方家山核电厂辅助外电源不可用的概率安全评价

2020-05-07邹胜佳

机电产品开发与创新 2020年2期

邹胜佳，王臣

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300；2.中机生产力促进中心，北京100044）

1 背景

方家山核电厂辅助外电源是来自于秦方2P70 线路，由于秦一厂320MW 机组主控室的盘台改造期间秦方2P70 需停运，造成方家山辅助外电源不可用，会对方家山电厂的外电源供电产生影响，在辅助外电源停役期间会对PSA 分析中丧失厂外电始发事件频率及PSA 分析中各始发事件缓解过程中相关缓解系统的供电可靠性产生影响，从而对电站安全水平产生影响。

2 电源介绍

方家山机组的厂用电电源包括：发电机组供电、500kV 主外电网、220kV 辅助外电网、柴油发电机组和附加柴油发电机组。

机组在正常运行条件下，厂用电设备配电系统由机组24kV 母线经过高压厂用变压器供电。 24kV 母线在机组运行时由发电机供电，当发电机停运时则由500kV 超高压电网经过开关站及主变压器向厂内系统供电。如果24kV 母线失电或高压厂变故障，则由220kV 电网经过辅助变压器向常备、应急和共用设备供电。如果主电网和辅助电网均失电时，则由柴油发电机向应急设备供电。厂用电电源结构图见图1。

图1 厂用电电源结构图Fig.1 Factory use power structure diagram

3 确定论分析

根据安全要求，设计基准事故及瞬态分析的初始条件假设专设安全设施系统是可运行的。交流电源的设计用以提供足够的容量、能力、多重性及可靠性以保证向专设安全设施系统提供必需的动力，使燃料、反应堆冷却系统及安全壳设计限值不会超出。当主电源失去时，要求辅助电源向机组所有专设安全设施系统及其他安全系统供电。失去辅助电源将严重降低装置的可靠性。

方家山《运行技术规范》中在RP 模式下规定[1]：

两个厂的外电源必须可用。

根据上面的规定，“相邻机组应处于除了电网管理操作外，对辅助电源没有要求的状态”规定了两台机组中一台在RP 模式运行，一台进入对辅助外电源没有要求的状态，但是配合秦一厂大修方家山辅变停役时方家山两台机组都在RP 模式下；同时也不适用“辅助电源在8 小时内恢复可用”限制要求，故需要向国家核安全局特许申请。

“如果附加柴油机是可用的且没有任何其它的第一组事件，开始后撤期限可以延长为7 天”，但是附加柴油发电机两个机组只有一台，不能满足两个机组的共同需求，所以其中一台机组可以使用“开始后撤期限可以延长为7 天”的延长时间，但是另外一台机组只能维持“24 小时内机组开始向NS/RRA 模式后撤”，所以要尽量缩短辅变停役时间。

4 概率论评价方法与过程

4.1 导则

《概率风险评价用于特定电厂许可证基础变更的风险指引决策方法》RG1.174（NNSA-0147）[2]是美国核管理委员会批准出版的，其为应用概率安全评价（PSA）给出风险指引方法进行评价。

根据RG1.174（NNSA-0147）导则的分析流程和分析方法，在方家山核电厂功率运行工况内部事件一级PSA模型、二级PSA 模型、内部火灾模型、内部水淹模型、地震模型及其他外部风险的基础上定量计算。

根据RG1.174（NNSA-0147），评估CDF、LERF 增量的可接受准则，见图2、图3：

（1）所计算的CDF 增量很小，如小于1E-06 每堆年（区域Ⅲ），则无论是否计算了总CDF，都可以接受。

（2）所计算的CDF 增量在10-6～10-5每堆年之间时，只有当合理地证明总CDF 小于10-4每堆年（区域II）时，才会考虑接受。

（3）可能导致CDF 增量大于10-5每堆年（区域I），通常不会接受。

（4）LERF 准则与CDF 类似，但相应小一个量级。

图2 堆芯损坏频率（CDF）的可接受准则Fig.2 Acceptance guidelines for core damage frequency（CDF）

图3 早期大量释放频率（LERF）的可接受准则Fig.3 Acceptance guidelines for large early release frequency（LERF）

4.2 模型评价

4.2.1 内部事件风险

评价使用的模型为方家山功率运行工况内部事件一级PSA 模型、内部事件二级PSA 模型。模型中主要的PSA 要素有始发事件、成功准则、事件序列、系统分析、人员可靠性分析和数据分析等。

