壓水堆核電站安全注入試驗(yàn)期間執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動和誤動的干預(yù)對策分析

閆明晶，朱增培，高 原

(中廣核工程有限公司，廣東深圳518124)

壓水堆核電站安全注入試驗(yàn)期間執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動和誤動的干預(yù)對策分析

閆明晶，朱增培，高 原

(中廣核工程有限公司，廣東深圳518124)

安全注入試驗(yàn)是壓水堆核電廠熱試期間涉及范圍最廣、風(fēng)險最高的試驗(yàn)。試驗(yàn)程序要求在熱停平臺通過快速開啟蒸汽排放閥模擬二回路破口觸發(fā)安注信號，驗(yàn)證反應(yīng)堆跳閘，安全殼隔離，安注執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，并對開蓋冷試期間調(diào)整的安注流量進(jìn)行再次驗(yàn)證。安注信號一旦觸發(fā)將導(dǎo)致22個系統(tǒng)共計234個設(shè)備真實(shí)動作，一回路被注入含硼水。任何在線錯誤、設(shè)備缺陷或操作失誤都可能導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，甚至可能導(dǎo)致一回路設(shè)備損壞；同時因安全注入試驗(yàn)將導(dǎo)致核電站主回路產(chǎn)生一次瞬態(tài)，對一回路設(shè)備沖擊極大，所以安全注入試驗(yàn)必須保證一次成功。為了保證試驗(yàn)的真實(shí)性及完整性，提高試驗(yàn)的一次成功率，控制試驗(yàn)的風(fēng)險，本研究針對以往項(xiàng)目執(zhí)行該試驗(yàn)時存在的一回路水位過高及設(shè)備誤動或拒動的難題，對試驗(yàn)方案進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新。該方案成功運(yùn)用于陽江3號機(jī)安全注入試驗(yàn)，一定程度上解決了穩(wěn)壓器水位過高及設(shè)備誤動、拒動的難題，獲得了機(jī)組安全可控且試驗(yàn)順利高效的效果，達(dá)到了同行領(lǐng)先水平。

安注；控制；拒動；誤動

安全注入系統(tǒng)在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)發(fā)生失水事故時投入運(yùn)行，將換料水箱的含硼水迅速注入一回路，以冷卻堆芯，帶走余熱，限制堆芯損壞和放射性物質(zhì)的釋放。壓水堆核電站安全注入系統(tǒng)有相當(dāng)高的可靠性，以秦山核電為例，高壓安注系統(tǒng)的不可用度為2.84×10-4，近似服從正態(tài)分布[1]。

機(jī)組調(diào)試啟動期間安全注入試驗(yàn)的目的是在最接近熱停堆的工況下驗(yàn)證安全注入系統(tǒng)和相關(guān)保護(hù)通道的可用性[2]；在廠外電可用的情況下，通過快速開啟某一環(huán)路的二回路蒸汽排放閥產(chǎn)生兩高一低的蒸汽環(huán)路壓差高信號進(jìn)而觸發(fā)安注信號，以驗(yàn)證安注信號的觸發(fā)以及后續(xù)邏輯動作的正確性，包括反應(yīng)堆跳堆信號的正確觸發(fā)；安全殼A階段隔離信號的觸發(fā)以及后續(xù)邏輯動作的正確性；開蓋冷態(tài)功能試驗(yàn)期間調(diào)整的安注流量的有效性。

嶺澳二期、寧德、紅沿河各機(jī)組在熱停堆平臺執(zhí)行安全注入試驗(yàn)時均不同程度地存在多個設(shè)備誤動或拒動的情況，嶺澳3號機(jī)組甚至曾出現(xiàn)穩(wěn)壓器滿水安全閥起跳。為了保證安全注入試驗(yàn)的真實(shí)性及完整性，控制試驗(yàn)期間一回路水位過高的風(fēng)險，提高試驗(yàn)的一次成功率，有必要對安全注入試驗(yàn)期間發(fā)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動和誤動的難題進(jìn)行分析，這是捍衛(wèi)核安全的有力保障，特別在后福島時代的今天更顯得意義重大。

