核電廠穩(wěn)壓器安全閥再供電意義及問題分析

陳鵬　張金國(guó)

摘要：在壓水堆核電站一回路壓力保護(hù)功能中穩(wěn)壓器安全閥是非常重要的設(shè)備，通常是設(shè)置在穩(wěn)壓器頂部隔間，這個(gè)隔間的空間很小，活動(dòng)多等特征，所以，需要梳理穩(wěn)壓器安全閥隔間的物質(zhì)和各個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)，從而對(duì)空間進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，進(jìn)而確保穩(wěn)壓器的一回路壓力保護(hù)功能。本文主要分析了核電廠穩(wěn)壓器安全閥再供電意義及問題。

關(guān)鍵詞：核電站;穩(wěn)壓器;安全閥隔間;綜合布置

1 穩(wěn)壓器安全閥使用的意義

福島事故發(fā)生以后，中國(guó)在役及在建核電站針對(duì)福島事故進(jìn)行總結(jié)整改工作，其中福島事故后穩(wěn)壓器安全閥再供電工作作為堆芯余熱排出重要手段，也是當(dāng)中重要的整改工作之一。

根據(jù)福島當(dāng)時(shí)事故的背景，如果核電站發(fā)生全廠斷電事故工況（SBO），如何順利排出堆芯余熱將成為事故處理首要工作。為應(yīng)對(duì)極限事故工況堆芯冷卻，核電站在保留原有安全措施的基礎(chǔ)上增設(shè)了福島事故后一、二回路等應(yīng)急補(bǔ)水改造。當(dāng)一回路自然循環(huán)可以建立且二回路緊急排熱路徑暢通，則首先考慮利用二回路排出堆芯余熱，此時(shí)二回路應(yīng)急補(bǔ)水產(chǎn)生作用;當(dāng)二回路排熱手段不可用時(shí)，為防止高壓熔堆情況的發(fā)生，在嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則中要求在綜合評(píng)估泄壓的好處和潛在風(fēng)險(xiǎn)的前提下，對(duì)一回路進(jìn)行降壓操作。通過開啟穩(wěn)壓器安全閥使一回路的壓力降低到一定水平。當(dāng)成功實(shí)施一回路泄壓后，則可根據(jù)相關(guān)規(guī)程和嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則的要求，通過實(shí)施一回路應(yīng)急補(bǔ)水，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)堆芯的冷卻。

當(dāng)二回路排熱手段不可用需要一回路補(bǔ)水操作時(shí)，如何確保穩(wěn)壓器安全閥的長(zhǎng)時(shí)間開啟成為一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，只有穩(wěn)壓器安全閥的可靠開啟才能保證一回路的泄壓和應(yīng)急補(bǔ)水的注入，而同時(shí)保證穩(wěn)壓器安全閥的長(zhǎng)時(shí)間開啟才能確保應(yīng)急補(bǔ)水帶走熱量流出，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)堆芯的冷卻。

2穩(wěn)壓器安全閥運(yùn)行原理

當(dāng)穩(wěn)壓器壓力低于先導(dǎo)閥的整定壓力時(shí)，先導(dǎo)閥的傳動(dòng)桿在上面位置，先導(dǎo)盤R1開啟，使主閥活塞上部與穩(wěn)壓器接通。由于主閥活塞的表面積比閥瓣的大，因而安全閥關(guān)閉。

當(dāng)穩(wěn)壓器壓力升高時(shí)，它作用在先導(dǎo)活塞上，并且使先導(dǎo)傳動(dòng)桿向下，先導(dǎo)盤R1使主閥活塞與穩(wěn)壓器隔離，此時(shí)安全閥仍保持關(guān)閉。

當(dāng)穩(wěn)壓器壓力達(dá)到先導(dǎo)閥的整定壓力時(shí)，先導(dǎo)傳動(dòng)桿進(jìn)一步向下，先導(dǎo)盤R2開啟，主閥活塞上部容納的流體排出，作用在主閥閥瓣上的穩(wěn)壓器壓力使安全閥開啟。