表1 内部事件一级PSA 模型影响及修改Tab.1 Influence and modification of internal event level 1 PSA model

模型修改前的CDF0为7.25E-6/堆年，模型修改后的CDF1值为8.85E-6/堆年，ΔCDF= CDF1-CDF0=1.6E-6/堆年。 LOOP 事件CDF0为5.21E-07，CDF1为1.72E-06，故ΔCDF= CDF1-CDF0=1.2E-6/堆年。

使用方家山二级模型PSA 模型，LOOP 始发事件导致CD 后进一步导致LERF 的条件概率为0.17，保守估计LERF 的增量为：

ΔLERF=1.2E-6×0.17＋4E-7=6.0E-7/堆年

表2 内部事件风险评价结果Tab.2 Risk assessment results of internal event

4.2.2 内部火灾风险

使用方家山内部火灾PSA 模型，模型修改类似于内部事件一级PSA，由于未开发内部火灾二级PSA 模型，保守假定火灾CDF 增量=火灾LERF 增量。评价结果见表3。

表3 内部火灾风险评价结果Tab.3 Risk assessment results of internal fire

4.2.3 内部水淹风险

使用方家山内部水淹PSA 模型，模型修改类似于内部事件一级PSA，由于未开发内部水淹二级PSA 模型，保守假定水淹CDF 增量=水淹LERF 增量。评价结果见表4。

表4 内部水淹风险评价结果Tab.4 Risk assessment results of internal flooding

4.2.4 地震及其他内外部风险

地震PSA 模型中假定发生地震情况下整个厂外电源（主外电源及辅外电源）不可用，因此辅外电源不可用对地震PSA 结果无影响。

根据《秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）外部事件识别筛选与包络分析报告》[3]，除龙卷风保留开展包络分析以外，其他外部事件根据筛选准则筛除，对机组风险的贡献可以忽略。包络分析得到的龙卷风CDF 为3.89E-08/堆年，由于龙卷风将同时导致主、辅外电源丧失，辅外电源不可用对风险评价无影响。

4.3 小结与建议

综合以上分析，2P70 线路停役导致CDF 增量为1.16E-08/堆年；LERF 增量为6.08E-09/堆年。

根据RG1.174（NNSA-0147），评估CDF、LERF 增量的可接受准则，均落在区域Ⅲ，可以接受[2]。

表5 RS 软件导出的最小割集Tab.5 MCS of RS Software

从表5 中可以看出，第一个最小割集中，当失去厂外电后，LHP 柴油发电机运行失效，RRI004RF 处于试验维修不可用时，失去了冷却水，此时发生轴封泄露，导致堆芯损坏；第二个最小割集与第一个相似；第三个最小割集中，当发生安全壳外主蒸汽隔离破口，当RCV 泵由于供应失效，均无法正常运行，导致堆芯损坏。

所以在辅变停役期间，要格外关注上述设备，加强巡检、停止重要设备的预防性维修或试验，采用风险监测器（Risk Monitor）对风险进行风险配置管理与监督等。

在2P70 线路停役期间，LOOP 事件的风险有明显增加，从尽量规避风险提高安全性而言，要采取一些措施对机组的风险进行管理与控制。从而有针对性地采取措施降低厂外电源丧失和全厂断电所带来的风险，需要关注的设备和风险管理措施建议如下：

（1）关注主外电网的运行情况，加强巡检，如果失去主外电网后会导致LOOP 事件。加强柴油发电机的巡检，禁止在辅助外电网停役期间进行柴油机的预防性维修或试验，SEC/RRI 热交换器禁止试验维修不可用等。

（2）在辅助外电网维修期间，禁止其他外电源、开关站和6.6KV 交流应急母线上的维修和试验，同时可以将移动电源就位在方家山1/2 号机组处于备用状态，以备需求。

（3）在实施停役前，方家山核电厂1/2 号机组需对所有柴油发电机组进行定期试验，确保其可用性。

（4）规避外部事件的影响，例如：台风和雷暴等恶劣天气容易使厂外电源收到影响，因此，在有恶劣天气预报时必须暂停或延后辅外电源的停役。

（5）在实施辅变停役前，方家山核电厂1/2 号机组值班的操纵员在模拟机进行失去厂外电、全厂失电等的事故演练。

（6）在辅助外电网停役期间，采用风险监测器（Risk Monitor）对风险进行风险配置管理与监督。