1 多余安注的風(fēng)險與控制

安全注入試驗(yàn)的難點(diǎn)在于多余安注的控制。若控制不好，多余的安注將會將機(jī)組事故狀態(tài)。

對于多余的安注，必須避免充滿穩(wěn)壓器，否則由于穩(wěn)壓器壓力的升高而使安全閥連續(xù)被頂開，第二道屏障面臨破壞的危險。

蒸汽發(fā)生器換熱管破裂風(fēng)險是一回路水將故障的蒸汽發(fā)生器充滿，進(jìn)而將其安全閥頂開(有可能液態(tài)排放)，引起嚴(yán)重的放射性對外排放(不可控)。為避免出現(xiàn)上述情況，必須迅速給一回路降壓。多余安注的停運(yùn)是必不可少的條件之一，以達(dá)到持續(xù)給一回路降壓的目的。

安全殼內(nèi)、外主蒸汽管道破裂，這是一個冷卻事故(一回路過冷)。冷卻過后(蒸汽發(fā)生器排空后)新的風(fēng)險是一回路的再度升壓，其機(jī)械應(yīng)力甚至達(dá)到一回路脆性轉(zhuǎn)變溫度(NDTT)的限值，因此多余安注的迅速停運(yùn)也是非常必要的。

小破口失水事故(SBLOCA)在核電廠堆芯熔化頻率(CDF)中的貢獻(xiàn)是概率最大的事故之一序列[3]。對于一回路最小的破口，安注流量明顯大于破口漏量，其風(fēng)險與多余的安注并無兩樣。對于其他小破口，安注的停運(yùn)同樣必要，理由是為了泄壓和向RRA冷停堆過渡。唯一不需要切除多余安注的是一回路大破口事故，當(dāng)換料水箱液位降低至低限值后低壓安注會將吸入口轉(zhuǎn)入地坑[4]。

多余安注控制主要操作包含兩個步驟：停運(yùn)一臺高壓安注泵，隔離硼酸注入箱。

2 安全注入試驗(yàn)期間機(jī)組控制策略

安全注入試驗(yàn)前機(jī)組處于熱停堆平臺，一回路壓力由穩(wěn)壓器自動控制，穩(wěn)壓器水位由上充管線自動控制。上充注入流量和主泵軸封注入流量之和等于下泄流量和主泵軸封回流之和，穩(wěn)壓器水位保持穩(wěn)定。圖1為安全信號觸發(fā)前一回路介質(zhì)運(yùn)行示意圖。

圖1 安全信號觸發(fā)前一回路介質(zhì)運(yùn)行示意圖Fig.1 The operation condition of primary circuit medium before safety injection signal

安全注入試驗(yàn)開啟RIS029VP后，注入一回路又增加了一路水源，雖然上充管線會自動調(diào)節(jié)減少上充注入流量，但仍然無法維持穩(wěn)壓器水位的平衡，穩(wěn)壓器水位會持續(xù)上升。由于RIS029VP流量為23.5 m3/h(陽江1號機(jī)組數(shù)據(jù))，穩(wěn)壓器液位處于低位運(yùn)行，穩(wěn)壓器仍有足夠的氣空間，仍然能保證一回路雙相運(yùn)行，機(jī)組壓力可控。

安全注入信號觸發(fā)后，自動隔離上充下泄管線，關(guān)閉RIS029VP，啟動兩臺低壓安注泵和另外一臺高壓安注泵，同時開啟硼酸注入箱的隔離閥全流量注入一回路。由于流經(jīng)硼酸注入箱流量(92 m3/h，陽江1號機(jī)組數(shù)據(jù))較大，為避免穩(wěn)壓器滿水后安全閥帶水起跳，穩(wěn)壓器液位監(jiān)視和安注5min后的多余安注切除顯得尤為重要。圖2為安全信號觸發(fā)后一回路介質(zhì)運(yùn)行示意圖。

圖2 安全信號觸發(fā)后一回路介質(zhì)運(yùn)行示意圖Fig.2 The operation condition of primary circuit medium after safety injection signal

