核電廠熱功率超范問題與改進(jìn)策略

[摘 要]核電作為一種重要的清潔能源，因其高效、低碳的特點而被廣泛應(yīng)用于全球電力生產(chǎn)中。然而，核電廠在運行過程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中熱功率的控制與管理尤為關(guān)鍵。熱功率的穩(wěn)定性不僅直接影響機組的安全運行，還關(guān)系到核安全和環(huán)境保護(hù)。因此，確保熱功率在規(guī)定范圍內(nèi)運行是核電廠設(shè)計與運營管理的核心任務(wù)之一。文章針對某核電廠熱功率超范問題展開分析，并提出了預(yù)防熱功率超范事件的對策，以期為相關(guān)人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]核電廠；熱功率；超范

[中圖分類號]TK11 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0033–03

The Problem of Thermal Power Exceeding the Range of Nuclear Power Plants and Improvement Strategies

GONG Liguo

[Abstract]Nuclear power， as an important clean energy source， is widely used in global power production due to its high efficiency and low-carbon characteristics. However， nuclear power plants face many challenges during operation， among which the control and management of thermal power are particularly critical. The stability of thermal power not only directly affects the safe operation of the unit， but also relates to nuclear safety and environmental protection. Therefore， ensuring that thermal power operates within the specified range is one of the core tasks of nuclear power plant design and operation management. The article analyzes the problem of thermal power exceeding the range of a certain nuclear power plant and proposes countermeasures to prevent thermal power exceeding events， in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]nuclear power plant； thermal power； beyond the norm

1 核電廠對于熱功率的要求

在設(shè)計階段，核電廠充分考慮了熱功率的裕度，確保機組在各種工況下都能安全穩(wěn)定運行。相關(guān)技術(shù)規(guī)范中明確規(guī)定了熱功率的上限和下限，并為不同類型的機組設(shè)置了相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。例如，某系列核電廠的機組在設(shè)計時就考慮了從2代引進(jìn)型到3代自主研發(fā)型的不同技術(shù)路線，并為每種機組設(shè)定了多重安全閾值，以應(yīng)對出現(xiàn)的熱功率異常情況。這些閾值對應(yīng)不同的響應(yīng)機制，包括報警、自動保護(hù)和操縱員干預(yù)等，確保在出現(xiàn)異常時能夠及時采取措施。在運營管理方面，核電廠建立了完善的熱功率監(jiān)測和控制系統(tǒng)，實施嚴(yán)格的質(zhì)量保證和安全操作規(guī)程。通過定期的設(shè)備檢修與維護(hù)，確保設(shè)備的高可靠性。

2 核電廠熱功率超范事件分析

2.1 核電廠熱功率超范總體情況

某核電廠在2000年—2023年期間共發(fā)生了43起熱功率超范事件。無論是2代、2代半，還是3代技術(shù)路線的機組，都有不同程度的熱功率超范事件發(fā)生。這一現(xiàn)象表明，熱功率超范事件在核電廠運營中具有較高的普遍性。在對熱功率超范事件的總體情況進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，事件的發(fā)生與機組的運行狀態(tài)、外部環(huán)境變化及操縱員的應(yīng)對措施密切相關(guān)。部分事件發(fā)生在機組負(fù)荷調(diào)整期間，反映出在負(fù)荷波動時，熱功率的控制和監(jiān)測系統(tǒng)需要進(jìn)一步優(yōu)化。此外，事件的發(fā)生頻率在不同季節(jié)和氣候條件下也存在差異，所以在制訂運營策略時應(yīng)充分考慮外部環(huán)境對機組運行的影響。

2.2 超范事件后果與時序分析

該核電廠熱功率超范事件類型如圖1所示。

從圖1中可看出，超功率事件的數(shù)量在不同年份之間波動。例如，2006年和2016年，超功率事件數(shù)量分別為4起，顯示出在這兩年中機組的熱功率控制存在顯著問題。然而，在2012年、2015年、2021年和2022年等年份，超功率事件的數(shù)量為0，表明這些年份的熱功率管理較成功。LOE事件的數(shù)量較少，且在許多年份中為0。2002年和2018年分別記錄了3起和1起LOE事件，這與機組在特定運行條件下的能量損失有關(guān)。整體來看，LOE事件的發(fā)生頻率較低，說明在大多數(shù)年份中，核電廠在能量損失方面的管理較有效。高發(fā)年份：2002年（5起）、2006年（4起）、2016年（4起）和2023年（4起）是異常事件較多的年份，這些年份需要針對熱功率控制的具體原因進(jìn)行深入分析。低發(fā)年份：2012年、2015年、2021年和2022年則是異常事件較少或沒有發(fā)生的年份，表明這些年份的運營管理措施較有效。

整體來看，熱功率偏差事件的發(fā)生情況反映出核電廠在不同年份的運行管理水平和技術(shù)控制能力。雖然個別年份的超功率事件數(shù)量較高，但整體趨勢顯示出核電廠在熱功率管理方面的持續(xù)改進(jìn)和努力。為了進(jìn)一步提升核電廠的安全性和穩(wěn)定性，建議對高發(fā)年份的事件進(jìn)行深入調(diào)查，找出潛在的原因并制訂針對性的改進(jìn)措施。

