AP1000核电厂增设地震自动停堆功能的改进方案

王进

摘 要：在地震条件下，核电厂的系统、设备等都可能受到破坏，甚至会影响到核电厂的安全运行。为应对这种情况，近年来一些国家先后要求其国内核电厂设置地震自动停堆功能。但AP1000作为第三代先进堆型，仅设计了地震监测系统，根据地震测量数据，进行手动停堆。本文中在充分利用AP1000标准设计基础上，提出了在其地震监测系统上增设地震自动停堆功能的一种方案。

关键词：AP1000；核电厂；地震；自动停堆

中图分类号：TH218 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0096-02

地震作为一种常见的自然灾害，其特点是突发性强，很难提前预测；持续时间短，一般几十秒就能造成很大的破坏。为防止地震带来不利的影响，各国均要求核电厂通过监测地震数据，给出报警并提示操作员采取相应操作。AP1000标准电厂就是这种设计。

近些年来，一些国家对核电厂提出了更高要求——设置地震自动停堆功能；即当地震参数达到一定水平后反应堆自动停堆。目前，我国还未出台相关的法规；在运的电厂中，也仅有田湾核电站设有地震自动停堆功能。

1 研究背景

日本福岛事故之后，世界各个国家、地区、组织等均对核电厂在地震条件下的安全性与应对地震次生灾害进行了深入的研究。其中，与核电厂抗震设防密切相关的地震自动停堆問题也得到了更多的探讨和关注[1]。世界各国建议在核电厂设置地震自动停堆信号，作为重要的安全改进措施。

同样，我国核安全监管机构也适时提出了更新、更高的要求。在《“十二五”期间新建核电厂安全要求（报批稿）》中，明确要求我国新建核电厂“宜设置地震自动停堆系统”。因此，为了更好地满足核安全法规和安全评审要求，提高电厂的安全性[2]，应核电厂设计中，实现相应功能。

另外，地震作为一种破坏性极强的外部灾害，当其强度超过一定限值后，会对系统运行稳定性造成破坏，同时还会造成操纵员紧张，进而增加误操作概率[3]。NS-G-1.6中，将地震条件下操作员的信心和可靠性也作为了是否需要设置地震自动停堆的一个参考因素。

因此，应当在AP1000电厂中增设地震自动停堆功能，用来降低大地震条件下的人因失误，避免因不能手动停堆而导致的可能事故。

2 现有设计情况

由于各个国家的相关法规要求不尽相同，不同核电厂为应对地震条件而采用的停堆方式也不尽相同。例如，美国的法规中仅要求核电站必须设有地震手动停堆功能，因此美国大部分核电厂并未设置自动停堆功能。源于美国的AP1000技术就是采用的地震手动停堆功能。

AP1000电厂中，地震监测系统通过不同位置的地震传感器实时监测地震数据，并进行记录与分析；当传感器测量的地震数据超过运行基准地震（OBE）准则后，向主控室的运行人员报警；运行人员根据相关数据与报警进行手动停堆。虽然地震监测系统不执行安全功能，但为了保证在安全停堆地震（SSE）期间及之后保持其功能，该系统及设备应满足IEEE344地震鉴定要求。

地震活动频繁的日本和老牌的核电强国——俄罗斯，均很早就在核电厂的设计法规中要求：必须设计地震自动停堆功能。韩国和我国的台湾地区，早期并无相关法规要求；均是在吸取了地震的教训后，当局要求全部核电站进行整改，加装地震自动停堆功能。中国大陆的在运核电站中，仅有源自于俄罗斯的VVER堆型同时设计了地震监测功能和自动停堆功能。目前我国也无明确法规要求，在核电站中必须设置自动停堆功能。

虽然一些国家和地区强制要求核电厂必须设置地震自动停堆功能，但具体规定又不尽相同。其主要差别在于该功能的安全分级、停堆参与，以及停堆阈值设置不同。表一就是对部分国家、地区和组织相关规定的简单统计（表1）。

3 改进方案的提出

3.1 安全分级选择

地震自动停堆功能的设置与否，并不会影响核电厂三大安全功能的执行。而且，地震自动停堆功作为防人因失误的附加功能，可认为是为电厂提供了纵深防御功能，增加额外的保护措施。

因此，增设的地震停堆功能为非安全相关功能，可以在AP1000电厂地震监测系统中实现，而且改进方案的设计不用考虑冗余性、多样性、故障安全的等安全级的设计准则。

3.2 停堆参数

虽然AP1000电厂采用判断超出OBE需手动停堆的准则，包括反应谱和累积绝对速度（CAV）。但为了防止在严重地震条件下人因失误而造成的停堆延误，同时与上面统计表中地震自动停堆的参数选择保持一致，本方案也选择地震峰值加速度作为停堆参数。

3.3 停堆阈值

虽然世界上大部分核电站的地震自动停堆系统中的停堆整定值，其大小基本都设置在OBE附近；但国际原子能机构（IAEA）建议参考相当于SSE来确定停堆整定值。而且，将地震自动停堆系统设定为非安全级的韩国核电厂，其停堆整定值就是根据SSE来确定。

同时为了防止因低地震加速度、余震以及虚假地震等原因造成的系统自动误停堆，同时也为了留给操作员判断手动停堆充足的裕度，作为后备的自动停堆整定值应按SSE来进行确定。

3.4 停堆逻辑的执行

AP1000电厂的标准设计中，在不同位置设有多个地震传感器。为对相应的测量数据进行合理运算，同时也保证系统的可靠性，需要在原地震监测系统中增加一个停堆逻辑处理单元。目的是将测量数据与停堆阈值比较后，在进行一定的符合逻辑运算，产生停堆信号。

为了保持地震条件下设备的功能完整性，要使新增的逻辑处理单元满足IEEE344地震鉴定要求。

3.5 停堆驱动设备

停堆功能的实现，关键是要切断从控制棒驱动机构的电源，然后控制棒依靠重力落棒停堆。在AP1000电厂中，有两种方式来实现切断棒控的电源；为与地震自动停堆功能的安全分级相对应，本方案选择非安全级的停堆方式。触发棒控电源组机柜中的出口断路器动作，来进行地震自动停堆。但为了保证出口断路器在地震条件下的功能性，要对出口断路器进行重新鉴定，使其满足抗震I类要求。

4 结语

此方案主要改动了AP1000电厂地震监测系统的两部分：增加了停堆逻辑单元，对地震数据进行逻辑计算后产生停堆信号；停堆信号触发棒控电源组的出口断路器动作，落棒停堆。

在保证了原系统的报警和信息记录功能的基础上，本方案充分利用已有的系统设计，本着简单可行、经济可靠的原则，没有过多地增加设备及设计的复杂性，实现了核电厂地震自动停堆功能。另外，改进方案采用多点信号的符合逻辑运算，以及高阈值判断，提高了地震自动停堆功能的可靠性，进而降低在大地震条件下因人因失误而不能停堆的潜在危害。

参考文献

[1]毕道伟.核电厂地震自动停堆系统设计研究[J].仪器仪表用户，2015，22（6）：15-18.

[2]杜德君，何庆镭.核电厂地震自动停堆功能设计研究[J].自动化博览，016.03：76-77.

[3]李虎伟，依岩，熊文彬，曹芳芳.核电厂地震概率安全分析研究现状及展望，辐射防护通讯，2012，32（6）：6-10.