核電廠設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電要求分析

堵樹宏，楊慶明

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

核電廠的運(yùn)行發(fā)電和安全響應(yīng)，依賴于核電廠電源系統(tǒng)向廠用電設(shè)備和安全系統(tǒng)設(shè)備供電而實(shí)現(xiàn)。隨著核電安全標(biāo)準(zhǔn)的提高和反應(yīng)堆核電技術(shù)的發(fā)展，反應(yīng)堆技術(shù)、安全系統(tǒng)技術(shù)、輔助系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備選型等設(shè)計(jì)和改進(jìn)，對核電廠電源系統(tǒng)的配套設(shè)計(jì)及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性提出了挑戰(zhàn)。例如，壓水堆核電廠四系列或三系列安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要配置相應(yīng)數(shù)量的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組；隨著壓水堆核電機(jī)組發(fā)電功率提高，廠用設(shè)備用電功率增加，需要增加應(yīng)急柴油機(jī)組容量；安全系統(tǒng)或安全相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備對于直流電源的供電要求，需要提高直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況應(yīng)對措施的增強(qiáng)，對直流系統(tǒng)、專用交流電源等相關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了新的難題；而福島核事故的反饋，對核電廠進(jìn)一步提出了應(yīng)對極端事件的供電等技術(shù)要求。

電源系統(tǒng)作為核電廠的重要組成部分，其設(shè)計(jì)與核電廠的安全密切相關(guān)，既要滿足設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況下反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)設(shè)備對電源供應(yīng)的保障，又要滿足設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況應(yīng)對設(shè)施對電源供應(yīng)的特殊要求，同時(shí)還要使得電源系統(tǒng)本身具有高可靠性和強(qiáng)壯性，減少自身缺陷或故障對核安全造成影響。本文分析了核電廠電源系統(tǒng)的方案配置和設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的要求，研究并提出了設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源的技術(shù)原則和安全對策。

1 核電廠電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其事故響應(yīng)

1.1 核電廠電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通常，核電廠電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括有以下電源。

(1)廠外電源

廠外主電源，主要向包括單元廠用設(shè)備、常備廠用設(shè)備和應(yīng)急廠用設(shè)備在內(nèi)的全廠設(shè)備供電。

廠外輔助電源，在廠外主電源斷電時(shí)，向常備廠用設(shè)備和應(yīng)急廠用設(shè)備供電。有些核電廠的輔助電源還設(shè)計(jì)成向單元廠用設(shè)備供電，以避免失去廠外主電源時(shí)導(dǎo)致緊急停堆。

(2)廠內(nèi)電源

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，在廠外電源喪失時(shí)，向應(yīng)急廠用設(shè)備供電。根據(jù)安全系統(tǒng)技術(shù)特征及冗余理念的不同，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)成安全級或非安全級，與冗余系列相對應(yīng)，數(shù)量有2臺、3臺或者4臺。VVER系列機(jī)組甚至還為非安全級的保障性設(shè)備獨(dú)立設(shè)計(jì)了可靠柴油發(fā)電機(jī)組。

直流和交流不間斷系統(tǒng)的蓄電池，從其儲能獨(dú)立性來說，也是一種廠內(nèi)電源。蓄電池按直流和交流不間斷系統(tǒng)冗余度配置系列數(shù)量，在喪失交流電時(shí)，蓄電池放電以向其用戶提供電源。

SBO電源，采用柴油發(fā)電機(jī)組或者汽輪發(fā)電機(jī)組，作為全廠斷電(SBO)時(shí)的后備電源，向全廠斷電所需的特定設(shè)備供電。根據(jù)設(shè)計(jì)定位及其容量的不同，其供電負(fù)荷可能包括以下設(shè)備的組合：一回路或重要系統(tǒng)的補(bǔ)水設(shè)備、余熱排出相關(guān)設(shè)備、必要蓄電池的充電器、事故后監(jiān)測系統(tǒng)、特定通風(fēng)設(shè)備，甚至嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)備等。SBO電源有時(shí)還設(shè)計(jì)有SBO專用直流系統(tǒng)，如設(shè)計(jì)成與非能動(dòng)系統(tǒng)相匹配。