當(dāng)穩(wěn)壓器壓力降低時(shí)，先導(dǎo)傳動(dòng)桿上升，首先關(guān)閉先導(dǎo)盤R2，開啟先導(dǎo)盤R1，然后使主閥活塞上部與穩(wěn)壓器接通，于是安全閥關(guān)閉。安全閥在低于其整定壓力下，通過使電磁線圈通電，可以強(qiáng)迫“開啟”。如果先導(dǎo)盤R1處于開啟位置（即壓力低于先導(dǎo)盤R1的整定壓力），通過使電磁線圈斷電，在主閥活塞上可以重新建立壓力并關(guān)閉安全閥。相反，如果先導(dǎo)盤R1維持關(guān)閉（壓力高于R1的整定壓力），則不能重新建立壓力，而且安全閥維持開啟狀態(tài)。

3穩(wěn)壓器安全閥再供電方式中的問題分析

3.1 就地箱內(nèi)整流器維護(hù)問題

作為穩(wěn)壓器安全閥再供電整改中最重要的設(shè)計(jì)，就是增加兩個(gè)就地插座箱來為穩(wěn)壓器安全閥組提供額外的動(dòng)力支持，而在就地插座箱中最重要的元器件就是整流器。配電箱內(nèi)的整流器需要能夠?yàn)橄掠呜?fù)載提供穩(wěn)定可靠的48V直流電源，以保證在事故工況下穩(wěn)壓器安全閥組的可靠動(dòng)作。就地配電箱內(nèi)的整流器全稱應(yīng)該為高頻開關(guān)整流器，這種高頻開關(guān)整流器與傳統(tǒng)的相控整流器相比，具有體積小、重量輕、功率因數(shù)高、可聞噪聲低和效率高的特點(diǎn)。“高頻開關(guān)電源整流器的工作原理：交流電源接入整流模塊，經(jīng)濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉(zhuǎn)換為高頻交流，最后經(jīng)高頻變壓器、整流橋、濾波器后輸出平穩(wěn)直流”。由于整流器元器件在再供電系統(tǒng)中的重要性，因而需要對(duì)整流器進(jìn)行必要的檢修維護(hù)工作，對(duì)整流器開展定期的維護(hù)工作包括：

1）檢查確認(rèn)整流器外觀無污漬、潮氣侵蝕，無明顯被壓破損壞痕跡，接線端子螺絲齊全。

2）檢查整流器電源輸入輸出側(cè)接線端子表面平整，無金屬熔化及燒傷痕跡。

3）使用250V兆歐表測(cè)量一次側(cè)對(duì)地絕緣電阻不小于0.5MΩ。

4）使用50V兆歐表測(cè)量二次側(cè)對(duì)地絕緣電阻不小于0.5MΩ。

5）一次側(cè)接入220V交流電源，測(cè)量二次側(cè)空載輸出電壓應(yīng)有穩(wěn)定的DC 48V±10%電壓。

6）二次側(cè)接入變阻器負(fù)載，測(cè)量輸出電壓紋波系數(shù)，不大于2%。

高頻開關(guān)整流器內(nèi)有一個(gè)用于對(duì)功率開關(guān)器件提供啟動(dòng)電流的電阻，該電阻長(zhǎng)期通電發(fā)熱會(huì)發(fā)生損壞從而引起整流器無法使用。但是如果整流器長(zhǎng)期不通電工作使用，整流器內(nèi)的濾波電容元器件經(jīng)常沒有進(jìn)行充放電活化，更易導(dǎo)致濾波電容性能的下降從而整流器整體損壞。兩者相比較而言，整流器開關(guān)更適合處于長(zhǎng)期通電狀態(tài)，因?yàn)楝F(xiàn)在就高頻開關(guān)整流器技術(shù)而言，啟動(dòng)電阻相比較濾波電容而言更加耐用可靠。