2.3 超范事件根本原因分布分析

該核電廠歷年熱功率超范事件原因如圖2所示。從2000年—2023年，熱功率偏差事件的原因可分為設(shè)備事件和人因事件，且兩者在不同年份之間的數(shù)量存在顯著差異，部分年份甚至均為0。在設(shè)備事件方面，2018年（2起）和2020年（4起）是高發(fā)年份，表明設(shè)備故障或性能問題在這些年份中是熱功率偏差的主要原因，尤其是2020年設(shè)備事件數(shù)量達(dá)到最高，提示需對設(shè)備維護(hù)和管理流程進(jìn)行深入檢查。相對而言，2000年、2001年、2012年、2013年、2014年、2015年、2016年、2017年和2022年等年份設(shè)備事件數(shù)量較少或為0，顯示出設(shè)備運行的相對穩(wěn)定和管理措施的有效性。在人因事件方面，2016年（4起）和2023年（3起）為高發(fā)年份，反映出操縱員的失誤或判斷錯誤對熱功率控制產(chǎn)生了較大影響。相對地，2001年、2007年、2010年和2011年等年份人因事件數(shù)量為零，表明操縱員表現(xiàn)優(yōu)秀，未出現(xiàn)明顯失誤。此外，設(shè)備事件和人因事件在許多年份中呈現(xiàn)出相對獨立的特征，如2002年和2006年雖然有設(shè)備事件，但人因事件也較多，說明在設(shè)備問題發(fā)生時，操縱員的應(yīng)對措施不夠及時或有效。

異常事件主要集中在設(shè)備二回路和人因二回路，設(shè)備一回路則表現(xiàn)良好，未發(fā)生任何事件。具體分析顯示，設(shè)備二回路的異?？倲?shù)量為19起，其中16起為超功率事件，反映出該回路存在設(shè)備性能或管理問題，同時有兩起事件喪失（LOE），表明監(jiān)控記錄整體有效；該回路也有兩起3代機組事件。人因二回路的異?？倲?shù)量為18起，其中15起為超功率事件，LOE數(shù)量為4起，提示操縱員在管理和培訓(xùn)方面需加強，此外，該回路同樣有兩起3代機組事件。人因一回路的異?？倲?shù)量為6起，其中4起為超功率事件，但沒有LOE事件，顯示出該回路的管理較有效?？傊?，設(shè)備二回路和人因二回路的超功率事件頻發(fā)，需對設(shè)備性能和操作流程進(jìn)行深入改進(jìn)，而設(shè)備一回路表現(xiàn)良好，人因一回路的異常數(shù)量較少，但仍需關(guān)注操縱員的培訓(xùn)與管理，以防止?jié)撛诘某β适录l(fā)生。

在二回路中，人因失誤和設(shè)備故障事件的分布顯示出不同系統(tǒng)之間的顯著差異。整體來看，設(shè)備故障事件的數(shù)量在某些系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，尤其是在AHP和GSS系統(tǒng)中，分別發(fā)生了8起和5起設(shè)備故障事件，表明這些系統(tǒng)在設(shè)備管理和維護(hù)方面存在較大隱患。AHP系統(tǒng)的高故障率與其儀表傳感器和閥門執(zhí)行機構(gòu)在長時間高溫運行下的逐漸失效有關(guān)，而GSS系統(tǒng)的故障則源于設(shè)備本身的設(shè)計和制造缺陷。在蒸汽動力循環(huán)的相關(guān)系統(tǒng)中，如GCT和SVA，雖然沒有設(shè)備故障事件，但人因失誤事件較多，分別為3起和兩起。這表明在這些系統(tǒng)的操作過程中，工作人員的干預(yù)和判斷存在不足，導(dǎo)致用汽量異常增加，進(jìn)而影響一回路的功率輸出。在給水回路中，ABP和ADG系統(tǒng)的人因失誤事件也較突出，分別為兩起和3起，提示在操作過程中存在準(zhǔn)備不足、操作不規(guī)范等問題，這些都導(dǎo)致熱工轉(zhuǎn)換效率下降。二回路的設(shè)備一般屬于非核安全相關(guān)設(shè)備，其安全等級較低，工作人員對這些設(shè)備的重視程度也較低。在發(fā)生小故障時，響應(yīng)級別較低，導(dǎo)致得不到及時的資源投入，從而容易造成故障擴大。這種情況在設(shè)備故障頻發(fā)的系統(tǒng)中尤為明顯。此外，二回路中的主要人因失誤場景包括操縱員在正常工作過程中或設(shè)備故障干預(yù)時未能及時響應(yīng)，導(dǎo)致5起事件的發(fā)生。其他人因失誤還包括工作準(zhǔn)備不足、工作包錯誤、行為不規(guī)范、環(huán)境狹小導(dǎo)致誤操作等。這些問題的產(chǎn)生，通常與首次作業(yè)時程序的不完善、新員工的知識經(jīng)驗不足及監(jiān)護(hù)失效等因素密切相關(guān)。

