方家山核電廠輔助外電源不可用的概率安全評(píng)價(jià)

鄒勝佳， 王 臣

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京100044）

1 背景

方家山核電廠輔助外電源是來自于秦方2P70 線路，由于秦一廠320MW 機(jī)組主控室的盤臺(tái)改造期間秦方2P70 需停運(yùn)，造成方家山輔助外電源不可用，會(huì)對(duì)方家山電廠的外電源供電產(chǎn)生影響， 在輔助外電源停役期間會(huì)對(duì)PSA 分析中喪失廠外電始發(fā)事件頻率及PSA 分析中各始發(fā)事件緩解過程中相關(guān)緩解系統(tǒng)的供電可靠性產(chǎn)生影響，從而對(duì)電站安全水平產(chǎn)生影響。

2 電源介紹

方家山機(jī)組的廠用電電源包括： 發(fā)電機(jī)組供電、500kV 主外電網(wǎng)、220kV 輔助外電網(wǎng)、 柴油發(fā)電機(jī)組和附加柴油發(fā)電機(jī)組。

機(jī)組在正常運(yùn)行條件下， 廠用電設(shè)備配電系統(tǒng)由機(jī)組24kV 母線經(jīng)過高壓廠用變壓器供電。 24kV 母線在機(jī)組運(yùn)行時(shí)由發(fā)電機(jī)供電， 當(dāng)發(fā)電機(jī)停運(yùn)時(shí)則由500kV 超高壓電網(wǎng)經(jīng)過開關(guān)站及主變壓器向廠內(nèi)系統(tǒng)供電。 如果24kV 母線失電或高壓廠變故障，則由220kV 電網(wǎng)經(jīng)過輔助變壓器向常備、應(yīng)急和共用設(shè)備供電。 如果主電網(wǎng)和輔助電網(wǎng)均失電時(shí)，則由柴油發(fā)電機(jī)向應(yīng)急設(shè)備供電。 廠用電電源結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 廠用電電源結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Factory use power structure diagram

3 確定論分析

根據(jù)安全要求， 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故及瞬態(tài)分析的初始條件假設(shè)專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)是可運(yùn)行的。 交流電源的設(shè)計(jì)用以提供足夠的容量、能力、多重性及可靠性以保證向?qū)ＴO(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)提供必需的動(dòng)力，使燃料、反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)及安全殼設(shè)計(jì)限值不會(huì)超出。當(dāng)主電源失去時(shí)，要求輔助電源向機(jī)組所有專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)及其他安全系統(tǒng)供電。 失去輔助電源將嚴(yán)重降低裝置的可靠性。

方家山《運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》中在RP 模式下規(guī)定[1]：

兩個(gè)廠的外電源必須可用。

根據(jù)上面的規(guī)定，“相鄰機(jī)組應(yīng)處于除了電網(wǎng)管理操作外，對(duì)輔助電源沒有要求的狀態(tài)”規(guī)定了兩臺(tái)機(jī)組中一臺(tái)在RP 模式運(yùn)行，一臺(tái)進(jìn)入對(duì)輔助外電源沒有要求的狀態(tài)， 但是配合秦一廠大修方家山輔變停役時(shí)方家山兩臺(tái)機(jī)組都在RP 模式下；同時(shí)也不適用“輔助電源在8 小時(shí)內(nèi)恢復(fù)可用”限制要求，故需要向國家核安全局特許申請(qǐng)。

“如果附加柴油機(jī)是可用的且沒有任何其它的第一組事件，開始后撤期限可以延長(zhǎng)為7 天”，但是附加柴油發(fā)電機(jī)兩個(gè)機(jī)組只有一臺(tái)， 不能滿足兩個(gè)機(jī)組的共同需求，所以其中一臺(tái)機(jī)組可以使用“開始后撤期限可以延長(zhǎng)為7 天”的延長(zhǎng)時(shí)間，但是另外一臺(tái)機(jī)組只能維持“24 小時(shí)內(nèi)機(jī)組開始向NS/RRA 模式后撤”，所以要盡量縮短輔變停役時(shí)間。

4 概率論評(píng)價(jià)方法與過程

4.1 導(dǎo)則

《概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)用于特定電廠許可證基礎(chǔ)變更的風(fēng)險(xiǎn)指引決策方法》RG1.174（NNSA-0147）[2]是美國核管理委員會(huì)批準(zhǔn)出版的，其為應(yīng)用概率安全評(píng)價(jià)（PSA）給出風(fēng)險(xiǎn)指引方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)RG1.174（NNSA-0147）導(dǎo)則的分析流程和分析方法， 在方家山核電廠功率運(yùn)行工況內(nèi)部事件一級(jí)PSA模型、二級(jí)PSA 模型、內(nèi)部火災(zāi)模型、內(nèi)部水淹模型、地震模型及其他外部風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上定量計(jì)算。

