压水堆核电厂状态导向事故程序—状态功能浅析

罗宏 王鑫

(大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳 518124)

1 状态导向法(SOA)简介

状态导向法(SOA)是在美国三里岛事故以后逐渐发展起来的，其最主要的特点是LOOP结构及对机组状态的定期诊断。通过LOOP结构及定期状态诊断，操纵员可以检查他们是否正在使用正确的程序，当出现非预期的故障时能够及时响应，并能改正自身造成的错误或纠正可能的疏忽。

对于无限的事件组合(设备故障或与人因失效的叠加)所导致可能的反应堆物理状态是有限的 ，而反应堆的物理状态可以过对几个具有代表性的参数监测来鉴别；为了达到总体安全目标而进行物理状态的周期性诊断，优先级别的定义以及状态功能的纠正控制行动采取等，构成了状态导向法事故处理原则。

2 压水堆核电厂物理状态识别

反应堆堆物理状态是从主要的安全观点出发，在某一特定时刻表征反应堆安全特性的物理参数的组合，只有在了解机组物理状态的基础上，才有可能对事故进行有效控制。

2.1 压水堆核电厂机组模型建立

用于描绘核电厂安全运行的综合模型叫做“热工水力图”，也叫做“总体运行图”，它集中了：热工水力现象，可以通过热工水力图来建模；其他物理现象(中子、裂变产物、机械/热冲击)。在核电厂遇到的绝大部分情况中，热工水力现场占有举足轻重的地位，因此核电厂的研究集中到对热工水力现象的研究上。核电厂模型是一个整体或系统，由“功能”和“部件”组成，它们之间会产生相互作用。系统中的每一个“功能”或“部件”代表着一种机组特定的物理现象。

例如：核电厂能够主导物理现象的敏感部件有：燃料原件；一回路及其延伸；二回路及其延伸(蒸汽发生器，蒸汽管道)；安全壳内部容积。这些部件都被屏障包容着：燃料包壳；一回路压力边界及其延伸；二回路边界及其延伸；安全壳本身。

核电厂部件之间通过传统的物理法则相互影响，例如质量守恒、能量守恒、动量守恒等。这些法则适用于遇到的各种不同类型的物质(水、裂变产物、硼)，也适用于能量，并通过生产、转移/输送、储存/消耗功能具体表现出来。这些物理现象能相互影响，可以在模型中由于功能之间定向关系的存在而被表现出来。也就是说，一项给定功能所发生的变化可以影响其它功能，其它功能又能影响它所代表的物理现象。

核电厂能过通过现场安装的仪表以及用于操作监控的仪表测得物理参数来描绘这些物理现象，比如：温度、压力、水位、流量、裂变产物活度、剂量率……。物理分析显示在故障和事故工况下，这些可用的信息足够来描述核蒸汽供应系统的运行。

2.2 热工水力图

图1 热工水力图

在核电厂模型建立好后，根据“功能”和“部件”之间的相互关系，可以构建出热工水力图来。热工水力图是根据质量和能量在机组各个部分(从燃料直到系统外部)中的运行路径逐步构建起来的。通过系统和全面的方法可以将所有已知的物理组态，以及它们之间的相互关系和对安全的显著影响突出显示在图1(热工水力图)中。这个图形描述了从堆芯直到外部的材料(作为载热的水、硼、裂变产物)和能量的传递途径。

根据对物理知识(研究结果、模型上的实验)认识，鉴于遇到的或未遇到的安全风险，每个与图形相适应的功能可以分解为一个限定数量的可能的物理配置。在某一确定时刻，机组总体状态是根据整个基础功能的物理配置的一种特殊组合。分析结果表明每个功能的配置数量是限定的，由此构成的总体运行图的功能数量是限定的，总体状态数量因此也是限定的。

现象或功能不是相互独立的，部分现象或功能甚至可以全部是由其它现象或功能推断来的，可以集中属于相同的操作行动范围的状态。

3 状态功能的选择

根据第2节的描述可以看出，不管机组发生什么事故，在某一确定时刻，机组的总体安全状况就可以由几个“功能”表征，而为了限制事故后果所采取的控制手段，其实质也就是预防某个或某些“功能”恶化，或者将“功能”导向安全的过程。

以一回路微小破口事故为例，在事故发生后某一时刻，影响到机组安全的“功能”有可能是一回路水装量。而为了控制风险所采取的安注等手段，其实质就是采取措施将一回路水装量这个“功能”导向安全的过程。

以主蒸汽系统(VVP)安全壳外、主蒸汽阀上游蒸汽管线破口事故为例，在事故发生后某一时刻，影响到机组安全的“功能”有可能是二回路水装量、二回路完整性、一回路温度以及一回路反应性等之一或组合。而为了控制风险所采取的安注、隔离故障蒸汽发生器等手段，其实质还是采取措施将上述“功能”导向安全的过程。

由此可见，如果能够找出机组在各种事故工况下受到威胁的“功能”并且加以控制，机组的安全就能够得到保证。

根据核电厂实际机组建立模型，进行综合分析和考虑相互关系，对总体运行图进行综合和概括，最终确定6个必需的和充分的功能被规定为代表机组的总体性能，这些功能被称为状态功能，如表1(六大状态功能)所示。

表1 六大状态功能

这6大状态共的特点是：可以直接测量；通过组合能够找到其他的功能；在某一给定时刻，能够描绘机组在安全方面所有可能状态的特征。相对于故障/事故的数量，状态功能的数量是可数的。

若某个“状态功能”不在要求的正常范围内，就要对它采取措施处理。根据“状态功能”恶化的程度不同，运行团队采取的控制措施也有所差别，目的是为了更合理有效地控制，防止过度干预反而给机组带来不良影响。

[1]M310机组 SOP 原理[S].

[2]大亚湾核电站运行教程[M].原子能出版社,1999.