廠區(qū)附加電源，即廠區(qū)附加柴油發(fā)電機(jī)組。有些核電廠設(shè)計(jì)用于增強(qiáng)全廠斷電的電源恢復(fù)能力。有些核電廠中，廠區(qū)附加電源設(shè)計(jì)作為替代交流電源(AAC)，用于全廠斷電情況下向安全停堆所需設(shè)備供電。該電源往往還用于在正常運(yùn)行期間應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組不可用時(shí)作為應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的替代，以延長其恢復(fù)時(shí)間。

(3)應(yīng)急場所柴油發(fā)電機(jī)組，為應(yīng)急指揮中心的重要用戶提供備用電源。

(4)其他安保相關(guān)電源，例如為實(shí)物保護(hù)等系統(tǒng)提供備用電源的柴油發(fā)電機(jī)組。

(5)臨時(shí)電源，該電源不在電廠所屬固定設(shè)備范圍內(nèi)，在極端情況下喪失全部交流電源時(shí)(包括廠區(qū)附加柴油發(fā)電機(jī)組)，該移動(dòng)式電源為實(shí)施應(yīng)對和恢復(fù)措施提供臨時(shí)動(dòng)力，以緩解事故后果，并為恢復(fù)廠內(nèi)外交流電源提供時(shí)間。

1.2 電源系統(tǒng)事故響應(yīng)

從上述電源的組成和關(guān)系可以看出，核電廠電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)貫徹了縱深防御、多重性、獨(dú)立性等安全原則。因此，某一電源系統(tǒng)故障的后果往往是局限的，引起的機(jī)組瞬態(tài)多屬于二類工況。某一電源系統(tǒng)發(fā)生故障或事故導(dǎo)致核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)瞬態(tài)，觸發(fā)機(jī)組自動(dòng)動(dòng)作如汽機(jī)停機(jī)、緊急停堆等，但電源系統(tǒng)冗余和層級的設(shè)計(jì)，保證機(jī)組輔助系統(tǒng)或反應(yīng)堆安全系統(tǒng)能夠執(zhí)行其功能，因而不引起反應(yīng)堆燃料包殼、一回路壓力邊界、安全殼等任何屏障的破壞。因此，從設(shè)計(jì)基準(zhǔn)來說，某一電源系統(tǒng)甚至多個(gè)電源發(fā)生故障或事故(如廠外電源全部失去)后，依靠其他電源系統(tǒng)，采取必要的糾正措施，核電廠就可以恢復(fù)運(yùn)行或帶入安全停堆狀態(tài)。

對于諸如蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂、LOCA等Ⅲ、Ⅳ類設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，其安全分析是基于安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)來開展的，同時(shí)保守假設(shè)了安全系統(tǒng)和電源系統(tǒng)單一故障，其安全分析結(jié)果也是滿足要求的，而無需要求額外的供電。事故處理規(guī)程響應(yīng)也是如此，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)所達(dá)到的供電安全性和可靠性是核電廠電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要求。

2 設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況及其應(yīng)對措施

2.1 設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況概念

設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況(Design Extension Conditions)概念最先于1992年出現(xiàn)于歐洲用戶要求(EUR)[1]，并逐漸發(fā)展為增強(qiáng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故之外安全的重要概念。國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)于2012年制定的安全標(biāo)準(zhǔn)“Safety of Nuclear Power Plants:Design”(2016年修訂為SSR-2/1)中確定了設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況概念及要求。2016年，我國基于SSR-2/1修訂的HAF 102《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》明確規(guī)定了設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的要求。

