故障樹法在壓水堆一回路功率波動原因分析中的應(yīng)用

吳建如 段貽杰

摘要：壓水堆核電站在正常運行過程中，維持反應(yīng)堆核功率的穩(wěn)定，對保證電站的核安全至關(guān)重要。文章在核電站實際運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，利用故障樹理論對各種可能導(dǎo)致反應(yīng)堆一回路功率異常波動的原因進(jìn)行了分析，繪制了故障樹，并提出了處理方案。研究有助于電廠技術(shù)人員更快更準(zhǔn)確地定位設(shè)備故障原因并及時處理。

關(guān)鍵詞：故障樹;壓水堆;功率波動

壓水堆核電站在功率運行期間，維持反應(yīng)堆一回路功率穩(wěn)定對核安全至關(guān)重要，功率的異常波動會引起堆芯反應(yīng)性等一系列參數(shù)的波動，嚴(yán)重時會威脅到反應(yīng)堆的安全。因此，有必要對壓水堆核電站一回路功率波動的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析和總結(jié)。故障樹分析法（FTA）是一種將故障形成的原因由整體到部分按樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐級細(xì)化劃分的分析方法，是核動力行業(yè)重要的安全分析方法之一。

1 構(gòu)建故障樹

功率運行過程中造成壓水堆核電站一回路功率波動的原因，結(jié)合核物理關(guān)于反應(yīng)性的影響因素，主要有以下幾個方面：（1）一回路冷卻劑硼濃度的變化;（2）反應(yīng)堆控制棒的插入或提出;（3）一回路溫度的異常變化;（4）反應(yīng)堆燃料毒物（主要是指燃料中氙濃度）的變化。故障樹選取反應(yīng)堆功率波動作為頂事件，故障樹圖如下所示。

2 故障原因分析及應(yīng)對措施

結(jié)合故障樹，下面分別從四個方面對造成功率波動的原因進(jìn)行分析。

2.1 反應(yīng)堆一回路硼濃度的變化

壓水堆核電站一回路冷卻劑中選擇加入硼10用于補償燃耗，因此冷卻劑中硼濃度的改變將直接影響著反應(yīng)堆的中子通量，進(jìn)而影響功率。引起冷卻劑中硼濃度改變的原因主要有以下幾種：①低硼濃度水進(jìn)入一回路造成硼濃度降低，可能情況主要有誤稀釋、設(shè)備冷卻水向一回路泄漏、樹脂凈化單元意外投入、管道殘水進(jìn)入一回路。②高硼濃度水進(jìn)入一回路，可能情況有誤硼化、安全注入系統(tǒng)意外動作、管道殘留硼酸進(jìn)入一回路、換料水箱高濃度硼水進(jìn)入一回路。③新配置的硼酸不合格導(dǎo)致硼10豐度發(fā)生改變。對于此類故障的診斷，通?？梢酝ㄟ^在線硼濃度監(jiān)測儀表讀數(shù)的變化進(jìn)行甄別。如果出現(xiàn)此類情況，建議立即根據(jù)一回路功率的變化情況，先通過稀釋或硼化的方法維持反應(yīng)堆功率穩(wěn)定，然后再根據(jù)故障原因，逐個消除。

2.2 反應(yīng)堆控制棒的插入或提出

壓水堆核電站設(shè)置有控制棒，用于堆芯反應(yīng)性改變的快速響應(yīng)，主要分停堆棒、功率棒和溫度棒。任何棒組棒位的改變均會引起堆芯反應(yīng)性的改變，而且速度較快。出現(xiàn)故障的原因有以下幾個方面：①彈棒/落棒事故，此類情況為反應(yīng)堆設(shè)計基準(zhǔn)事故，事件發(fā)生后可能導(dǎo)致一回路破口或停堆等事故，由專用的事故規(guī)程進(jìn)行處理。②控制棒自動控制系統(tǒng)異常，可能導(dǎo)致控制棒非預(yù)期地上提或下插，這類情況可以通過控制棒棒位監(jiān)測系統(tǒng)快速發(fā)現(xiàn)異常。此類故障處理較為簡單，將控制棒轉(zhuǎn)為手動控制即可。③人為誤操作。