3.2 應(yīng)急情況下，人因失誤問題

縱觀歷史上發(fā)生的兩次大的核事故當(dāng)中，人因失誤問題對(duì)事故的范圍擴(kuò)大造成了重要影響。切爾諾貝利事故調(diào)查中主要是由兩個(gè)因素共同造成的：一是其反應(yīng)堆設(shè)計(jì)不完善，尤其是沒有安全殼;二是嚴(yán)重的人因錯(cuò)誤和管理缺陷，即運(yùn)行人員多次嚴(yán)重而粗暴地違反安全條例和操作規(guī)程，進(jìn)行了一系列錯(cuò)誤的操作和處理。美國(guó)三哩島事故調(diào)查總統(tǒng)委員會(huì)在事故報(bào)告中認(rèn)定，是設(shè)備故障導(dǎo)致事故發(fā)生，但是操作者的失誤也是導(dǎo)致此次事故的主要原因。人誤致使設(shè)備故障，設(shè)備故障引發(fā)了事件，運(yùn)行人員（包括操縱員、工程師和主管）沒有及時(shí)診斷出系統(tǒng)的真實(shí)情況，采取了錯(cuò)誤的操作，使一個(gè)小的事件擴(kuò)大為嚴(yán)重事故。因此，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)情況緊急，任何人都有可能發(fā)生誤操作情況。

在正常運(yùn)行期間，由于為了防止機(jī)架UP電源反送電至RCP100CR/RCP200CR內(nèi)的各個(gè)插座上，敷設(shè)至穩(wěn)壓器安全閥機(jī)架UP出線側(cè)的電纜只將接頭做好，并將接頭進(jìn)行絕緣包扎，但是并不接入系統(tǒng)。只是在發(fā)生SBO事故工況時(shí)，由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程，判斷電纜是否需要接入U(xiǎn)P對(duì)穩(wěn)壓器安全閥進(jìn)行再供電。如果事故發(fā)生，需要將在供電電纜接入系統(tǒng)，這時(shí)候就需要運(yùn)行人員再通知維修應(yīng)急人員在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)進(jìn)行安裝，如果現(xiàn)場(chǎng)工作人員由于情況緊急發(fā)生了誤操作或者沒有將電源進(jìn)行可靠安裝，這樣就失去了穩(wěn)壓器安全閥再供電的實(shí)際意義。

鑒于以上問題，可以在大修期間提前將穩(wěn)壓器安全閥機(jī)架UP出線側(cè)的電纜接入穩(wěn)壓器安全閥的電磁閥電源上，而在就地配電箱RCP100CR和RCP200CR內(nèi)的插頭上配備有鉸鏈保護(hù)罩蓋，平時(shí)由鉸鏈保護(hù)罩蓋將插頭與外界隔離開來，防止設(shè)備短路。而在緊急工況下，由運(yùn)行人員執(zhí)行操作安全規(guī)程，現(xiàn)將穩(wěn)壓器安全閥機(jī)架UP電源開關(guān)斷開，然后按照插頭上的標(biāo)識(shí)與插座上的標(biāo)識(shí)一一對(duì)應(yīng)插接，同時(shí)對(duì)RCP100CR和RCP200CR兩個(gè)就地配電箱進(jìn)行供電，能夠及時(shí)有效地完成對(duì)穩(wěn)壓器安全閥再供電，從而在應(yīng)急工況下減少了由于人因失誤造成一定的嚴(yán)重后果。

結(jié)束語：

穩(wěn)壓器安全閥組可靠再供電問題是在福島事故發(fā)生后，人們對(duì)于堆芯壓力容器可靠降壓并排除堆芯余熱功能的再探討整改工作。本文對(duì)核電站在極限工況下的事故和處理進(jìn)行描述，進(jìn)而對(duì)穩(wěn)壓器安全閥再供電整改工作進(jìn)行剖析，并提出其他較好的解決方案。

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