淺析方家山核電廠失去全部廠外電源時的運(yùn)行

于振強(qiáng)

【摘 要】針對方家山核電廠失去全部廠外電源的事故工況，本文簡要介紹了方家山核電廠廠外電源系統(tǒng)的功能及組成，分析了失去全部廠外電源對方家山核電機(jī)組的影響，并闡述了操作員在該事故下所應(yīng)該進(jìn)行的退防操作，以避免事故擴(kuò)大并限制或者減輕事故的后果。

【關(guān)鍵詞】方家山核電廠；廠外電源；主變；高壓廠變；輔助電源系統(tǒng)；柴油發(fā)電機(jī)組

中圖分類號： TM314；TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）09-0112-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.052

Analysis for the operation about Fangjiashan Nuclear Power Plant losing both external power supplies

YU Zhen-qiang

（CNNC Nuclear Power Operations Management Co，LTD.，Jiangxi，Zhejiang 314000， China）

【Abstract】For the accident condition of Fangjiashan Nuclear Power Plant losing both external power supplies， this paper introduces the functions and compositions of Fangjiashan Nuclear Power Plants external power supplies， analyses the effects of this accident， and describs the operation which the RO should perform in this condition in order to limit the consequences of the accident and protect the reactor.

【Key words】Fangjiashan Nuclear Power Plant； External Power Supply； Main Transformer； Step-down Transformer；Auxiliary Power Supply； Diesel Auxiliaries

0 概述

本文簡要介紹了方家山核電廠廠外電源系統(tǒng)的功能和組成，并結(jié)合作者在擔(dān)任方家山首批高級操縱員M4階段模擬機(jī)教員的教學(xué)實(shí)踐，主要討論了機(jī)組在失去全部廠外電源情況下的運(yùn)行以及操作員應(yīng)該執(zhí)行的必要退防操作，并初步分析失去廠外電源事故對電站運(yùn)行的影響，重點(diǎn)關(guān)注了失去廠外電源對堆芯冷卻等安全功能的影響。

1 方家山核電廠廠外電源系統(tǒng)的功能及組成

方家山核電廠連接兩路廠外電源，即對每一臺機(jī)組均有兩路廠外電源。

1.1 500kV電力輸電線

方家山核電廠500kV超高壓開關(guān)站共有3回出線，并分別與設(shè)在不同方位的2個變電站連接。500kV超高壓開關(guān)采用GIS設(shè)備。500kV電網(wǎng)保證1、2號機(jī)組的發(fā)電機(jī)輸出電能，并保證兩臺機(jī)組正常啟動和停止時廠用電設(shè)備的供電。

1.2 220kV后備電源

輔助廠用電源由一條220kV線路提供核電廠安全停堆所需的功率，為了滿足2臺機(jī)組的負(fù)荷要求，在電廠側(cè)設(shè)有2臺輔助變壓器，2臺輔助變壓器各設(shè)一段6.6kV母線（9LGR001TB，9LGR002TB），兩段母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)斷路器。

在機(jī)組啟動和停運(yùn)時，由超高壓電網(wǎng)向廠內(nèi)用電設(shè)備供電。如果發(fā)電機(jī)出口母線失壓，并且超高壓電網(wǎng)向廠內(nèi)用電設(shè)備供電失敗或廠用降壓變壓器故障時，由220kV后備電源經(jīng)輔變向廠內(nèi)用電設(shè)備供電。在外電源全部斷電的情況下，由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組向廠內(nèi)應(yīng)急設(shè)備供電。

2 失去廠外電源事故對電站運(yùn)行的影響

3.1同時失去主輔外電源

在500kV超高壓電網(wǎng)故障，機(jī)組孤島運(yùn)行失敗或者高壓廠變故障時，配電盤LGB/C由慢切裝置向9LGR輔助電源切換以恢復(fù)供電。如果9LGR本來就沒有電或者切換回路故障等導(dǎo)致切換過程不成功，這時就會導(dǎo)致配電盤LGB/C全失電，從而導(dǎo)致應(yīng)急配電盤LHA/B全失電，并由此觸發(fā)柴油發(fā)電機(jī)組啟動，使電廠的安全狀態(tài)嚴(yán)重降級。