將設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況作為核安全要求的規(guī)定內(nèi)容，這對核電廠設(shè)計(jì)提出了新的要求。HAF 102—2016中關(guān)于設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的安全要求主要包括：對核電廠確定一組設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況，以增強(qiáng)核電廠應(yīng)對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況之外的事故的能力；對設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況進(jìn)行分析并明確了驗(yàn)收準(zhǔn)則；針對這些設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況設(shè)計(jì)相應(yīng)的符合要求的安全設(shè)施；實(shí)際消除早期放射性釋放或大量放射性釋放的要求等。

實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的復(fù)雜性和不確定性，目前設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的選取和分析在國內(nèi)外尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 以往超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故概念及其特殊措施

在應(yīng)用設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況以前，二代改進(jìn)型壓水堆等核電廠關(guān)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故之外的應(yīng)對措施，是以考慮核電廠在特定的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(包括選定的嚴(yán)重事故)中的行為來設(shè)計(jì)的。

例如，特定的未堆熔超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故有：未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)、最終熱阱完全喪失、給水全部喪失、全廠斷電、低壓安注泵或安噴泵失效、主蒸汽管道斷裂同時(shí)SGTR等。相應(yīng)的特殊措施主要有：多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、使用換料水箱反冷設(shè)備冷卻水、充排冷卻、汽動(dòng)輔助給水泵提供給水及水壓試驗(yàn)泵補(bǔ)水、LHSI泵與安噴泵互為備用等。

例如，選定的嚴(yán)重事故序列有：功率工況大、中、小LOCA且安注系統(tǒng)、安噴系統(tǒng)失效，功率工況喪失熱阱且主泵軸封破口，功率工況給水全部喪失且充排冷卻失效，功率工況全廠斷電且主泵軸封破口、輔助給水汽動(dòng)泵失效，功率工況喪失給水且緊急停堆失效，功率工況主蒸汽管道大破口且充排冷卻失效，功率工況蒸汽發(fā)生器兩根傳熱管破裂且高壓安注失效，一回路微開狀態(tài)余排管道小破口等。針對以上嚴(yán)重事故序列的典型嚴(yán)重事故現(xiàn)象，相應(yīng)的緩解措施主要設(shè)計(jì)有：穩(wěn)壓器安全閥功能延伸防止高壓熔堆，非能動(dòng)氫氣復(fù)合器防止氫氣燃燒、爆炸，安全殼過濾排放系統(tǒng)防止安全殼晚期超壓失效等。

2.3 設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況與應(yīng)對措施

根據(jù)大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果以及相關(guān)實(shí)踐，從確定論和概率安全分析(PSA)角度，IAEA 在SSR—2/1安全標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)TECDOC技術(shù)文件“Considerations on the Application of the IAEA Safety Requirements for the Design of Nuclear Power Plants”(IAEA—TECDOC—1791)給出了未堆熔的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況(DEC—A)示例清單[2]：ATWS，SBO，余熱排出模式下失去堆芯冷卻，擴(kuò)展的乏燃料水池冷卻和裝量喪失，最終熱阱正常通道喪失，給水全部喪失，LOCA疊加應(yīng)急堆芯冷卻高壓或低壓子系統(tǒng)失效，設(shè)備冷卻水或者安全廠用水喪失，不可控硼稀釋，多根SGTR，主蒸汽管道斷裂誘發(fā)SGTR，半管運(yùn)行工況或換料工況水位失控下降。這個(gè)DEC—A清單提供了基本的參考，各新建核電廠可以根據(jù)HAF 102—2016以及監(jiān)管要求，基于核電廠具體設(shè)計(jì)、概率安全分析對其進(jìn)行修改，來確定所適用的未堆熔設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況清單。例如，對于SBO，通常發(fā)展為功率工況SBO、停堆工況SBO兩個(gè)設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況。為應(yīng)對DEC—A工況，“華龍一號”主要設(shè)置了多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、應(yīng)急硼注入系統(tǒng)、汽動(dòng)輔助給水泵提供給水及水壓試驗(yàn)泵補(bǔ)水、重力補(bǔ)水、池水蒸發(fā)、使用換料水箱反冷設(shè)備冷卻水、備用風(fēng)冷機(jī)組、二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)、充排冷卻、LHSI泵與安噴泵互為備用、非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)等DEC—A應(yīng)對措施。

