“华龙一号”机组48 V A列直流电源失电事故研究

徐 鹏，王小林,炊晓东，刘传武，倪小帅

(核动力运行研究所，湖北 武汉 430000)

“华龙一号”核电机组的直流系统按电压等级分为220 V、110 V和48 V直流电源和配电系统。直流系统向所有的控制和信号系统及通过直流/交流逆变器向不间断的220 V交流系统供电。直流电源的失去可能导致核电机组停堆停机甚至重要设备损坏的风险，核电机组配置有相应的失电处理程序来应对直流电源失去的事故。

核电机组调试过程中的失电试验是核电厂对失电处理程序进行验证的唯一窗口。失电试验内容几乎涵盖核电厂核岛及常规岛主要系统及设备的动作，目的在于验证在失去重要电源后各系统状态与设计是否相符，机组是否处于安全可控状态；同时也验证、生效运行事故处理规程，培养、提高运行人员在事故情况下的处理能力。本文依据实际工程设计、制造文件分析A列48 V直流电源失去后，相应仪表、控制器、执行机构的实际状态是否正确或者实现的功能是否合理，对发现的问题进行分析并给出合理化修改建议，对可能影响事故后运行干预操作成功率的情形给出操作提醒或建议。

1 48 V A列直流电源(ECA)失电研究

1.1 总体研究思路

在ECA失电研究过程中，根据ECA下游负荷，首先统计由ECA提供控制电源的主要负荷类型，依次分析各类型负荷在失去ECA后会产生的影响，并列出表格统计主要工艺系统中受到影响的设备在机组正常运行和ECA失电事故下的状态，及ECA失电对其可能产生的影响。其次，根据统计的表格，全面分析总结各主要工艺系统在ECA失去时受影响的功能及对机组可能产生的影响。最后，归纳ECA失电对机组产生的主要风险及应对措施，对发现的问题进行分析并给出合理化修改建议。

1.2 ECA失电对下游负荷的影响分析

从ECA下游负荷清单可以看出，ECA下游重要负荷主要包括以下五种类型：

1)A列停堆断路器控制屏RPA001TB和控制棒电源柜RRS001/002/003TB；

2)DCS的中间继电器机柜(RK机柜)，即电磁阀配电柜；

3)给电动阀门供电的380 V交流配电盘；

4)48 V/110 V直流及220 V交流/直流电源系统配电盘；

5)稳压器电加热器RCS001/002/003/004/005RS。

图1 ECA系统电气单线图Fig.1 Single line diagram of the ECA system

1.2.1 ECA失电对停堆断路器的影响分析

ECA为A列停堆断路器控制屏RPA001TB提供控制电源，RPA001TB主母线包括RPA011/012/013/014/015TB五个母线柜，分别对应控制棒驱动机构电源进线、停堆断路器RPA100JA、停堆断路器RPA200JA、停堆断路器RPA101JA、停堆断路器RPA201JA。RPS有四个通道，每个通道的跳堆信号驱动2个断路器。

每个停堆断路器都由110 V和48 V直流电源作为其控制电源，110 V DC电源主要为得电合闸线圈、得电分闸线圈和储能电机提供工作电源，48 V DC电源主要为失电分闸线圈和中间继电器提供工作电源。当110 V DC电源失去时，停堆断路器不会自动分闸。造成的影响是，主控制盘不可以单独对某个停堆断路器进行得电分闸的远程操作，但是对于反应堆保护通道的停堆信号以及紧急控制盘上的停堆按钮，功能正常，可通过使失电分闸线圈48 V电源断开的方法，使停堆断路器跳闸。因此可以得出，如果ECA失电，A列停堆断路器RPA100/101/200/201JA打开，根据4取2的原则，反应堆停堆，触发P4信号。

