CANDU堆核电厂失去三级电源分析及处理

文明奇

【摘 要】自从日本福岛核事故后，核电厂电源的可靠性再次被业界同行所关注，安全电源失去对于电站状态的影响显著，后果严重。本文选取了CANDU堆核电厂规程体系中没有明确定义为失去核电厂安全电源即三级电源的一些工况，简单讨论了对电站安全的影响，对于现有应急规程执行思路进行梳理，得出处理事故的一些思路，同时提出了改进建议，对于操纵员在事故诊断上有一定的帮助和借鉴意义。

【关键词】核电厂；三级电源；EOP

0 引言

在CANDU堆核电厂会遇到失去三级电源但四级电源部分存在的工况，如大修期间的失去四级电源试验等，在复训过程中主控人员对于此工况下的执行策略出現了一些不同的观点。例如，一条四级电源母线有电（慢切成功），一条母线失电，三级母线失电后备用柴油发电机均未能成功启动并网，三级母线失电，这样应急运行规程“失去三、四级电源”（应急运行规程，下文简称EOP）的入口指示条件和确认条件均不能满足，四级母线所有主要负荷均停运，三级母线重要负荷无法加载。如果基于考虑一列母线可能很快会由四级母线供电，显然不符合保守决策的要求。

很显然“失去三、四级电源”应该更适合应对此工况。但是通过讨论发现并非大家都认同这一观点，造成这种认识上差别原因是EOP进入条件并未包含这种工况，如四级电源存在而三级电源失去，或四级电源部分失去且三级电源失去等等，可能导致EOP执行时间拖延或未能进入到合适的EOP来应对电站出现的瞬态。因此我们有必要对这些工况简单分析，以及我们应该如何正确选用规程来处理电站瞬态工况。

1 核电厂内一次配电系统构成

核电厂的厂用配电系统是一个能够供应4个级别电源（即：I 级、II 级、III级和IV级电源）的完整系统。电站的一次配电系统均采用奇偶概念布置，奇或偶母线都能够向反应堆安全停堆和移出衰变热所需的负荷供应充足的电源。

三级电源系统可承受短期的电源中断（约3分钟），它由备用柴油发电机组提供后备电源。在丧失汽轮发电机和厂外电网的电源的情况下仍然能够确保核电厂安全停堆和衰变热移出。

三级电源系统通常是通过降压变压器由两个IV级电源母线供电。两个6.3kV的三级电源母线分别由一个满足机组安全停堆的额定负荷的备用柴油发电机SDG提供后备电源。在丧失6.3kV三级电源母线电源或发生堆芯失去冷却（LOCA）情况下，各自的备用柴油发电机将自动启动，并根据故障的形式进行自动加载或空载待命。就长期而言，操纵员可以决定是否可关闭一台或两台备用柴油发电机。

2 失去三级电源的定义及电站响应分析

2.1 失去三级电源的定义和运行实践讨论

根据丧失IV 级和III级电源的定义：丧失IV级和III级电源定义为两个IV级电源母线以及两个6.3kV 的III级电源母线同时丧失电源。

丧失三级电源可能是由于丧失IV级电源而且两个三级电源备用柴油发电机故障而未能向6.3kV的三级电源母线供电，或两个三级电源母线都出现故障。

依据实际运行情况，最近近几年备用柴油发电机均发生过励磁系统故障，不能建立电压的故障。一些外部经验反馈也显示了失去三级电源是有可能发生的，例如2012年韩国某核电厂发生了短时全场失电。由此看来，丧失安全电源即核电厂中的三级电源并非不可能。由于应急运行规程的进入条件有一些没有覆盖到的工况，例如部分丧失四级电源而三级电源完全丧失、单独的完全丧失三级电源等，导致操纵员在进入应急运行规程时可能会犹豫，甚至不会进入。

上述应急运行规程入口条件未包含的工况中，以单独失去三级电源而四级电源存在分析失去三级电源对于电站的影响。

2.2 失去三级电源对于电站的影响

始发事件发生后，I级和II级电源将在至少60分钟内仍然可用，直至蓄电池耗尽。如果在蓄电池耗尽时应急供电系统还未投入，将导致I级和II级电源断电。应急给水系统也必须在蒸汽发生器给水装量耗尽之前投入，给水耗尽可能会出现在30分钟到60分钟之间的任何时间（或更长时间）。

正常运行期间，热传输系统压力由稳压器加热器维持。这些加热器由四级电源供电，因而在丧失三级电源情况下它们仍可用。上充泵失电停运，失去主泵轴封注入流。稳压器液位会因此缓慢下降。上充泵的辅助油泵失电不可用。根据运行经验，靠稳压器加热器加上隔离下泄，主系统的压力能够短时维持，但水实体模式下的压力控制将失去。可以考虑联系换料人员通过临时电源将供应泵启动，向稳压器注水，保证降温时的装量需求。