堆熔的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況(DEC—B，即嚴(yán)重事故)的事故序列，一般應(yīng)用一級概率安全分析的結(jié)果，并結(jié)合嚴(yán)重事故現(xiàn)象分析和工程判斷來確定。例如，“華龍一號”的DEC—B清單主要包括LOCA、給水喪失、MSLB、SBO等基礎(chǔ)類事故疊加安全系統(tǒng)和/或DEC措施失效等，例如大LOCA疊加能動(dòng)安注系統(tǒng)失效、SBO疊加二次側(cè)冷卻全部失效[3]。其嚴(yán)重事故緩解措施如表1所示。

表1 “華龍一號”DEC—B應(yīng)對措施Table 1 DEC—B mitigation measures of HPR1000

3 設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電的工況要求和原則

3.1 與電源有關(guān)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況

在以往的二代改進(jìn)型壓水堆核電廠中，與電源直接相關(guān)的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故是喪失廠外電疊加未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)(ATWS)、SBO工況，以及SBO疊加多重故障。其中未堆熔的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故SBO工況的分析，是以余排未接入的運(yùn)行工況SBO為主，兼顧考慮余排接入后的停堆工況SBO。

在HAF 102—2016設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況概念下，核電廠所考慮的與電源直接相關(guān)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況有：喪失廠外電疊加未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)(ATWS)、功率工況SBO、停堆工況SBO、乏燃料水池SBO等DEC—A工況，以及SBO疊加二次側(cè)冷卻全部失效DEC—B工況。

其中，喪失廠外電疊加ATWS的挑戰(zhàn)風(fēng)險(xiǎn)是停堆、DNBR，此工況下應(yīng)急交流電源、直流電源可用，該設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的供電要求較簡單，其應(yīng)對措施可以設(shè)計(jì)成由不同的配電母線供電，即ATWS緩解系統(tǒng)供電區(qū)別于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的交流不間斷電源系統(tǒng)供電即可，而無需專門配置設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源。

而功率工況SBO、停堆工況SBO、乏燃料水池SBO、SBO疊加二次側(cè)冷卻全部失效顯然需要配置專門的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源并進(jìn)行分析。因此，可以確定核電廠設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況下供電設(shè)計(jì)的基本工況是：功率工況SBO、停堆工況SBO、乏燃料水池SBO，SBO疊加二次側(cè)冷卻全部失效。其中，前三者是DEC—A，根據(jù)HAF 102—2016要求，其應(yīng)對目標(biāo)是防止這些事故后果超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的解耦準(zhǔn)則。最后者作為嚴(yán)重事故，根據(jù)HAF 102—2016要求，其應(yīng)對目標(biāo)是緩解該SBO多重故障潛在的高壓熔堆、底板熔穿、氫氣燃燒和爆炸等后果，防止安全殼超壓失效，實(shí)際消除放射性釋放。

各核電廠特定設(shè)計(jì)的不同，與電源相關(guān)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況特征可能會不同。此外，根據(jù)工程判斷和概率論評價(jià)，除了上述SBO相關(guān)的基本工況，可能會存在其他的需考慮供電問題的事故序列，例如那些發(fā)生概率較高的始發(fā)事件和故障的組合可能會形成某一多重故障，或者由極端外部事件導(dǎo)致，而這個(gè)事故序列的后果可能沒有被SBO工況應(yīng)對措施所包絡(luò)，例如SBO同時(shí)最終熱阱正常通道喪失，這需要具體設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行分析、篩選。

