方家山核電廠新增輔助備用變壓器的概率安全評價

鄒勝佳

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

2020年3月29習(xí)近平總書記在浙江考察時指出：要抓住產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化賦予的機遇，加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2018年國家發(fā)改委、國家能源局等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進一步加強核電運行安全管理的指導(dǎo)意見》(發(fā)改能源[2018]765號)，意見對核電廠提出了明確要求：加強核電運行關(guān)鍵環(huán)節(jié)管理，提升核電廠電源、冷源可靠性，提高安全管理水平，保障核電機組安全穩(wěn)定運行?？萍嫉陌l(fā)展，國家最新戰(zhàn)略的制定，內(nèi)外部經(jīng)驗反饋的增加，相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對秦山核電提出了新的要求，其中許多需求都與供電相關(guān)。通過信息的分析和研究梳理后，制定了一項綜合的新增輔助變壓器的電氣改進方案。

1 電源介紹

方家山核電以發(fā)電機—主變壓器單元機組接線升壓至500 kV接入系統(tǒng)，發(fā)電機出口設(shè)有斷路器。500 kV升壓站是室內(nèi)GIS，一個半斷路器接線，共2回主變進線及3回500kV出線(方由5810線、方翔5808線、方云5809線)，組成2個完整串及1個不完整串。輔助變壓器額定容量為34 MVA，由秦一廠Ⅱ母通過秦方2P70線供電。通過2臺輔助變以交叉供電方式為兩臺機組提供備用電源。方家山機組主要電氣設(shè)備參數(shù)見表1，電氣一次主接線圖見圖1。

表1 方家山機組主要電氣設(shè)備參數(shù)Table 1 Main parameters of the electrical equipment of fangjiashan npp

圖1 方家山電氣一次主接線圖Fig.1 The Main Wiring of the Electric Equipment in the Primary Loop of Fangjiashan NPP

按照計劃新增輔助變壓器，對于輔助變壓器而言多了一路備用電源。輔助電源系統(tǒng)新增備用電源見圖2。

圖2 輔助電源系統(tǒng)新增備用電源Fig.2 The Backup Power adding to the Auxiliary Power System

2 概率安全評價

2.1 分析

概率安全評價是以概率論為基礎(chǔ)的風(fēng)險量化評價技術(shù)。PSA是以真實而非保守的方式將所有有關(guān)的資料，包括電廠設(shè)計、建造、運行、維修、設(shè)備可靠性、人員行為、堆芯損壞事故物理過程及其對公眾健康與安全的潛在影響加以綜合分析的一種風(fēng)險評價方法。

此次變更方案新增輔助變壓器，對于方家山一級PSA模型而言，涉及始發(fā)事件頻率、故障樹模型等。

2.2 PSA模型評價

2.2.1 內(nèi)部事件風(fēng)險

本次風(fēng)險評價使用的模型為：方家山功率運行工況內(nèi)部事件一級PSA模型、低功率停堆工況內(nèi)部事件一級PSA模型。模型中主要的PSA要素有電廠運行狀態(tài)分析(POS)，始發(fā)事件(IE)、成功準(zhǔn)則(SC)、事件序列(ES)、系統(tǒng)分析(SY)、人員可靠性分析(HR)和數(shù)據(jù)分析(DA)等，見表2。

表2 功率工況和低功率工況一級PSA模型影響Table 2 The Effect of the First Level PSA Model under Power and Low Power Conditions

(1)始發(fā)事件

變更方案為新增備用變壓器，對于方家山核電廠PSA的始發(fā)事件頻率有所改變。根據(jù)清華大學(xué)的《浙江方家山核電工程外電網(wǎng)可靠性評價》，方家山核電廠外電網(wǎng)指標(biāo)見表3。

表3 方家山核電廠外電網(wǎng)可靠性指標(biāo)Table 3 Reliability Indicators of the Off-site Power Grid of Fangjiashan NPP

根據(jù)分析，此變更僅與ST事件相關(guān)，考慮

共因失效，保守考慮失去外電網(wǎng)的始發(fā)事件頻率變?yōu)?/2λst。始發(fā)事件頻率見圖3。

圖3 IE-TS1A的頻率Fig.3 The Frequency of IE-TS1A

(2)故障樹見圖4。

圖4 新增變壓器故障樹Fig.4 The Fault Tree of Newly Added Transformer

(3)功率工況、低功率及停堆工況結(jié)果見表4、表5。

表4 功率運行工況評價結(jié)果Table 4 Evaluation Results of Power Operating Condition

表5 低功率及停堆工況評價結(jié)果Table 5 Evaluation Results of Low and Shutdown Conditions

2.2.2 乏燃料水池模型

使用方家山乏燃料水池PSA模型，始發(fā)事件與故障樹模型修改類似于內(nèi)部事件一級PSA。乏燃料水池PSA的POS清單見表6，乏池正常貯存和換料操作示意圖見圖5、圖6。

表6 乏燃料水池PSA POS清單Table 6 The PSA POS List of the Spent Fuel Pool

圖5 乏燃料水池正常貯存工況示意圖Fig.5 The Schematic of the Spent Fuel Pool under Normal Storage Condition

圖6 乏燃料水池?fù)Q料操作示意圖Fig.6 The Schematic of Spent Fuel Pool Refueling Operation

乏燃料水池PSA評價結(jié)果見表7。

表7 乏燃料水池評價結(jié)果Table 7 Evaluation Results of the Spent Fuel Pool

3 結(jié)果與討論

通過以上分析，利用PSA分析工具能夠從定量角度對輔助電源新增變壓器提供風(fēng)險評價?？梢钥吹剑敬巫兏略鲚o助變壓器，CDF值明顯下降，安全性明顯提升。通過本次的應(yīng)用實例，有以下幾點值得探討：

1)電廠做變更計劃時，往往考慮此變更對于核安全降低了多少，是否符合監(jiān)管要求等。通過此次評價也可以量化電廠變更對于核安全性的提升。

2)國內(nèi)M310同類型機組新增輔助變壓器時都可以采用上述的分析方法來進行風(fēng)險評價。

3)電廠對于PSA應(yīng)用的實際需求在增加，比如風(fēng)險監(jiān)測器(Risk Monitor)，它可以實時監(jiān)測機組的狀態(tài)，給出風(fēng)險配置管理，不僅在功率運行期間，大修期間同樣可以適用，這就很好地解決了功率運行大修期間對于風(fēng)險的監(jiān)測，給出風(fēng)險建議，確保機組安全穩(wěn)定。