU堆核電廠失去三級電源分析及處理

文明奇

【摘 要】自從日本福島核事故后，核電廠電源的可靠性再次被業(yè)界同行所關注，安全電源失去對于電站狀態(tài)的影響顯著，后果嚴重。本文選取了CANDU堆核電廠規(guī)程體系中沒有明確定義為失去核電廠安全電源即三級電源的一些工況，簡單討論了對電站安全的影響，對于現有應急規(guī)程執(zhí)行思路進行梳理，得出處理事故的一些思路，同時提出了改進建議，對于操縱員在事故診斷上有一定的幫助和借鑒意義。

【關鍵詞】核電廠；三級電源；EOP

0 引言

在CANDU堆核電廠會遇到失去三級電源但四級電源部分存在的工況，如大修期間的失去四級電源試驗等，在復訓過程中主控人員對于此工況下的執(zhí)行策略出現了一些不同的觀點。例如，一條四級電源母線有電（慢切成功），一條母線失電，三級母線失電后備用柴油發(fā)電機均未能成功啟動并網，三級母線失電，這樣應急運行規(guī)程“失去三、四級電源”（應急運行規(guī)程，下文簡稱EOP）的入口指示條件和確認條件均不能滿足，四級母線所有主要負荷均停運，三級母線重要負荷無法加載。如果基于考慮一列母線可能很快會由四級母線供電，顯然不符合保守決策的要求。

很顯然“失去三、四級電源”應該更適合應對此工況。但是通過討論發(fā)現并非大家都認同這一觀點，造成這種認識上差別原因是EOP進入條件并未包含這種工況，如四級電源存在而三級電源失去，或四級電源部分失去且三級電源失去等等，可能導致EOP執(zhí)行時間拖延或未能進入到合適的EOP來應對電站出現的瞬態(tài)。因此我們有必要對這些工況簡單分析，以及我們應該如何正確選用規(guī)程來處理電站瞬態(tài)工況。

1 核電廠內一次配電系統構成

核電廠的廠用配電系統是一個能夠供應4個級別電源（即：I 級、II 級、III級和IV級電源）的完整系統。電站的一次配電系統均采用奇偶概念布置，奇或偶母線都能夠向反應堆安全停堆和移出衰變熱所需的負荷供應充足的電源。

三級電源系統可承受短期的電源中斷（約3分鐘），它由備用柴油發(fā)電機組提供后備電源。在喪失汽輪發(fā)電機和廠外電網的電源的情況下仍然能夠確保核電廠安全停堆和衰變熱移出。

三級電源系統通常是通過降壓變壓器由兩個IV級電源母線供電。兩個6.3kV的三級電源母線分別由一個滿足機組安全停堆的額定負荷的備用柴油發(fā)電機SDG提供后備電源。在喪失6.3kV三級電源母線電源或發(fā)生堆芯失去冷卻（LOCA）情況下，各自的備用柴油發(fā)電機將自動啟動，并根據故障的形式進行自動加載或空載待命。就長期而言，操縱員可以決定是否可關閉一臺或兩臺備用柴油發(fā)電機。

2 失去三級電源的定義及電站響應分析

2.1 失去三級電源的定義和運行實踐討論

根據喪失IV 級和III級電源的定義：喪失IV級和III級電源定義為兩個IV級電源母線以及兩個6.3kV 的III級電源母線同時喪失電源。

喪失三級電源可能是由于喪失IV級電源而且兩個三級電源備用柴油發(fā)電機故障而未能向6.3kV的三級電源母線供電，或兩個三級電源母線都出現故障。

依據實際運行情況，最近近幾年備用柴油發(fā)電機均發(fā)生過勵磁系統故障，不能建立電壓的故障。一些外部經驗反饋也顯示了失去三級電源是有可能發(fā)生的，例如2012年韓國某核電廠發(fā)生了短時全場失電。由此看來，喪失安全電源即核電廠中的三級電源并非不可能。由于應急運行規(guī)程的進入條件有一些沒有覆蓋到的工況，例如部分喪失四級電源而三級電源完全喪失、單獨的完全喪失三級電源等，導致操縱員在進入應急運行規(guī)程時可能會猶豫，甚至不會進入。

上述應急運行規(guī)程入口條件未包含的工況中，以單獨失去三級電源而四級電源存在分析失去三級電源對于電站的影響。

2.2 失去三級電源對于電站的影響

始發(fā)事件發(fā)生后，I級和II級電源將在至少60分鐘內仍然可用，直至蓄電池耗盡。如果在蓄電池耗盡時應急供電系統還未投入，將導致I級和II級電源斷電。應急給水系統也必須在蒸汽發(fā)生器給水裝量耗盡之前投入，給水耗盡可能會出現在30分鐘到60分鐘之間的任何時間（或更長時間）。

正常運行期間，熱傳輸系統壓力由穩(wěn)壓器加熱器維持。這些加熱器由四級電源供電，因而在喪失三級電源情況下它們仍可用。上充泵失電停運，失去主泵軸封注入流。穩(wěn)壓器液位會因此緩慢下降。上充泵的輔助油泵失電不可用。根據運行經驗，靠穩(wěn)壓器加熱器加上隔離下泄，主系統的壓力能夠短時維持，但水實體模式下的壓力控制將失去。可以考慮聯系換料人員通過臨時電源將供應泵啟動，向穩(wěn)壓器注水，保證降溫時的裝量需求。