3.2 SBO DEC—A工況的應(yīng)對及供電

根據(jù)SBO DEC—A分析，功率工況SBO、停堆工況SBO、乏燃料水池SBO這三個(gè)DEC—A工況的應(yīng)對目標(biāo)需滿足以下主要驗(yàn)收準(zhǔn)則：(1)堆芯活性區(qū)不發(fā)生裸露；(2)滿足Ⅳ類工況的解耦準(zhǔn)則；(3)沒有不可接受的放射性釋放后果[4]或者安全殼保持適當(dāng)完整[5]；(4)乏燃料水池維持屏蔽水層厚度。

對于這些SBO DEC—A工況，根據(jù)工況分析、事故現(xiàn)象及其處理分析，應(yīng)采取以下措施，以保證維持反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性，并防止堆芯和乏燃料出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷。

1)向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)提供補(bǔ)水的手段，補(bǔ)水流量需考慮：冷卻劑收縮，可能的主泵軸封泄漏(或軸封損壞導(dǎo)致失去的水量(若需要))，以及全廠斷電時(shí)不能隔離的其他常開管道或開口引起的冷卻劑流失；

2)提供堆芯冷卻的手段，宜采用多樣化的措施，例如非能動(dòng)方式、由汽動(dòng)或氣動(dòng)提供動(dòng)力源的方式；

3)保持安全殼適當(dāng)完整性；

4)提供乏燃料水池冷卻、補(bǔ)水；

5)提供事故處理所需的儀表和控制；

6)提供全廠斷電期間主控室和操作進(jìn)入的有關(guān)區(qū)域的可居留性；

7)證明上述所需設(shè)備在全廠斷電的環(huán)境條件(如環(huán)境溫度高)下仍可運(yùn)行，或提供其工作的環(huán)境條件。

因此，DEC—A工況下的供電應(yīng)基于這些SBO工況以及這些工況所需要的措施要求進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。這些措施所依賴的系統(tǒng)和設(shè)備可能是專門措施，也可能是原設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況措施的延伸應(yīng)用。對于專門措施，涉及設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源設(shè)計(jì)；對于延伸應(yīng)用的措施，應(yīng)對廠用電系統(tǒng)進(jìn)行特殊配電設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況下的電源或者電源組合的選擇，包括類型、容量，需滿足這些工況下所需系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行的要求。同時(shí)，作為DEC—A措施，根據(jù)HAF 102—2016、IAEA—TECDOC—1791，DEC—A電源應(yīng)滿足不同縱深防御層次的獨(dú)立有效性的要求。

需要說明的是，核電廠的安全目標(biāo)設(shè)計(jì)可能會需要引起或補(bǔ)充應(yīng)對SBO的措施，以滿足更高的CDF概率目標(biāo)值。此時(shí)，應(yīng)注意考慮安全措施以及供電措施的平衡。

3.3 SBO疊加其他失效的DEC—B工況的應(yīng)對及供電

根據(jù)SBO疊加二次側(cè)冷卻全部失效引起的嚴(yán)重事故序列分析，其潛在嚴(yán)重事故風(fēng)險(xiǎn)有高壓熔堆、壓力容器外底板熔穿、氫氣燃燒和爆炸、安全殼緩慢超壓失效等后果?？梢钥吹?，SBO DEC—B幾乎涉及了所有的典型嚴(yán)重事故現(xiàn)象，因此，通常的嚴(yán)重事故緩解措施對于SBO DEC—B應(yīng)對來說可能都是需要考慮的，例如一回路快速卸壓，堆腔注水系統(tǒng)或堆芯捕集器，非能動(dòng)氫氣復(fù)合器，非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，安全殼過濾排放系統(tǒng)等。