3 預(yù)防熱功率超范事件的對策

3.1 提高設(shè)備可靠性

（1）需要對所有導(dǎo)致熱功率風(fēng)險的設(shè)備和儀表進(jìn)行全面梳理，包括發(fā)電機組、冷卻系統(tǒng)、控制儀表等。每個設(shè)備都應(yīng)記錄其基本信息，如設(shè)備型號、生產(chǎn)廠家、安裝日期、運行狀態(tài)等。此外，臺賬中應(yīng)詳細(xì)記錄設(shè)備的歷史故障記錄、維修保養(yǎng)情況及相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過定期更新和維護(hù)這一臺賬，實現(xiàn)對設(shè)備健康狀態(tài)的動態(tài)跟蹤，及時識別潛在隱患。為了增強臺賬的實用性，建議引入信息化管理系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)分析工具對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，并生成相應(yīng)的健康報告，以便于管理層的決策。

（2）針對氣體絕緣開關(guān)設(shè)備、自動化控制系統(tǒng)等關(guān)鍵儀表，需深入研究其故障模式和導(dǎo)致的后果。這一過程包括對設(shè)備的故障類型、發(fā)生頻率、影響范圍及其對熱功率的潛在影響進(jìn)行詳細(xì)分析。基于這些研究，編寫出一套全面的瞬態(tài)控制規(guī)程，明確在設(shè)備故障時的應(yīng)對流程和操作步驟。規(guī)程中應(yīng)包括故障報警的處理、設(shè)備停機的標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)急操作的具體指引等內(nèi)容。此外，為確保導(dǎo)則的有效實施，需定期對相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓他們熟悉導(dǎo)則內(nèi)容，提高對設(shè)備故障的響應(yīng)能力和處理水平。

（3）熱功率計算系統(tǒng)在防止熱功率超范時起到關(guān)鍵作用，一旦因設(shè)備故障導(dǎo)致熱功率計算喪失，此種工況會導(dǎo)致熱功率控制進(jìn)入盲區(qū)，若長時間不能恢復(fù)，再疊加其他導(dǎo)致熱功率上升的故障，則大幅增加了熱功率超范的概率。所以需提升熱功率計算設(shè)備的可靠性，配置冗余的熱功率計算系統(tǒng)，確保不會發(fā)生因設(shè)備故障導(dǎo)致喪失熱功率監(jiān)視的工況。

3.2 降低人因失誤率

（1）組織定期的安全培訓(xùn)和經(jīng)驗反饋會，重點講解外部熱功率事件的案例分析和教訓(xùn)，幫助員工理解事件發(fā)生的原因及其對系統(tǒng)安全的影響。通過對這些事件的反饋進(jìn)行故障分析（FA），讓工作人員認(rèn)識到每個環(huán)節(jié)的重要性，增強他們對潛在風(fēng)險的敏感度。

（2）針對設(shè)備操作、維護(hù)及應(yīng)急響應(yīng)等各個環(huán)節(jié)，需對相關(guān)規(guī)程進(jìn)行細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化：①編寫清晰、易于理解的操作規(guī)程，確保每位員工都能準(zhǔn)確掌握操作流程和注意事項。②針對復(fù)雜或高風(fēng)險的操作，建議引入“檢查清單”制度，要求操縱員在每次操作前進(jìn)行自查，確保關(guān)鍵步驟不被遺漏。

（3）考慮增加熱功率智能控制，設(shè)置熱功率干預(yù)值，一旦達(dá)到干預(yù)值則自動進(jìn)行降低熱功率的動作（如降功率等），確保熱功率不超范圍。同時需增加熱功率計算判斷功能，去除因熱功率相關(guān)設(shè)備故障導(dǎo)致的虛假熱功率影響。合理設(shè)置報警值提示操縱員進(jìn)行干預(yù)，縱深防御設(shè)置熱功率超范的屏障，這可以大幅降低人因失誤的概率。

4 結(jié)束語

文章針對核電廠熱功率超范問題揭示了在復(fù)雜運行環(huán)境下，熱功率控制的挑戰(zhàn)與重要性。通過對歷史事件的回顧和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，雖然個別年份的超功率事件數(shù)量較高，但整體趨勢顯示出核電廠在熱功率管理方面的持續(xù)改進(jìn)和努力。未來，核電廠需進(jìn)一步加強對熱功率的監(jiān)測與控制，特別是在負(fù)荷波動和外部環(huán)境變化的情況下，確保機組安全穩(wěn)定運行。建立防范人因失誤的長效機制，將是提升核電廠安全性的關(guān)鍵。通過綜合運用技術(shù)手段和管理措施，核電廠能夠更有效地應(yīng)對潛在風(fēng)險，為實現(xiàn)安全、清潔、高效的核能利用奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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