同時失去主輔外電源后，6.6KV母線失電，從而造成電廠主要設(shè)備停運(yùn)。喪失AC電源使CRDM電源系統(tǒng)（RAM）減速，引起控制棒下插而緊急停堆。失電導(dǎo)致3臺主泵全停，導(dǎo)致反應(yīng)堆堆芯失去強(qiáng)迫循環(huán)，使一回路處于自然循環(huán)狀態(tài)，導(dǎo)出堆芯剩余衰變熱的能力下降，如果此時壓力容器上封頭出現(xiàn)汽腔則會造成自然循環(huán)中斷，使堆芯失去冷卻，可能造成嚴(yán)重的堆芯損壞。另外由于主泵停運(yùn)，正常噴淋失效，在后續(xù)的退防過程中只能使用輔助噴淋來降壓，降壓速度受到限制。失電還會導(dǎo)致3臺電動主給水泵（APA）和3臺凝結(jié)水泵（CEX）跳閘，蒸汽發(fā)生器失去正常給水，此時輔助給水系統(tǒng)（ASG）啟動從而保證蒸汽發(fā)生器的供水，維持蒸汽發(fā)生器的二回路熱阱功能，從而保證堆芯余熱的導(dǎo)出直到余熱排出系統(tǒng)（RRA）的投運(yùn)。循環(huán)水泵（CRF）因失電而停運(yùn)，導(dǎo)致凝汽器不可用，閉鎖了蒸汽到凝汽器排放系統(tǒng)（GCT-c）的運(yùn)行，此時只能通過向大氣排放系統(tǒng)（GCT-a）來冷卻一回路。同時，反應(yīng)堆緊急停堆P4信號觸發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)，而此時閉式冷卻水泵（SRI）停運(yùn)導(dǎo)致潤滑油（GGR）失去冷卻，所以要破壞真空使汽輪機(jī)盡快減速停機(jī)，以防止或者限制軸承的損壞。

2.2 柴油發(fā)電機(jī)啟動后的帶載

柴油發(fā)電機(jī)是廠內(nèi)獨(dú)立的自動啟動應(yīng)急交流電源，它為安全有關(guān)的負(fù)荷提供可靠和足夠的電力，當(dāng)正常電源和后備電源失效時，這個系統(tǒng)能保證電站安全停運(yùn)。

每個系列由一臺柴油發(fā)電機(jī)供電。每臺柴油發(fā)電機(jī)的主貯油罐容量可以滿足柴油發(fā)電機(jī)以額定功率連續(xù)運(yùn)行7天。每臺柴油機(jī)設(shè)置兩套獨(dú)立的壓縮空氣啟動系統(tǒng)，該系統(tǒng)中壓縮空氣罐內(nèi)壓縮氣體的壓力足以保證一臺柴油發(fā)電機(jī)連續(xù)成功啟動5次，每次啟動時間在10秒鐘以內(nèi)，而不需給壓縮空氣罐再充氣。

當(dāng)外部電源失效時，在應(yīng)急母線上探測到低電壓0.8Un（持續(xù)時間0.9秒）是啟動柴油發(fā)電機(jī)的條件之一。一旦柴油發(fā)電機(jī)處于準(zhǔn)備好狀態(tài)（即電壓和頻率在限值范圍內(nèi)），而且低電壓持續(xù)時間長于7秒，則正常電源斷路器001JA跳閘，卸載安全廠用設(shè)備，經(jīng)過001JA與002JA之間的聯(lián)鎖延時后，應(yīng)急電源斷路器002JA閉合，被切除的廠用電設(shè)備又按設(shè)計的帶載程序重新啟動。

1、2號機(jī)組除了每臺機(jī)組設(shè)置了兩臺柴油發(fā)電機(jī)之外，還設(shè)置了一臺共用的現(xiàn)場附加應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)場附加應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時處于備用狀態(tài)，一旦某臺機(jī)組發(fā)生全廠失電事故，現(xiàn)場附加柴油發(fā)電機(jī)組通過0LHT系統(tǒng)向事故機(jī)組的LHA或LHB母線供電?，F(xiàn)場附加應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是按“全替代”的原則設(shè)計的，即它的設(shè)計安全準(zhǔn)則是與其余應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)是一樣的。

3 過渡到退防模式的主要操作

事故規(guī)程I2.2覆蓋了喪失廠外主電源GEW和廠外輔助電源LGR導(dǎo)致的所有故障，事故后應(yīng)急配電盤切換到由柴油發(fā)電機(jī)組供電。I2.2應(yīng)用范圍是從功率運(yùn)行到RRA未連接的中間停堆狀態(tài)。

3.1 操作原則

在確認(rèn)了自動動作，特別是那些與柴油發(fā)電機(jī)組重新加載序列有關(guān)的動作之后，一旦NSSS穩(wěn)定在自然循環(huán)模式的P-T圖規(guī)定的范圍內(nèi)，規(guī)程的具體要求取決于預(yù)計的廠外電源的恢復(fù)時間（從故障開始時算起）。