按照設(shè)計要求，安注信號觸發(fā)5min內(nèi)無法進(jìn)行復(fù)位，兩臺高壓安注泵會持續(xù)對一回路進(jìn)行大流量注入冷水，5min后才允許操縱員復(fù)位安注信號和安全殼隔離階段A信號，然后按照下列順序穩(wěn)定一回路狀態(tài)：① 停運(yùn)一臺高壓安注泵；② 關(guān)閉安注管線增壓閥；③ 打開上充泵小流量；④ 隔離硼酸注入箱；⑤ 將穩(wěn)壓器加熱器投自動，恢復(fù)上充與下泄。

3 安全注入試驗(yàn)期間執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動和誤動的干預(yù)分析

本文主要通過安全注入試驗(yàn)的事故預(yù)防、事故緩解的理念來對安全注入試驗(yàn)進(jìn)行了分析安注執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動和誤動。

3.1 一回路水位定值函數(shù)修改方案(降低穩(wěn)壓器液位，提高注水腔體裕度)

在熱態(tài)功能試驗(yàn)期間，將穩(wěn)壓器水位隨著一回路溫度變化的整定值(RCP402GD)從“功率運(yùn)行函數(shù)”修改為“熱試函數(shù)”，根據(jù)函數(shù)曲線可以看出“熱試函數(shù)”較“功率運(yùn)行函數(shù)”斜率較大，即同樣條件下一回路溫度變化1℃后熱試驗(yàn)期間較功率運(yùn)行期間穩(wěn)壓器水位變化大，這是為了限制上充管線的負(fù)荷，防止上充管線調(diào)節(jié)閥頻繁補(bǔ)水動作。

安全注入試驗(yàn)在熱試期間的熱停平臺執(zhí)行，為了提前降低穩(wěn)壓器水位，防止試驗(yàn)期間穩(wěn)壓器被注滿，提出安全注入試驗(yàn)一回路水位定值函數(shù)修改方案。圖3為穩(wěn)壓器水位定值函數(shù)在功率運(yùn)行、熱試、安注期間的設(shè)定值比較。執(zhí)行該方案后可見在安全注入試驗(yàn)期間穩(wěn)壓器水位由原定值(291.4℃，154bar，48%，-1.296m)修改為(291.4℃，154bar，24.725%，-3.573m)，穩(wěn)壓器的定值水位凈降低2.277m。

圖3 穩(wěn)壓器水位定值函數(shù)(功率運(yùn)行、熱試、安注期間)Fig.3 The setting value function of pressurizer level(during power operation 、hot function test、safety injection test)

執(zhí)行該方案后，預(yù)期將使穩(wěn)壓器氣腔變大，使穩(wěn)壓器能較長時間地保證雙相運(yùn)行，提高了一回路注水腔體裕度，一回路壓力可控，達(dá)到試驗(yàn)安全可控的預(yù)期效果。圖4即為采用修正的穩(wěn)壓器液位整定值參數(shù)后在全范圍模擬機(jī)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢圖，發(fā)現(xiàn)整個過程中穩(wěn)壓器液位最高在2.2m左右即可穩(wěn)定下來，距離穩(wěn)壓器滿水3.8m仍然有很大的差距，可見降低穩(wěn)壓器液位整定值后對一回路汽腔保護(hù)的效果非常明顯。

3.2 安注信號觸發(fā)后5min后執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動干預(yù)分析

嶺澳二期3號機(jī)組安全注入試驗(yàn)期間由于DCS設(shè)計的缺陷存在安注信號觸發(fā)后無法復(fù)位，這樣兩臺高壓安注泵會通過硼酸注入箱持續(xù)對一回路大流量注入冷水直至穩(wěn)壓器安全閥頂開形成破口。因此安注無法復(fù)位的后果相當(dāng)于所有安注相關(guān)的設(shè)備誤動，這對于機(jī)組安全來說是一個巨大威脅。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，20min左右無法復(fù)位的多余安注將穩(wěn)壓器注滿從而引發(fā)安全閥起跳，從而一回路演變成破口事故。

