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(中國核電工程有限公司，北京　100840)

核電廠的主控制室為操縱員提供了完備的控制手段，操縱員通常在主控制室完成對電廠狀態(tài)的監(jiān)視和對設(shè)備的控制。然而，在發(fā)生影響操縱員在主控制室可居留性的情況(火災、煙霧等)下，操縱員無法在主控制室實施操作，為保證核電廠安全，需要轉(zhuǎn)到遠程停堆站操作。為實現(xiàn)上述功能，在核電廠中均配有專用的操作規(guī)程供操縱員在執(zhí)行主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站操作時使用。

然而，不同于使用模擬儀控技術(shù)的傳統(tǒng)遠程停堆盤的核電廠，新建“華龍一號”核電廠采用全數(shù)字化儀控技術(shù)。在傳統(tǒng)核電廠的遠程停堆盤上，受到布置空間的限制，只能實現(xiàn)主控制室中的部分功能；而數(shù)字化核電廠的遠程停堆站則不再受到布置空間的限制，其操縱員工作站與主控制室操縱員工作站的功能完全相同，原來傳統(tǒng)核電廠的主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站的操作策略不再是保證核電廠運行安全性和經(jīng)濟性的最佳選擇。在近年來新建的二代改進型核電機組中雖然也實現(xiàn)了數(shù)字化的全功能遠程停堆站，但是，主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站的操作策略卻依然沿用傳統(tǒng)。

為此，本文提出一種與數(shù)字化核電廠設(shè)計對應的“主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站策略”的分析方法，并基于此方法設(shè)計了一種改進型的主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站的策略。充分利用數(shù)字化電廠的優(yōu)勢，結(jié)合全功能遠程停堆站的特點，在主泵可運行時，采用強迫循環(huán)的策略，保證核電廠運行的安全性和經(jīng)濟性?？紤]主控制室撤離前電廠處于各種模式下的操作，針對不同的初始工況，采取不同的退防策略，擴展策略的適用范圍。

1　策略分析

1.1　策略分析原則

在進行相關(guān)運行策略的分析時，依據(jù)的設(shè)計原則如下：從工程現(xiàn)實考慮，對于那些發(fā)生概率極低的工況在分析中不予考慮。

1)由于主泵決定了機組在退防過程中所使用的策略，因此，主泵的可運行性需要單獨分析；

2)對于機組的每個運行模式，均需開展主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站策略分析以得到最優(yōu)的退防策略，且在分析中需綜合考慮主泵的可運行性；

3)對于機組的退防操作，針對每個初始運行工況，無需考慮相鄰工況的運行策略，為每個工況獨立設(shè)計最佳的退防策略；

4)需盡量復用已有的其他成熟規(guī)程(如故障運行規(guī)程以外的事故處理規(guī)程、總體運行規(guī)程等)的操作模塊。

1.2　策略分析方法

根據(jù)確立的分析原則，分析機組的各種初始工況?？傻玫剿柙O(shè)計的機組初始工況的清單，及每個初始運行工況對應的操作策略。并完成表1策略分析總表。

表1　策略分析總表Table 1　Strategy analysis general table

分析表1，如果相鄰工況的操作策略相同，將其合并，完成表2策略合并表。

表2　策略合并表Table 2　Strategy mergence table

表3　策略優(yōu)先級表Table 3　Strategy priority table

根據(jù)不同工況下發(fā)生故障對機組的影響以及重要影響因素的影響，確定分級表中每條路徑的優(yōu)先級，完成表3策略優(yōu)先級表。優(yōu)先級考慮的原則如下：