這些措施作為嚴(yán)重事故緩解措施，與DEC—A應(yīng)對措施屬于縱深防御第3b層次不同，是屬于縱深防御第4層次。根據(jù)HAF 102—2016，縱深防御的各層次之間必須盡實(shí)際可能地相互獨(dú)立。IAEA—TECDOC—1791還明確，“用于設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的安全設(shè)施需獨(dú)立于事故序列中假定失敗的那些系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和部件”“用于緩解和監(jiān)測堆芯熔化事故的儀控系統(tǒng)需要獨(dú)立于任何其他儀控系統(tǒng)，這要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的獨(dú)立的直流電源”。因此，DEC—B緩解措施的供電應(yīng)盡實(shí)際可能與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況和DEC—A工況措施的供電相互獨(dú)立?？紤]到嚴(yán)重事故儀控系統(tǒng)通常需要直流電源或交流不間斷電源系統(tǒng)，DEC—B緩解措施盡可能采用非能動(dòng)或者由直流電源或交流不間斷電源驅(qū)動(dòng)設(shè)備是比較合適的。

最后，需要說明的是，由于嚴(yán)重事故緩解措施設(shè)計(jì)具有包絡(luò)性，涉及多個(gè)復(fù)雜事故序列，而不同事故序列對于緩解措施的功能和性能要求有所不同。因此SBO嚴(yán)重事故應(yīng)對設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮相關(guān)措施的使用時(shí)機(jī)、使用概率，以降低對設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源容量的挑戰(zhàn)。

4 設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電設(shè)計(jì)要求

與電源相關(guān)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的分析，尤其是設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況下供電設(shè)計(jì)的基本工況的確定，為設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電設(shè)計(jì)確定了基本工況要求。SBO DEC—A應(yīng)對措施和DEC—B應(yīng)對措施的分析則為設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電設(shè)計(jì)提出了基本負(fù)荷要求。全面的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電設(shè)計(jì)還涉及與全廠電源系統(tǒng)的關(guān)系、設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源設(shè)計(jì)因素等方面。

4.1 廠用電系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)考慮

廠用電系統(tǒng)中的交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、交流不間斷電源系統(tǒng)所供電的系統(tǒng)設(shè)備也用于應(yīng)對設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況，因此這些電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的工況特征以及其相關(guān)應(yīng)對措施的供電要求：

電源切換要求，電源加載及其運(yùn)行延續(xù)性要求；

設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況下電源容量的要求；

設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況關(guān)于電源的隔離準(zhǔn)則。

廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中對設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的考慮，諸如特殊電源負(fù)荷分段供電、設(shè)置電源切換接口、蓄電池適當(dāng)增加容量或者設(shè)計(jì)成具有擴(kuò)展使用能力等，可以增強(qiáng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源總體可靠性。

根據(jù)NB/T 20066—2012《核電廠應(yīng)對全廠斷電設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》，核電廠還應(yīng)進(jìn)行全廠斷電應(yīng)對能力分析，明確可接受的全廠斷電時(shí)間。全廠斷電應(yīng)對能力分析涉及以下廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析：廠外電源的穩(wěn)定性、廠內(nèi)電源的可靠性、恢復(fù)電源所需時(shí)間等分析。

4.2 設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源的設(shè)計(jì)因素

DEC—A和DEC—B設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源設(shè)計(jì)，需滿足HAF 102—2016、HAD102—13《核動(dòng)力廠應(yīng)急動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》、NB/T 20066—2012《核電廠應(yīng)對全廠斷電設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》要求，并參考執(zhí)行IAEA—TECDOC—1791。綜合DEC—A和DEC—B工況應(yīng)對措施及其供電特點(diǎn)，應(yīng)對設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況可能采取以下電源形式：

可擴(kuò)展延長使用或另外帶充電系統(tǒng)的蓄電池；

具有設(shè)計(jì)接口進(jìn)而可以相互備用的電源；

替代電源或替代交流電源類型的專用電源，例如低壓或中壓的柴油發(fā)電機(jī)組或其他類型發(fā)電機(jī)組，或者其組合；

嚴(yán)重事故用的蓄電池。

為了滿足設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的應(yīng)對要求，以上電源的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下準(zhǔn)則：