從電源抽屜直接操作設(shè)備然后對設(shè)備進(jìn)行退電，按照先停運(yùn)一臺高壓安注泵，再切斷高壓安注注入流量，最后投運(yùn)上充下泄的方案，可避免DCS的邏輯信號干擾，因此所有受安注信號影響的設(shè)備均從電源抽屜操作。另外考慮電源抽屜的不可靠性，可在閥門處安排人員在硼酸注入箱出口閥處進(jìn)行人工干預(yù)關(guān)閉，停止安注繼續(xù)注入一回路。這時不能考慮投運(yùn)正常的上充下泄管線來穩(wěn)定一回路狀態(tài)，因?yàn)橄滦构芫€的氣動閥(RCV010VP)仍然受到安全殼隔離階段A信號的強(qiáng)制關(guān)閉，下泄管線仍然無法投用。借鑒事故規(guī)程中開啟過剩下泄管線來平衡一回路主泵軸封注入流量可將機(jī)組后撤至安全狀態(tài)。

圖4 安全注入試驗(yàn)全范圍模擬機(jī)試驗(yàn)趨勢圖(采用修正后的穩(wěn)壓器液位整定值)Fig.4 The data trend of safety injection test from full-scope simulator(adopting corrective setting value function of pressurizer level)

3.3 RIS029VP接受安注信號后拒動干預(yù)分析

一回路在維修冷停堆狀態(tài)下一旦發(fā)生喪失RRA(余熱排出)強(qiáng)迫循環(huán)，一回路水位會降低進(jìn)而可能發(fā)生堆芯裸露，當(dāng)液位降低至一定限值時會啟動B列高壓安注泵同時開啟B列高壓安注冷段注入旁路隔離閥(RIS029VP)對一回路進(jìn)行自動補(bǔ)給。設(shè)計要求安注信號優(yōu)先于自動補(bǔ)給信號，即若在對一回路自動補(bǔ)給期間觸發(fā)安注信號，要求關(guān)閉RIS029VP，啟動兩列高壓安注泵，所有注入流量均通過硼酸注入箱進(jìn)入一回路。因此為了驗(yàn)證安注信號優(yōu)先于自動補(bǔ)給信號，安全注入試驗(yàn)初始狀態(tài)設(shè)置要求操縱員對執(zhí)行機(jī)構(gòu)RIS029VP設(shè)置反狀態(tài)，即手動開啟RIS029VP。

在熱停堆平臺，RIS029VP對一回路的注入流量為23.5 m3/h，注入流量相對流經(jīng)BIT的流量(92 m3/h)來說較小，可以有較長的的人工干預(yù)。安注觸發(fā)后無法關(guān)閉，可現(xiàn)場人為手動關(guān)閉。若存在嚴(yán)重卡澀無法人工干預(yù)，可考慮將兩列安注進(jìn)行分列運(yùn)行，即可將RIS029VP隔離開。

標(biāo)準(zhǔn)的百萬千瓦級壓水堆核電站高低壓安注配置為1個換料水箱、2臺低壓安注泵和3臺高壓安注泵(1臺冷備用)[5]。高壓安注泵在一回路破口的事故初期出口聯(lián)通閥全部開啟，事故后期兩列高壓安注分開運(yùn)行[6]。根據(jù)一回路輔助管線設(shè)計(見圖3)，主泵軸封注入管線布置在A列高壓安注泵出口，上充管線布置在B列高壓安注泵出口，一旦安注分列運(yùn)行，A列高壓安注泵不能進(jìn)行對一回路恢復(fù)上充，B列高壓安注泵不能對主泵軸封進(jìn)行注入。如果RIS029VP不能人為手動關(guān)閉時，可優(yōu)先停運(yùn)B列高壓安注泵，同時將A列和B列的高壓安注泵出口的聯(lián)通閥關(guān)閉，這時A列高壓安注泵僅對主泵軸封進(jìn)行注入，不會再通過RIS029VP對一回路注入。但此時也隔離了上充管線，A列高壓安注泵無法通過投運(yùn)上充下泄后撤至安全狀態(tài)，這時可考慮投用過剩下泄，進(jìn)而能夠平衡軸封注入流量，一回路壓力得以控制。但要注意的是，此時過剩下泄熱交換器的冷卻水流量仍然處于關(guān)閉狀態(tài)(安注信號觸發(fā)后會使得過剩下泄熱交換器冷卻水隔離閥關(guān)閉，安注復(fù)位后需要手動開啟)，此時需要先開啟過剩下泄熱交換器冷卻水隔離閥，防止過剩下泄熱交換器干燒，引發(fā)次生風(fēng)險。

