浅析核电厂外部人为事件中的飞机坠毁因素

于飞

(三门核电有限公司 浙江三门 317112)

核电厂在对于所选定的厂址，针对飞机坠毁这一外部人为事件，首先应按照核安全导则的要求，进行初步的距离筛选，满足筛选距离的事件可不必考虑，不满足筛选距离的事件应进行概率筛选，概率筛选的结果如果高于设计基准概率值，则应进行危害评价，如果危害评价的结果可接受，则确定相应的设计基准，从设计上防止、缓解或控制此类事件对核电厂安全的影响。

1 距离筛选

距离筛选就是确定一个筛选距离，该距离以外的可能发生飞机坠毁事件的潜在源可以不必考虑。在最初的距离筛选阶段，如果飞机坠毁潜在源与核电厂址的距离超过筛选距离，则坠机危害可不予以考虑，核安全导则HAD101-04附录I给出以下筛选距离值[1]：

核电厂4km范围内经过的航线或起落通道；

厂区10km范围内的机场；

厂区16km范围内，每年设计起落大于193d2次的机场（d是以公里为单位的离厂区的距离）；

厂区16km范围外，每年设计起落大于386d2的机场；

厂区30km范围内的军事设施或轰炸演习区之类的空域。

核电厂在选址阶段通常需要与地方政府沟通设立5km的规划限制区和4km的禁飞区，因此一般情况下，核电厂附近的航线和起落通道都能满足筛选距离的要求。可能不满足筛选距离要求的主要有拟新建机场和军事设施或轰炸演习区，国内的实例有：秦山第三核电厂附近位于厂址WSW方位约3.5～7.5km处的空军投弹训练靶场，三门核电厂NNW方位约7.2km的拟规划建设的宁海通用航空机场。对于采用距离筛选法不能排除的潜在坠机危险源，需采用概率筛选法进行评价。

2 概率筛选

概率筛选评价就是对每一类型的飞机（小型、中型和大型民用及军用飞机）确定在该地区一架飞机坠毁的概率（坠毁次数/年/单位面积），在此基础上估算对核电厂有影响的飞机坠毁概率，可用每年单位面积坠毁次数乘以受损坏安全重要物项的有效面积的形式确定。有效面积的大小，取决于飞机坠落轨迹与水平面的平均夹角、相应构筑物的平面面积及其高度，与安全重要物项有关的其他面积以及为飞机大小所留的裕量。

2.1 筛选概率水平

核安全导则HAD101-04 3.2节明确：对于某些类型的事件，可选用一个概率值，低于这一概率值的任何相互影响的事件可不作进一步考虑。这种不作进一步考虑的相互影响事件的年发生概率的极限值，成为筛选概率水平。一般采用每堆年10-7作为具有严重放射性后果的影响事件概率值，该值可作为筛选概率水平的保守值[1]。

2.2 坠机概率计算方法

“911”事件后，美国在核电厂飞机撞击方面开展了大量研究，形成了一系列法规、导则和文献，其中DOESTD-3014-2006[3]中给出了计算飞机在特定区域（如核电厂）坠机概率的四因子公式和部分通用数据。