不同縱深防御層次的電源之間應(yīng)盡實(shí)際可能相互獨(dú)立；

按照相關(guān)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況應(yīng)對措施負(fù)荷的組合進(jìn)行電源容量設(shè)計(jì)，包括擴(kuò)展應(yīng)用；

電源供電持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于核電廠可接受的最小全廠斷電時(shí)間，并且應(yīng)設(shè)計(jì)有接口，以能夠延續(xù)運(yùn)行；

電源應(yīng)設(shè)計(jì)成在相應(yīng)工況下能夠及時(shí)向所需負(fù)荷供電，滿足其用戶負(fù)荷加載時(shí)間要求；

電源應(yīng)設(shè)計(jì)成能夠合理防護(hù)內(nèi)外部事件，包括極端事件。

5 關(guān)于DEC供電的思考

(1)極端外部事件的考慮

福島核事故表明，極端外部事件可能導(dǎo)致核電廠電源系統(tǒng)的癱瘓，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重事故發(fā)生、大量放射性釋放。因此，核電廠應(yīng)評估應(yīng)對極端外部事件的能力，并建立極端外部事件應(yīng)對能力，以預(yù)防嚴(yán)重事故發(fā)生。例如，在核電廠電源系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一定的接口,以便于與外部臨時(shí)的移動(dòng)式應(yīng)急電源連接,為核電廠實(shí)施應(yīng)急措施提供臨時(shí)動(dòng)力,以緩解事故后果,并為恢復(fù)廠內(nèi)外交流電源提供時(shí)間窗口。例如，美國核能研究所發(fā)布了《多樣靈活應(yīng)對措施執(zhí)行導(dǎo)則》(NEI 12-06)第4版，提出了從擴(kuò)展全廠斷電(ELAP)同時(shí)最終熱阱正常通道喪失(LUHS)極端事件出發(fā)來建立基線應(yīng)對能力[6]。

(2)電源的可恢復(fù)性問題

前文分析到，DEC供電設(shè)計(jì)的基本工況是SBO類事故。SBO事故是關(guān)系核電廠所有設(shè)備電源供應(yīng)的電源事故，與其他事件、事故相比，不僅需要考慮事故應(yīng)對和/或電廠恢復(fù)，還需要考慮電源及時(shí)恢復(fù)并采取措施，這也是電源類事故的通常做法。在此類事故處理規(guī)程中，首先操作是嘗試恢復(fù)電源，包括廠外、廠內(nèi)電源。在NUMARC 87—00中提出對于大多數(shù)SBO事件，假設(shè)其電源恢復(fù)時(shí)間是4小時(shí)。NB/T 20066—2012《核電廠應(yīng)對全廠斷電設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》也是基于包括電源可恢復(fù)性在內(nèi)的核電廠電源設(shè)計(jì)特征來確定其可接受全廠斷電時(shí)間。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源層級及容量設(shè)計(jì)時(shí)，宜合理考慮相關(guān)電源的可恢復(fù)性。

6 結(jié)論

設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電設(shè)計(jì)是三代核電等新建核電廠電源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。本文提出核電廠設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況的分析是設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況供電設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，SBO類DEC—A和DEC—B是設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源設(shè)計(jì)的依據(jù)工況。設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足HAF 102—2016中關(guān)于不同縱深防御層次的獨(dú)立有效性的要求、NB/T 20066—2012標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于全廠斷電時(shí)間的要求等。本文還提出設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況電源設(shè)計(jì)應(yīng)考慮極端外部事件和相關(guān)電源的可恢復(fù)性。這些研究結(jié)論可供核電廠電源設(shè)計(jì)參考，一方面有助于理解并滿足法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，保證核電廠的安全目標(biāo)；另一方面有助于合理確定電源組成和規(guī)模，提高核電廠的經(jīng)濟(jì)性。