2.3 一回路溫度的異常變化

壓水堆核電站在實際運行過程中，反應(yīng)堆功率的異常變化，其絕大多數(shù)情況均是由于一回路冷卻劑溫度的變化所致，進(jìn)而導(dǎo)致一回路功率的波動。因此，對一回路溫度變化原因的分析，是整個故障樹的重點。

（1）蒸汽發(fā)生器給水溫度降低。蒸汽發(fā)生器給水溫度降低，直接會影響蒸汽發(fā)生器傳熱管的二次側(cè)溫度。其主要原因有高壓/低壓給水加熱器加熱不足、除氧器壓力下降、備用主給水泵意外啟動等。

（2）二回路蒸汽量突然變化。蒸汽量增加的主要原因有汽輪機蒸汽調(diào)節(jié)閥意外開大、汽輪機熱效率降低（疏水閥意外開啟、回?zé)岢槠?、冷凝器真空異常等）、汽輪機負(fù)荷意外增大、蒸汽旁路排放系統(tǒng)意外投入、其他蒸汽用戶的突然投入和退出。蒸汽量減少的原因主要是由于汽輪機主汽門的瞬間關(guān)閉，但隨后由于效率變差，其他主汽門又會逐步開大。

（3）蒸汽發(fā)生器二次側(cè)蒸汽的異常泄漏。主要分反應(yīng)堆廠房內(nèi)給水管道/蒸汽管道的泄漏、反應(yīng)堆廠房外蒸汽管道的泄漏。對于此類故障，反應(yīng)堆設(shè)計時已將其作為基準(zhǔn)事件進(jìn)行了考慮，由專用的故障規(guī)程進(jìn)行處理。但對于微小的泄漏，則必須做進(jìn)一步的分析。而對于此類故障最明顯的特征則是二回路水裝量的減少。

（4）汽輪發(fā)電機組負(fù)荷突變。汽輪發(fā)電機運行過程，由于外電網(wǎng)等外部因素及汽輪發(fā)電機自身的原因，導(dǎo)致其負(fù)荷快速變化。在這種情況下，由于反應(yīng)堆功率變化相對較為滯后，通常會引起一回路溫度的異常變化。

（5）一回路冷卻劑的意外流失。這類故障會引起其他更重要參數(shù)的變化，此處不做進(jìn)一步分析。

對于此類的故障，尤其二回路汽輪發(fā)電機相關(guān)異常引起的一回路溫度變化，控制策略首先應(yīng)該是控制一回路功率以防止反應(yīng)堆超功率，而非故障本身的處理。常用的處理方法即改變二回路汽輪發(fā)電機組的出力，或者限制二回路蒸汽流量。

2.4 反應(yīng)堆毒物的變化

壓水堆核電機組，在燃料毒物方面主要考慮Xe毒。在機組功率變化或者氙振蕩試驗等工況后的一段時間內(nèi)，會發(fā)生局部的氙振蕩引起功率的變化，尤其在最初的24h內(nèi)。對于這種情況，只需要根據(jù)反應(yīng)堆一回路溫度變化趨勢，通過稀釋/硼化或者控制棒加以干預(yù)即可。

3 結(jié)語

本文應(yīng)用故障樹的分析方法，對某大型商用壓水堆核電站反應(yīng)堆一回路功率異常變化的原因進(jìn)行了分析，繪制了功率異常變化的故障樹，有助于電廠運行人員更快、更準(zhǔn)確地定位故障原因并及時處理機組瞬態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉東，等.基于故障樹的某型船主冷凝器真空偏低原因分析.船舶工程，2016，增刊2.

[2]濮繼龍.大亞灣核電站運行教程.原子能出版社，1999.