DOE-STD-3014-2006中给出的四因子公式[2]形式为：

其中：

F为所分析设施的飞机年撞击频率，单位为概率值/年；

Nijk为特定机场的飞机年操作（起飞、降落、飞行）次数；

Pijk为特定机型飞机每次操作的坠毁率（每次降落或起飞，每次飞行）；

fijk(x,y)⋅为飞机撞击设施条件概率，单位为每平方英里（/mi2）；

⋅Aij所分析设施的有效面积，包括滑行和降落有效面积，单位为mi2；

i表示飞行阶段，其中1，2，3分别表示飞机的起飞、飞行和降落；

j表示飞机类别编码，一般将飞机分为11个小类，因此j为1到11的整数；

k表示撞击来源编码，如果在电厂周围有三座机场，则在分析中应当考虑的撞击来源共有四个，包括三座机场和处于飞行阶段的飞机。

公式中的Pijk、fijk(x,y)⋅、⋅Aij均可通过查表获取通用数据或根据核电厂与潜在源的距离，核安全重要物项的尺度经过计算获得。

三门核电厂址NNW方位约7.2km处拟建宁海通用航空机场，不满足核安全导则的筛选距离10km的要求，需要开展飞机坠毁至核电厂的概率筛选工作。

表1 原设计起落架次条件下四因子法的坠毁概率

表2 控制起落架次条件下四因子法计算的坠毁概率

F=7.95×10-7/年＞1×10-7/年（不满足导则筛选概率值要求）

若要满足概率筛选的要求，可采取的办法有两个：其一，是要求宁海机场重新选址，将其与三门核电厂的距离增大到6mi（约9.67km）则此时宁海机场飞机坠毁至三门核电厂址的概率为0；其二，是降低通用机场的年起落架次使飞机坠毁至核电厂的概率低至筛选概率值以下。

公司相关部门经与宁波市发改委、宁海县政府、宁波通航机场建设指挥部多次沟通协调，在保证核电厂址安全的前提下，为努力促成地方经济与核电厂后续项目发展的双赢结果，最终采用了降低通用机场年起落架次（320架次/年）的方式满足筛选概率的要求。

F=7.4910-8/年＜110-7/年（满足导则筛选概率值要求）

3 危害评价

确定是否能通过工程设计或行政措施来有效地限制飞机坠毁事件对核电厂的影响，如果影响可以被有效防止、缓解或控制，则建立设计基准[3]。

在HAF102于2016年升版之前，国内核安全法规、导则并未明确提出防商用飞机撞击的要求，HAF102核动力厂设计安全规定2016版对所有新建核电厂明确提出了防商用飞机恶意撞击的要求：如果核动力厂所处的地形条件使其有可能遭受商用飞机的恶意撞击，则设计上应考虑这种撞击的影响。应合理选定用于评价撞击影响的商用飞机的机型，并根据这种机型起降的机场与核动力厂的相对距离，来确定可能的飞机燃料装载量。可根据核动力厂所处的地形条件和厂房布置，确定可能的撞击角度和速度，并采用现实模型来评价和确定核动力厂抗商用飞机撞击的措施。评价结果应表明，设计可以维持反应堆的冷却或安全壳的完整性，以及乏燃料的冷却或乏燃料水池的完整性[4]。

HAF102是对所有新建核电厂的通用要求，通过距离筛选或概率筛选排除了飞机坠毁这一外部事件的核电厂，仍需要按照HAF102开展防商用飞机恶意撞击的评估，HAF102是将商用飞机恶意撞击作为超设计基准事件进行评估，验收准则是保证反应堆冷却或安全壳的完整性，以及乏燃料的冷却或乏燃料水池的完整性。对于HAF102中提出的防飞机撞击要求，具体应如何执行，核安全监管部门已经着手制定可执行的行业标准。

三门核电一期工程1、2号机组屏蔽厂房筒身结构采用NCR已批准的DCD15版钢筋混凝土（RC）结构，屏蔽厂房顶部采用DCD19版钢板混凝土（SC）结构，三门核电3、4号机组后续设计将整体采用钢板混凝土（SC）结构，以防备商用飞机恶意撞击情况，确保反应堆冷却或安全壳的完整性，以及乏燃料的冷却或乏燃料水池的完整性，从而满足HAF102中防商业飞机恶意撞击的相关要求，

如果某一核电厂址不能通过距离筛选或概率筛选排除飞机坠毁这一外部事件的影响，则应选取相应的机型的飞机，建立设计基准，作为设计输入，在设计时予以考虑。建立这样的设计基准，将飞机撞击事件作文设计基准事故考虑，与HAF102中要求的按超设计基准事故进行评估是完全不同的，要想开展这样的工作难度巨大，不仅面临着工程投资大大增加，而且设计上也没有标准可循，安全审查同样没有标准，截至目前国内还没有这样的先例。

4 结语

在核电厂址安全评价过程中，针对飞机坠毁这一外部事件，推荐优先采用距离筛选的方法，国内民航部门在核电厂周边规划建设各类机场时，也应根据机场规模与核电厂址保持足够的安全距离。当无法通过距离筛选排除飞机坠毁事件时，可采用本文介绍的四因子计算方法计算坠机概率，通过定量化的计算和敏感性分析，合理调整计算边界，如降低起落架次，调整机场与电厂的距离，方位等，降低坠机概率直至满足筛选概率的要求[5]。