停堆冷卻系統因失電而不可用。電動閥失電而無法在主控電動操作。衰變熱將由蒸汽發(fā)生器的熱阱移出。

隨著喪失三級電源，兩臺輔助給水泵不能啟動。四級電源供電的主給水泵將失去冷卻水，主給水泵冷卻器的RCW供水將失去，預計很快將因為軸承溫度高而不得不將其停運，否則將損壞設備。蒸汽發(fā)生器將喪失全部給水，四個蒸汽發(fā)生器水裝量持續(xù)減少，直到由應急給水系統提供應急給水為止。

喪失三級電源，冷凝器冷卻水泵可以繼續(xù)運行，冷凝器真空不受影響。喪失三電源導致喪失儀表壓縮空氣，但是可以由四級電源供電的廠用壓縮空氣來供氣，因此大氣蒸汽釋放閥（ASDVs）和冷凝器蒸汽排放閥（CSDVs）仍然可用。當蒸汽壓力升高時可以用ASDV來手動控制蒸發(fā)器的壓力。

失去三級電源，RCW/RSW系統全面停運。所有的電動閥門將保持在失電前的狀態(tài)。

安全殼隔離系統是按照在喪失儀表空氣或喪失控制電源情況下故障安全（即故障關閉）原則進行設計的，其隔離能力不受喪失電源的影響。

3 失去三、四級電源處理思路梳理和討論

3.1 失去三、四級電源處理思路梳理

從前文中可以看出，電站的狀態(tài)比失去三、四級電源有所改善，如穩(wěn)壓器電加熱器可用，主系統壓力裝量控制有所改善，整個事件中影響比較大的仍然是冷卻水、蒸發(fā)器裝量以及停冷系統，這和失去三、四級電源面對的工況很接近。因此反應堆反應性控制，放射性包容，堆芯冷卻的安全功能是能夠保障的。

失去三級電源后，失去設備冷卻水、慢化劑系統故障和端屏蔽冷卻系統故障三個應急規(guī)程同時滿足，因此當明確三級電源失去，操縱員應立即觸發(fā)停堆。在事故的初期三級電源恢復前，執(zhí)行失去三四級電源對于緩解電站狀態(tài)是非常有利的。

從規(guī)程執(zhí)行步驟及順序看，能不能及時進入應急運行規(guī)程的差別主要如下：

1）及時匯報，啟動廠房應急；

2）監(jiān)視安全殼失效隔離；

3）汽機惰轉監(jiān)視和發(fā)電機緊急排氫；

4）啟動應急電源EPS。

失去三級電源時，以上事項都很重要，而且是優(yōu)先級低于失去三四級電源的EOP所沒有的，這需要操縱員根據知識技能與核安全理念來指導進入失去三四級電源的EOP，如果未能進入，優(yōu)先級低的EOP很難執(zhí)行下去，這就需要對失去三四級電源的EOP的入口條件作全面的了解。

3.2 失去三、四級電源入口條件討論

失去四級和三級電源的應急運行規(guī)程入口條件有兩處需要予以特別注意：

1）失去四級電源報警必須在兩條三級母線進線斷路器同時跳閘才能出現，而根據實際工況的不同及模擬機大量工況模擬，經常是該報警不出現。

2）母線供電變壓器的低壓側，故障形式不同，其電壓指示不能完全反應電源供應情況，如當變壓器故障跳閘時，雖然沒有低壓側電壓指示但上級母線可能是有電的。

失去四級和三級電源的事故診斷需要確認指示條件和確認條件，當兩者都滿足時，失去四級和三級電源的應急運行規(guī)程滿足入口條件。

失去三級電源但四級電源存在，對于電站的核安全有改善，但會增加手動干預的量，預計達到符合失去三級電源所對應的工況時間會有拖延，很明顯無論從應付電站瞬態(tài)和縱深防御方面來講，執(zhí)行失去三級電源應急運行規(guī)程最合適，但由于進入條件的限制，出于嚴謹性考慮，就有可能不能在第一時間進入失去三級電源應急運行規(guī)程，如果通過優(yōu)先級低的應急運行規(guī)程指向失去三級電源應急運行規(guī)程時，顯然時間上是拖后了，這不是我們需要的結果。

4 結論

從上文的討論以及模擬機驗證可以看出，失去三級電源對電站安全影響明顯，在事發(fā)后由慢化劑低壓差觸發(fā)降功率保護。隨后的響應與失去三、四級電源類似，主要集中在冷卻水方面，四級電源的負荷如主泵，主給水泵均失去冷卻，運行狀態(tài)惡劣，必須及早干預停運。

因此在瞬態(tài)檢查完成后，需要及時進入失去三、四級電源應急運行規(guī)程來處理電站瞬態(tài)，鑒于目前規(guī)程體系，建議在失去三、四級電源應急運行規(guī)程入口條件中明確這一狀況，即升版入口條件或增加備注說明；進行設計變更，在主控室盤臺增加兩條三級電源母線的電壓指示；事故診斷培訓中，對于不能完全滿足EOP的入口條件的工況進行梳理，針對失去三級電源需要操縱員干預的內容逐步在復訓中進行強化。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]