1)由于機組正常運行的時間較長，因此，為了節(jié)省診斷時間，正常運行工況診斷優(yōu)先；

2)對于其他工況，當主回路溫度壓力較高時，機組的狀態(tài)更加危急，因此，在同等情況下按照高模式到低模式的順序進行診斷。

分析策略的優(yōu)先級，對步驟進行合并優(yōu)化，完成整體的故障處理策略。

通過綜合分析，評價設(shè)計結(jié)果是否滿足運行要求，如果不滿足，重新分析該操作策略的分析表，直至滿足運行要求。

2　主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站運行策略設(shè)計

根據(jù)確立的分析原則，分析機組的初始工況。將核電廠運行模式劃分為：

模式1：功率運行(工況1)；

模式2：反應堆臨界及熱備用(工況2，工況3)；

模式3：用蒸汽發(fā)生器冷卻的停堆(工況4，工況5，工況6)；

模式4：用余熱排出系統(tǒng)冷卻的停堆(工況7，工況8)；

模式5：維修停堆(工況9，工況10，工況11，工況12)；

模式6：換料停堆(工況13)。

主控制室不可居留時，需要根據(jù)機組所處模式不同，采取不同的處理措施。需要將機組退防到一個較為安全的停堆狀態(tài)，盡快恢復主控制室功能，并切換回主控制室。

因為在模式3的熱停堆狀態(tài)下，反應堆處于次臨界狀態(tài)，是可以穩(wěn)定的較為安全的停堆狀態(tài)，并且該狀態(tài)下一回路的溫度壓力較高，若主控制室功能恢復，切換回主控制室后，可盡快恢復機組滿功率運行。因此若機組初始工況處于模式1至模式3的熱停堆狀態(tài)時，需要將反應堆退防到模式3的熱停堆狀態(tài)。維持在熱停堆狀態(tài)，并恢復主控制室過程中，需要監(jiān)測輔助給水池水位。若輔助給水池水容量降至需要冷停堆的規(guī)定限值，則熱停堆狀態(tài)不再是一個安全的停堆狀態(tài)，此時應后撤至模式5的冷停堆狀態(tài)。在冷停堆狀態(tài)下可在不卸出燃料組件的情況下，檢修一回路的設(shè)備，同時反應堆也適合啟動升溫，這一狀態(tài)也是重要的安全相關(guān)事件的后備模式。

若主控制室不可居留時，機組初始工況處于模式3(不含熱停堆)至模式4，則需要退防到模式5的冷停堆工況，將反應堆置于安全的停堆狀態(tài)并便于維修。

若主控制室不可居留時，機組初始工況處于模式5和模式6，此時一回路溫度壓力都很低，較為安全，因此可穩(wěn)定在當前狀態(tài)。

此外，根據(jù)法規(guī)要求，需考慮在主控制不可居留時喪失廠外電源的工況。由于主泵決定了機組在退防過程中所使用的策略，因此在主控制室不可居留時，需針對主泵是否因為喪失廠外電停運而采取不同的退防策略。若因喪失廠外電源導致主泵不能運行，需要采取自然循環(huán)的方式降溫降壓。若主泵可運行，主控制室停堆后切換到遠程停堆站采取強迫循環(huán)的策略更為合理。

為了便于運行人員對機組的控制，在本運行策略中，盡量復用已有的其他成熟規(guī)程(如故障運行規(guī)程以外的事故處理規(guī)程、總體運行規(guī)程等)的操作模塊。

核電廠現(xiàn)有緊急停堆處理功能的規(guī)程模塊(簡稱為：E模塊，E模塊又分為Ea和Eb兩個子模塊，分別用于主泵不可運行工況和主泵可運行工況)。有自然循環(huán)冷卻一回路功能的規(guī)程模塊(簡稱為：Z模塊)。有用于機組啟停的總體規(guī)程模塊(簡稱為：G模塊)。因此退防策略中根據(jù)機組初始狀態(tài)的不同，使用Ea或Eb模塊將機組帶入熱停堆，使用Z模塊或G模塊將機組帶入冷停堆。

將操作策略相同的相鄰工況合并，根據(jù)策略優(yōu)先級的確定原則，正常運行工況診斷優(yōu)先，高模式工況較低模式工況優(yōu)先，確定各路徑的優(yōu)先級。

按照每條路徑的策略的優(yōu)先級，對步驟進行合并優(yōu)化，完成整體的主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站策略。當發(fā)生主控制室不可用時，派遣一名操縱員至遠程停堆站。建立遠程停堆站與主控制室之間的通訊聯(lián)絡(luò)，手動停堆。離開主控制室，將機組的控制切換到遠程停堆站，確認遠程停堆站的投入與運行。根據(jù)主控制室不可用時是否因喪失廠外電導致主泵停運和機組所處的模式不同采取不同的處理措施。策略流程如圖1所示。