根據(jù)RG1.174（NNSA-0147），評(píng)估CDF、LERF 增量的可接受準(zhǔn)則，見圖2、圖3：

（1）所計(jì)算的CDF 增量很小，如小于1E-06 每堆年（區(qū)域Ⅲ），則無論是否計(jì)算了總CDF，都可以接受。

（2） 所計(jì)算的CDF 增量在10-6～10-5每堆年之間時(shí)，只有當(dāng)合理地證明總CDF 小于10-4每堆年（區(qū)域II）時(shí)，才會(huì)考慮接受。

（3）可能導(dǎo)致CDF 增量大于10-5每堆年（區(qū)域I），通常不會(huì)接受。

（4）LERF 準(zhǔn)則與CDF 類似，但相應(yīng)小一個(gè)量級(jí)。

圖2 堆芯損壞頻率（CDF）的可接受準(zhǔn)則Fig.2 Acceptance guidelines for core damage frequency（CDF）

圖3 早期大量釋放頻率（LERF）的可接受準(zhǔn)則Fig.3 Acceptance guidelines for large early release frequency（LERF）

4.2 模型評(píng)價(jià)

4.2.1 內(nèi)部事件風(fēng)險(xiǎn)

評(píng)價(jià)使用的模型為方家山功率運(yùn)行工況內(nèi)部事件一級(jí)PSA 模型、 內(nèi)部事件二級(jí)PSA 模型。 模型中主要的PSA 要素有始發(fā)事件、成功準(zhǔn)則、事件序列、系統(tǒng)分析、人員可靠性分析和數(shù)據(jù)分析等。

表1 內(nèi)部事件一級(jí)PSA 模型影響及修改Tab.1 Influence and modification of internal event level 1 PSA model

模型修改前的CDF0為7.25E-6/堆年，模型修改后的CDF1值 為8.85E-6/堆 年，ΔCDF= CDF1-CDF0=1.6E-6/堆年。 LOOP 事件CDF0為5.21E-07，CDF1為1.72E-06，故ΔCDF= CDF1-CDF0=1.2E-6/堆年。

使用方家山二級(jí)模型PSA 模型，LOOP 始發(fā)事件導(dǎo)致CD 后進(jìn)一步導(dǎo)致LERF 的條件概率為0.17，保守估計(jì)LERF 的增量為：

ΔLERF=1.2E-6×0.17＋4E-7=6.0E-7/堆年

表2 內(nèi)部事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Risk assessment results of internal event

4.2.2 內(nèi)部火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

使用方家山內(nèi)部火災(zāi)PSA 模型，模型修改類似于內(nèi)部事件一級(jí)PSA，由于未開發(fā)內(nèi)部火災(zāi)二級(jí)PSA 模型，保守假定火災(zāi)CDF 增量=火災(zāi)LERF 增量。 評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 內(nèi)部火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Risk assessment results of internal fire

4.2.3 內(nèi)部水淹風(fēng)險(xiǎn)

使用方家山內(nèi)部水淹PSA 模型， 模型修改類似于內(nèi)部事件一級(jí)PSA，由于未開發(fā)內(nèi)部水淹二級(jí)PSA 模型，保守假定水淹CDF 增量=水淹LERF 增量。 評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

表4 內(nèi)部水淹風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Risk assessment results of internal flooding

4.2.4 地震及其他內(nèi)外部風(fēng)險(xiǎn)

地震PSA 模型中假定發(fā)生地震情況下整個(gè)廠外電源（主外電源及輔外電源）不可用，因此輔外電源不可用對(duì)地震PSA 結(jié)果無影響。

根據(jù)《秦山核電廠擴(kuò)建項(xiàng)目（方家山核電工程）外部事件識(shí)別篩選與包絡(luò)分析報(bào)告》[3]， 除龍卷風(fēng)保留開展包絡(luò)分析以外，其他外部事件根據(jù)篩選準(zhǔn)則篩除，對(duì)機(jī)組風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)可以忽略。 包絡(luò)分析得到的龍卷風(fēng)CDF 為3.89E-08/堆年，由于龍卷風(fēng)將同時(shí)導(dǎo)致主、輔外電源喪失，輔外電源不可用對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)無影響。