停堆冷却系统因失电而不可用。电动阀失电而无法在主控电动操作。衰变热将由蒸汽发生器的热阱移出。

随着丧失三级电源，两台辅助给水泵不能启动。四级电源供电的主给水泵将失去冷却水，主给水泵冷却器的RCW供水将失去，预计很快将因为轴承温度高而不得不将其停运，否则将损坏设备。蒸汽发生器将丧失全部给水，四个蒸汽发生器水装量持续减少，直到由应急给水系统提供应急给水为止。

丧失三级电源，冷凝器冷却水泵可以继续运行，冷凝器真空不受影响。丧失三电源导致丧失仪表压缩空气，但是可以由四级电源供电的厂用压缩空气来供气，因此大气蒸汽释放阀（ASDVs）和冷凝器蒸汽排放阀（CSDVs）仍然可用。当蒸汽压力升高时可以用ASDV来手动控制蒸发器的压力。

失去三级电源，RCW/RSW系统全面停运。所有的电动阀门将保持在失电前的状态。

安全壳隔离系统是按照在丧失仪表空气或丧失控制电源情况下故障安全（即故障关闭）原则进行设计的，其隔离能力不受丧失电源的影响。

3 失去三、四级电源处理思路梳理和讨论

3.1 失去三、四级电源处理思路梳理

从前文中可以看出，电站的状态比失去三、四级电源有所改善，如稳压器电加热器可用，主系统压力装量控制有所改善，整个事件中影响比较大的仍然是冷却水、蒸发器装量以及停冷系统，这和失去三、四级电源面对的工况很接近。因此反应堆反应性控制，放射性包容，堆芯冷却的安全功能是能够保障的。

失去三级电源后，失去设备冷却水、慢化剂系统故障和端屏蔽冷却系统故障三个应急规程同时满足，因此当明确三级电源失去，操纵员应立即触发停堆。在事故的初期三级电源恢复前，执行失去三四级电源对于缓解电站状态是非常有利的。

从规程执行步骤及顺序看，能不能及时进入应急运行规程的差别主要如下：

1）及时汇报，启动厂房应急；

2）监视安全壳失效隔离；

3）汽机惰转监视和发电机紧急排氢；

4）启动应急电源EPS。

失去三级电源时，以上事项都很重要，而且是优先级低于失去三四级电源的EOP所没有的，这需要操纵员根据知识技能与核安全理念来指导进入失去三四级电源的EOP，如果未能进入，优先级低的EOP很难执行下去，这就需要对失去三四级电源的EOP的入口条件作全面的了解。

3.2 失去三、四级电源入口条件讨论

失去四级和三级电源的应急运行规程入口条件有两处需要予以特别注意：

1）失去四级电源报警必须在两条三级母线进线断路器同时跳闸才能出现，而根据实际工况的不同及模拟机大量工况模拟，经常是该报警不出现。

2）母线供电变压器的低压侧，故障形式不同，其电压指示不能完全反应电源供应情况，如当变压器故障跳闸时，虽然没有低压侧电压指示但上级母线可能是有电的。

失去四级和三级电源的事故诊断需要确认指示条件和确认条件，当两者都满足时，失去四级和三级电源的应急运行规程满足入口條件。

失去三级电源但四级电源存在，对于电站的核安全有改善，但会增加手动干预的量，预计达到符合失去三级电源所对应的工况时间会有拖延，很明显无论从应付电站瞬态和纵深防御方面来讲，执行失去三级电源应急运行规程最合适，但由于进入条件的限制，出于严谨性考虑，就有可能不能在第一时间进入失去三级电源应急运行规程，如果通过优先级低的应急运行规程指向失去三级电源应急运行规程时，显然时间上是拖后了，这不是我们需要的结果。

4 结论

从上文的讨论以及模拟机验证可以看出，失去三级电源对电站安全影响明显，在事发后由慢化剂低压差触发降功率保护。随后的响应与失去三、四级电源类似，主要集中在冷却水方面，四级电源的负荷如主泵，主给水泵均失去冷却，运行状态恶劣，必须及早干预停运。

因此在瞬态检查完成后，需要及时进入失去三、四级电源应急运行规程来处理电站瞬态，鉴于目前规程体系，建议在失去三、四级电源应急运行规程入口条件中明确这一状况，即升版入口条件或增加备注说明；进行设计变更，在主控室盘台增加两条三级电源母线的电压指示；事故诊断培训中，对于不能完全满足EOP的入口条件的工况进行梳理，针对失去三级电源需要操纵员干预的内容逐步在复训中进行强化。

【参考文献】

[1]98-91120-EOP-007.失去四级和三级电源[S].8版.

[2]98-91120-TBD-007.Loss of Class IV and III Electical Power[S].

[3]98-98550-TMT-GO241 EOP007.培训教材[S].0版.

[责任编辑：田吉捷]