如果預(yù)期的外部電源恢復(fù)時間小于2小時，并且除氣器可以向ASG水箱補(bǔ)水，則NSSS保持現(xiàn)狀，直到兩個外電源中的一個恢復(fù)為止。否則，一旦NSSS穩(wěn)定，必須把機(jī)組帶到RRA冷卻的中間停堆。在整個操作過程中要一直監(jiān)視LHA/B，在一個LHx失效的情況下，應(yīng)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的規(guī)程I4。

3.2 主要操作說明

（1）由于CRDM電源系統(tǒng)（RAM）斷電，控制棒下插。如果發(fā)生事故時，功率大于P7，則反應(yīng)堆停堆通過主泵轉(zhuǎn)速低低、反應(yīng)堆冷卻劑環(huán)路流量低之一觸發(fā)；如果發(fā)生事故時，功率小于P7，則反應(yīng)堆不能自動停堆，前兩個保護(hù)被閉鎖，建議手動停堆使停堆斷路器打開，觸發(fā)P4信號。

（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓喪失時，應(yīng)該立即與調(diào)度員和開關(guān)站控制室取得聯(lián)系，他們會根據(jù)具體情況采取恢復(fù)措施。

（3）LGx配電盤電壓喪失導(dǎo)致正常給水喪失，主給水泵和APD泵脫扣延時5s和/或LGA/E/F配電盤失電延時6s，將觸發(fā)電動輔助給水泵啟動并全開泵出口閥。若發(fā)生事故時，功率大于P7，則由主泵轉(zhuǎn)速低低觸發(fā)汽動輔助給水泵啟動；若功率小于P7，則蒸汽發(fā)生器水位低低與同一臺蒸汽發(fā)生器給水流量低符合啟動汽動輔助給水泵。ASG系統(tǒng)的啟動導(dǎo)致APG和ARE系統(tǒng)的隔離。

（4）緊急停堆信號P4閉鎖GCT-c第三組閥開啟，在50s后閉鎖第4組閥?？紤]到不可避免的喪失CEX、CRF、CVI將導(dǎo)致凝汽器不可用（C9非）信號來閉鎖GCT-c，為了防止凝汽器的隔板破裂，應(yīng)關(guān)閉GCT-c，使用GCT-a來實(shí)現(xiàn)冷卻。

（5）要求VVP的MSIV緩慢地同時關(guān)閉，以避免一回路過度冷卻，并保持一直有效的“蒸汽管道壓差高”信號提供保護(hù)，因?yàn)闇y溫旁路的P12信號不再有代表性。

（6）在自然循環(huán)模式中，壓力容器上封頭下的死區(qū)水流動減少，該區(qū)容積的冷卻依靠RRM來完成，有必要維持兩臺RRM風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

（7）如果4臺ASG泵都已啟動，給水流量可能引起一回路冷卻劑過冷，建議保持ASG功能可用的同時降低ASG流量。如果3臺蒸汽發(fā)生器的水位增加，并且每臺蒸汽發(fā)生器的ASG流量都超過55m3/h則調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥使流量等于55m3/h。當(dāng)3臺蒸汽發(fā)生器的水位在窄量程，調(diào)節(jié)ASG閥門使蒸汽發(fā)生器水位維持在零負(fù)荷水位，關(guān)閉汽動泵，蒸汽發(fā)生器的水位由一臺ASG電動泵維持。根據(jù)IASG9向ASG水箱補(bǔ)水。

（8）輔助噴淋的使用，用RCV046VP將上充流量調(diào)整到6-9m3/h，以避免下泄孔板后發(fā)生任何不可控的降壓和汽化，同時滿足輔助噴淋水和穩(wěn)壓器之間溫差小于177℃的條件。然后開啟RCV227VP，關(guān)閉RCV050VP并確認(rèn)正常噴淋閥關(guān)閉。

（9）由于CRDM電源系統(tǒng)失電，所有控制棒不能抽出。如果防誤稀釋保護(hù)動作則REA隔離；如果防誤稀釋保護(hù)沒有動作，則根據(jù)DEC規(guī)程隔離REA。

（10）在恢復(fù)供電重新啟動主泵之前，應(yīng)先關(guān)閉正常噴淋閥，并把堆芯出口溫度限制在291.4℃+3℃=294.4℃。蒸汽發(fā)生器的安全閥整定值為8.4MPa和8.6MPa，對應(yīng)的飽和溫度至少299℃，引起不必要開啟的風(fēng)險。

（11）向退防模式轉(zhuǎn)換的第一階段（自然降壓），操縱員要特別注意避免突然冷卻，否則會引起穩(wěn)壓器水位突然下降，從而因活塞效應(yīng)造成壓力下降。自然循環(huán)時大氣釋放閥的最大平均冷卻速率為14℃/h。