1.2.2 ECA失电对气动阀的影响分析

通过查询气动阀的逻辑图和DCM-硬件接口图，可以统计出由ECA供电的气动阀的所属类型，如表1所示。

表1 ECA供电的气动阀类型Table 1 Types of pneumatic valve powered by ECA

图2是AOV1-1型气动阀的控制原理图。FUM210为功能模块，接收DCS控制信号。ALA为DCS输出信号(关闭命令)，IRC为中间继电器机柜(IRC机柜)。中间继电器机柜由48 V直流电源供电，中间继电器是DCS信号控制现场设备(电磁阀)的中间桥梁，DCS信号输出24V直流电加载到相应中间继电器的线圈上，使得相应触点闭合或断开，从而接通或断开电磁阀48 V回路，控制相应设备。在中间继电器机柜中，完成DCS输出信号24V直流和电磁阀48 V回路的转化。当功能模块将关闭命令输入继电器机柜时，电磁阀的动力电源接通，电磁阀通电，1-2接通，压缩空气给气动阀供气，阀门关闭。在电磁阀失电时，2-3接通，压缩空气排入大气，阀门开启。当ECA失电，由其控制的相关气动阀无法由DCS信号控制，相应的电磁阀失电，阀门处于安全状态。根据气动阀的控制原理图可以分析得出其他类型气动阀门失电后的安全位置，如表1所示。

1.2.3 ECA失电对电动阀的影响分析

ECA的下游负荷中包含很多380 V配电盘。通过查询380 V配电盘的二次接线图可知，ECA为380 V母线下游的CFI型接触器提供48 V直流控制电源，这些可逆控制的接触器用于电动阀门的供电。

以ECA下游负荷EEA为例进行说明，图3为EEA下游电动阀的二次接线图。380 V交流电源为该电动阀提供动力电源，001JA合闸时，电动机正转，阀门开启；002JA合闸时，电动机反转，阀门关闭。从图3中可以看出，110 V直流控制电源作为低压开关设备的操作电源给001/002JA的控制线圈供电，48 V直流控制电源为阀门升降逻辑的运算电路供电。以主控室控制电动阀开启为例(假设阀门处于全关状态)，当通过DCS发出阀门开启信号时，001XR带电，5-6触点闭合，使得001XO带电，5-6触点闭合，从而给001JA的控制线圈通电，001JA合闸，阀门开启。

图2 AOV1-1型气动阀的控制原理图[3]Fig.2 Control schematic of the AOV1-1 pneumatic valve[3]

图3 EEA下游电动阀的二次接线图(部分)[2]Fig.3 Secondary wiring of the electric valve downstream of EEA (Part)[2]

因此，从二次图上可以看出，失去ECA不仅从主控室无法控制电动阀，而且现场电气柜也无法用试验盒操作，阀门保持原位，只能手动操作。电动阀抽屉失去就地监控，主控室产生失去48 V电源报警。

1.2.4 ECA失电对其他负荷的影响分析

当ECA失电时，配电盘就地报警指示灯不可用，逆变器交直流侧断路器分合闸指示灯、故障指示灯电源失去，就地无法监视开关状态。电压监测继电器无法工作，主控失去监视。

当ECA失电时，无法通过DCS信号控制电加热器RCS001/002/003/004RS的启动，但可以通过试验盒启动电加热器。RCS005RS在失去48 V DC电源后，在主控室和现场试验盒都无法启动。单纯从技术规范可用性定义考量，RCS001/002/003/004/005RS均为不可用状态。

1.3 ECA丧失对机组的影响

通过以上分析，可以明确ECA丧失之后机组总体供电情况及相关设备的状态，可知ECA失电对机组的影响主要体现在气动阀和电动阀的运行控制所受的影响，据此可以统计出各系统在失去ECA后具体受影响的阀门或者设备清单，之后可以全面开展设备失效对机组影响的研究工作。ECA失电对机组影响的分析结论(部分)如表2所示。

表2 ECA失电对机组的影响Table 2 Influence of ECA power loss on unit

通过上述ECA失电分析结论可知，ECA失电对于机组运行控制产生不利的影响，机组运行风险及控制要点建议归纳总结如下。

1)一回路压力控制

稳压器电加热器RCS001/002/003/004/005RS无法控制，主控室控制升压的手段只剩下RCS006RS；稳压器喷淋调节阀RCS001/002VP处于调节模式且调节功能可用，但在稳压器压力低2时无法自动关闭。如果一回路压力下降，由于RCS001/002VP无法自动关闭，则压力低可能导致安注的风险增加。当一回路处于单相水实体时，由于RCV下泄隔离，RHR-RCV连接隔离，会导致RCV013VP对一回路的压力调节功能丧失，一回路存在超压风险。

控制要点建议：将RCS001VP和RCS002VP置手动，对一回路进行降压。当一回路处于单相水实体时，应尽快停运上充泵和主泵，并启动低压安注泵，把一回路压力稳定在低压安注泵出口压力水平。