4.3 小結(jié)與建議

綜合以上分析，2P70 線路停役導(dǎo)致CDF 增量為1.16E-08/堆年；LERF 增量為6.08E-09/堆年。

根據(jù)RG1.174（NNSA-0147），評(píng)估CDF、LERF 增量的可接受準(zhǔn)則，均落在區(qū)域Ⅲ，可以接受[2]。

表5 RS 軟件導(dǎo)出的最小割集Tab.5 MCS of RS Software

從表5 中可以看出，第一個(gè)最小割集中，當(dāng)失去廠外電后，LHP 柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行失效，RRI004RF 處于試驗(yàn)維修不可用時(shí)，失去了冷卻水，此時(shí)發(fā)生軸封泄露，導(dǎo)致堆芯損壞；第二個(gè)最小割集與第一個(gè)相似；第三個(gè)最小割集中，當(dāng)發(fā)生安全殼外主蒸汽隔離破口，當(dāng)RCV 泵由于供應(yīng)失效，均無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致堆芯損壞。

所以在輔變停役期間，要格外關(guān)注上述設(shè)備，加強(qiáng)巡檢、停止重要設(shè)備的預(yù)防性維修或試驗(yàn)，采用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)器（Risk Monitor）對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)配置管理與監(jiān)督等。

在2P70 線路停役期間，LOOP 事件的風(fēng)險(xiǎn)有明顯增加，從盡量規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)提高安全性而言，要采取一些措施對(duì)機(jī)組的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理與控制。 從而有針對(duì)性地采取措施降低廠外電源喪失和全廠斷電所帶來的風(fēng)險(xiǎn)， 需要關(guān)注的設(shè)備和風(fēng)險(xiǎn)管理措施建議如下：

（1）關(guān)注主外電網(wǎng)的運(yùn)行情況，加強(qiáng)巡檢，如果失去主外電網(wǎng)后會(huì)導(dǎo)致LOOP 事件。 加強(qiáng)柴油發(fā)電機(jī)的巡檢，禁止在輔助外電網(wǎng)停役期間進(jìn)行柴油機(jī)的預(yù)防性維修或試驗(yàn)，SEC/RRI 熱交換器禁止試驗(yàn)維修不可用等。

（2）在輔助外電網(wǎng)維修期間，禁止其他外電源、開關(guān)站和6.6KV 交流應(yīng)急母線上的維修和試驗(yàn)，同時(shí)可以將移動(dòng)電源就位在方家山1/2 號(hào)機(jī)組處于備用狀態(tài)，以備需求。

（3）在實(shí)施停役前，方家山核電廠1/2 號(hào)機(jī)組需對(duì)所有柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行定期試驗(yàn)，確保其可用性。

（4）規(guī)避外部事件的影響，例如：臺(tái)風(fēng)和雷暴等惡劣天氣容易使廠外電源收到影響，因此，在有惡劣天氣預(yù)報(bào)時(shí)必須暫?；蜓雍筝o外電源的停役。

（5）在實(shí)施輔變停役前，方家山核電廠1/2 號(hào)機(jī)組值班的操縱員在模擬機(jī)進(jìn)行失去廠外電、 全廠失電等的事故演練。

（6）在輔助外電網(wǎng)停役期間，采用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)器（Risk Monitor）對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)配置管理與監(jiān)督。

5 結(jié)果與討論

通過以上分析， 利用PSA 分析工具能夠從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)輔助電源停役事件做風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。 通過方家山輔變停役在電廠的應(yīng)用實(shí)例，有以下幾點(diǎn)值得探討：

（1）電廠對(duì)于PSA 應(yīng)用的實(shí)際需求在增加，比如風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)器（Risk Monitor），它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組的狀態(tài)，給出風(fēng)險(xiǎn)配置管理，不僅在功率運(yùn)行期間，大修期間同樣可以適用， 這就很好地解決了功率運(yùn)行大修期間對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)，給出風(fēng)險(xiǎn)建議，確保機(jī)組安全穩(wěn)定。

（2）國內(nèi)M310 同類型機(jī)組輔變停役時(shí)都可以采用上述的分析方法來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

（3）電廠做好本次停役期間的相關(guān)信息，以便保證以后此類活動(dòng)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)處于可控狀態(tài)。

（4）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)就地人員事故演練，平時(shí)在模擬機(jī)房演練的都是操縱員，發(fā)生事故時(shí)，同時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)就地人員參與，所以要在事故演練中加強(qiáng)就地人員的現(xiàn)場(chǎng)操作水平。