（12）自然降壓階段只開啟一個下泄孔板，為下一階段輔助噴淋投入做準(zhǔn)備。兩個孔板運(yùn)行可能會造成補(bǔ)水和一回路冷卻劑之間失去平衡。為了避免活塞效應(yīng)擾亂自然降壓過程，應(yīng)盡可能地維持穩(wěn)壓器的水位穩(wěn)定。

（13）一旦運(yùn)行點(diǎn)達(dá)到P-T圖的左側(cè)，操縱員就可以開始用輔助噴淋降壓。這個操作策略（下轉(zhuǎn)第109頁）（上接第113頁）使得只用輔助噴淋就讓一回路冷卻劑降壓，直到達(dá)到RRA投運(yùn)工況。通過軸封注入使穩(wěn)壓器水位穩(wěn)定在20%左右，可以使每臺泵的軸封水流量增加到4.5m3/h。重新投入有應(yīng)急供電的加熱器RCP005/006RS，有利于穩(wěn)壓器水相的均勻化，通過限制輔助噴淋的效率，可以保證足夠的流量，從而使穩(wěn)壓器的水位控制更加容易。

（14）所有控制棒落下以后，利用應(yīng)急加硼管線盡可能快的向主系統(tǒng)加硼，在G5規(guī)程中給出了冷停堆硼濃度。為了防止任何計劃外的RCV002BA排空，必須將上充泵的吸入口從容控箱切換到換料水箱，以便在REA發(fā)生故障時起到保護(hù)作用。在這種情況下，下泄流導(dǎo)向TEP。在計算需要注入的硼酸總量時，必須考慮RRA環(huán)路的容量，并保守的假設(shè)RRA環(huán)路沒有硼。在計算的含硼水注完后，應(yīng)停止直接加硼，并把上充泵吸入口切回容控箱。

（15）一旦達(dá)到RRA所要求的狀態(tài)，就調(diào)整RRA并將其連接到主系統(tǒng)，只要仍能給ASG水箱供水，就仍由ASG系統(tǒng)維持蒸汽發(fā)生器的余熱導(dǎo)出功能。如果不能給ASG水箱補(bǔ)水或ASG水箱水位降到低低以下，則啟動RRA并維持穩(wěn)壓器汽腔，停運(yùn)電動輔助給水泵。盡管主泵沒有運(yùn)行，一回路壓力仍然維持在2.7MPa左右，以防壓力容器上封頭形成氣腔。

4 結(jié)論

主輔廠外電源全部喪失的主要后果是反應(yīng)堆停堆、主給水喪失、主泵停運(yùn)（而且不能恢復(fù)啟動）、兩路廠外電源喪失、電廠安全狀態(tài)嚴(yán)重降級，操縱員根據(jù)DEC引導(dǎo)規(guī)程迅速轉(zhuǎn)入I2.2規(guī)程。若在預(yù)計2小時之內(nèi)不能恢復(fù)供電或者雖然預(yù)計在2小時之內(nèi)能恢復(fù)但ASG水箱無法補(bǔ)水的情況下，則向后撤到RRA連接的雙相中間停堆狀態(tài)（在這個狀態(tài)下ASG汽動泵可用），以保證反應(yīng)堆有兩種冗余的冷卻手段，最終保證反應(yīng)堆的安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦山核電廠擴(kuò)建項目主變壓器和高壓廠用用變壓系統(tǒng)手冊（GEV）30-H300301S-G05-02 C版 2010.

[2]秦山核電廠擴(kuò)建項目500kV超高壓系統(tǒng)（GEW）30-H300301S-G03-02 C版 2010.

[3]秦山核電廠擴(kuò)建項目輔助電源系統(tǒng)（9LGR）30-H300301S-L02-02 C版 2010.

[4]秦山核電廠擴(kuò)建項目6.6kV交流應(yīng)急配電系統(tǒng)（LHA/B）0706XLHADQB02 A版 2009.

[5]秦山核電廠擴(kuò)建項目6.6kV交流應(yīng)急電源系統(tǒng)（LHP/Q）0706XLHPXTS02 B版 2011.

[6]秦山核電廠擴(kuò)建項目中級運(yùn)行、高級運(yùn)行教材2012.

[7]秦山核電廠擴(kuò)建項目失去全部外電源（兩臺柴油機(jī)可用）時的運(yùn)行規(guī)則 QFX37UOP104N00145SS B版 2011.

[8]秦山核電廠擴(kuò)建項目廠外電源全部喪失（兩臺柴油機(jī)有效）事故規(guī)程 QF-1-EISOP-022-CNO2-OP-PC A版 2012.