4 結(jié)論

本研究從安全注入試驗(yàn)的機(jī)組控制和組織管理兩方面著手，針對國內(nèi)以往項(xiàng)目執(zhí)行該試驗(yàn)時的難題，對試驗(yàn)方案進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新，并通過模擬機(jī)驗(yàn)證了新方案的可行性，該成果成功運(yùn)用于陽江3號機(jī)組安全注入試驗(yàn)，在一定程度上解決了穩(wěn)壓器水位過高及設(shè)備誤動、拒動的難題，獲得了機(jī)組安全可控且試驗(yàn)順利高效的效果，達(dá)到了同行領(lǐng)先水平。

[1] 馮炳良.秦山核電廠高壓安注系統(tǒng)可靠性分析原子能科學(xué)技術(shù)[J].原子能科學(xué)技術(shù)1989，23 (5 )：43-43

[2] 閆明晶.PY227RISR60KSUE45GN(安全注入試驗(yàn))[R].中廣核工程有限公司，2014.

[3] 侯華青，沈永剛，崔旭陽，蔣曉華.SBLOCA疊加高壓安注失效事故全范圍事故分析[J].原子能科學(xué)技術(shù) 2014，48 (增刊1)：452-456

[4] 翟巴菁，閆明晶，白旋.CPR1000機(jī)組試驗(yàn)創(chuàng)新及實(shí)施[J].中國電力，2016，49(2)：10-13.

[5] 孫禮亞，黃東興，浦勝娣，李吉根.大破口失水事故低壓安注排熱和防止硼結(jié)晶分析[J].原子能科學(xué)技術(shù)2006，40 (1)：44-46

[6] 廣東核電培訓(xùn)中心.900MV壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2007，1.

Analysis of Intervening Measures About Actuators Act-refused andAct-error During Safety Injection Test

YAN Ming-jing，ZHU Zeng-pei，GAO Yuan

(China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen of Guangdong Prov.518124，China)

In pressurized water reactor safety injection test covered a wide scope and has the highest risk during HFT(Hot Functional Test).The purpose of the safety injection system actuation test is to verify actuation of reactor trip signal，actuation of containment isolation，actuation of SI signal and subsequent actions through analogue signal(secondary circuit break) from GCT-a during hot shutdown nominal conditions and to verify Validity of flow adjustments performed during open vessel functional tests.Once actuation of safety injection，there will be 234 Actuators from 22 systems，then boron water will be injected into reactor coolant system.Any fault of online，any defection of equipment or any mistake during operation could lead to failures and result in the damage of equipment.Synchronously，it will make high-impact to reactor coolant loop，then reactor coolant loop will arise the transient.So Safety injection Test must be succeeded at a time.To ensure the authenticity and integrality of test and improve the possibility of success and control the risk，this passage optimizes the scheme of test through the experience (PZR high level，Actuators act-error and act-refused) from other project.To a certain extent，the conclusion applied in Yangjiang nuclear station settled the problems about PZR high level，Actuators act-error and act-refused and ensured the safety of unite and made s the test performed smoothly and kept ahead in nuclear industry.

Safety injection；Control；Act-refused；Act-error

2016-07-28

閆明晶(1986—)，男，河北衡水人，工程師，本科，現(xiàn)主要從事核島工藝系統(tǒng)設(shè)計工作

TM263

A

0258-0918(2017)01-0029-06