2)一回路压力保护

稳压器A列安全阀组(RCS017/020VP、RCS018/021VP)无法手动强制开启，并且RCS020/021VP的低温超压保护功能也不能实现，在安注的事故情况下，余热排出系统(RHR)自动隔离，RHR系统安全阀不能为一回路提供低温超压保护功能，此时一回路低温超压保护功能全部失去，一回路有脆性断裂的风险。

控制要点建议：通过安全阀RCS019VP实现一回路低温超压保护功能。

3)一回路水位控制

正常下泄、低压下泄和过剩下泄功能不可用；上充泵入口排气管线隔离阀关闭，长期运行可能造成泵汽蚀损坏，进而失去上充功能。化学和容积控制系统(RCV)A列泵无法从换料水箱(IRWST)取水。失电后下泄失去，只剩上充，一回路液位会很快上升，有稳压器满水的风险。

控制要点建议：为防止稳压器满水，ECA失电后操纵员及时关闭RCV050VP，并减小轴封注入流量。

4)反应性控制

自动补给、正常硼化、稀释均不可用，停堆之后的硼化手段为直接硼化和应急硼化，有引入负反应性不足的风险。

控制要点建议：停止RBM的水泵，防止误稀释。通过RBM直接硼化引入负反应性。

5)一回路余热排出

ECA失电后TSM疏水阀开启，若主蒸汽隔离阀不及时关闭，会导致大量蒸汽排出，同时TFA气动调节阀全开，SG给水流量增加，一回路存在过度冷却的风险。

控制要点建议：为防止一回路过冷，ECA失电后操纵员立即使用快关按钮关闭主蒸汽隔离阀；TFA气动调节阀全开后及时复位，然后调整至初始开度。

6)冷源

设备冷却水系统(WCC)头箱补水阀自动开启无法关闭，头箱有溢流风险。A列阀门失去控制，A列公共环路隔离阀自动开启无法关闭，如果B列的公共环路隔离阀也是开启的，则WCC的A/B列有相互串水的风险。核岛冷冻水系统(WNC)的冷却水失去，冷冻机组停运，重要负荷有因为温度高而损坏的风险。

控制要点建议：WCC/WES的A/B列切换时，主控室无法隔离A列，及时通知现场操作员配合。

7)蒸汽发生器水位控制

主给水系统隔离，辅助给水系统(TFA)启动，A列给水流量调节阀全开，A列汽动泵进汽阀全开，且均无法控制，若干预不及时，则存在把蒸汽发生器灌满的风险。

控制要点建议：TFA气动调节阀全开后及时复位，然后调整至初始开度。

1.4 优化建议

通过上述ECA失电研究发现，ECA失电时机组运行控制风险点较多。通过对ECA失电后设备状态进行优化，可以提高事故处理的安全性及可靠性。例如，机组某些重要阀门的安全位置可供优化：

①ECA失电导致RCV082VP关闭，下泄隔离，在一回路水实体时很容易超压。如果将RCV310VP改为失电开启，低压下泄不会隔离，在一回路水实体时，可以利用低压下泄和上充来控制一回路压力，一回路超压风险降低。

②RHR013/024VP在ECA失电时保持原位，无法进行远程控制，失去RHR A列流量调节，影响RHR冷却速率。在需要改变阀门开度时，只能在现场调节。可以改为失电后可调节状态，类似稳压器喷淋阀RCS001/002VP，改进后可以在主控室调节RHR013/024VP的阀门开度，不影响对一回路的冷却速率。

2 结束语

通过ECA失电分析，总结了失电对机组控制的影响，归纳了ECA失电的风险，得出“华龙一号”机组ECA失电的结论。这些研究方法适用于所有直流失电。ECA失去后将导致机组停堆停机、电动阀门无法操作、气动阀门处于安全位置等相关动作。通过上述分析，梳理了ECA失电对“华龙一号”核电机组主要工艺系统的影响，归纳总结了机组运行风险及控制要点建议，并提出了ECA失电后设备状态优化建议，有助于运行人员对失电事故程序的理解和应用，提高对机组的控制能力。

致谢

本文研究成果基于核动力运行研究所研究课题——“‘华龙一号’失电研究”，研究过程中得到福清核电“华龙一号”项目相关专家的大力支持及指导，在此对他们致以诚挚的感谢。