在完成初步整體的故障處理策略后還需對策略進行驗證確認，以對其進行綜合分析，評價設(shè)計結(jié)果是否滿足運行要求。

圖1　主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站運行策略流程圖Fig.1　Operating strategy of moving to remote shutdown station when main control room is uninhabitable flow chart

3　主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站運行策略確認

3.1　確認目的

確認工作使用設(shè)計驗證平臺為工具。通過策略確認可從更加接近實際的操作角度更全面地確認該運行策略的正確性和可執(zhí)行性。

3.2　確認方法

主控制室不可居留時，若喪失廠外電源導致主泵不可運行，此初始工況下退防策略與以往策略相似，都需采取自然循環(huán)的方式降溫降壓，退防過程中復用了已有的成熟規(guī)程的操作模塊，因此無需對此部分運行策略的正確性進行確認。

主控制室不可居留時，若未因喪失廠外電源導致主泵不可運行，此初始狀態(tài)下，運行策略較以往策略有較大改進，因此是策略確認的重點。本文選取具有代表性的機組初始運行模式為模式1的工況進行確認和分析。其中，最具有代表性的退防階段為若輔助給水池水容量降至規(guī)定的低水位閾值及以下，則執(zhí)行G模塊將反應堆帶到模式5的正常冷停堆工況的過程。

確認過程中需記錄策略執(zhí)行的關(guān)鍵操作、機組關(guān)鍵參數(shù)以及發(fā)現(xiàn)的問題等。確認場景描述如表4所示。

表4　確認場景描述表Table 4　Description of validation scene

3.3　確認結(jié)果及分析

主控制室不可居留時，未因喪失廠外電源導致主泵不可運行的情況下，采用強迫循環(huán)策略，確認過程中的關(guān)鍵步驟及其響應見表5，機組的參數(shù)趨勢如圖2所示。

表5　確認進程表Table 5　Validation process table

圖2　策略確認參數(shù)趨勢圖Fig.2　Parameter trend chart of strategy validation

通過確認可證明，在對應的事故工況下，執(zhí)行本策略可使反應堆按照設(shè)計預期的方式實現(xiàn)安全停堆；并可在確保機組各項運行參數(shù)不突破運行限制條件的前提下，安全退防至冷停堆狀態(tài)。策略執(zhí)行的結(jié)果與預期的設(shè)計目標一致。

4　結(jié)論

在近年來新建的二代改進型核電機組中雖然也實現(xiàn)了數(shù)字化的全功能遠程停堆站，但是，主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站的操作策略卻依然沿用傳統(tǒng)基于模擬技術(shù)的非全功能遠程停堆盤上的運行策略，并未像“華龍一號”一樣充分利用了全功能遠程停堆站的技術(shù)優(yōu)勢。

基于“華龍一號”的相關(guān)設(shè)計，本文提供了一種主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站的故障策略分析方法，并基于此方法設(shè)計并確認了適用于華龍一號全功能遠程停堆站的改進型故障處理策略，充分體現(xiàn)出全功能遠程停堆站的優(yōu)勢，提高了華龍一號機組在相關(guān)工況下的運行效能。本策略的主要技術(shù)優(yōu)勢主要包括：

1)通過在退防過程中盡可能維持主泵運行，不僅改善了堆芯至二回路的熱量傳遞效率，加快了退防進程，并且，由于穩(wěn)壓器噴淋可用，使得機組在退防過程中更容易控制一回路壓力。上述改進，不僅有助于提高的機組的安全性，還改善了機組的運行效能和經(jīng)濟性。

2)充分利用全功能工作站的優(yōu)勢，減少了大量的就地操作，減少了操縱員的工作量，降低了操縱員的工作壓力，進而避免了潛在的人因失誤。

3)在本導則的設(shè)計過程中，復用了已有的“機組緊急停堆策略”和部分“總體運行導則”策略中的操作模塊，有助于減少設(shè)計工作量和后續(xù)運行策略維護的工作量，也利于操縱員盡快掌握此項改進的技術(shù)內(nèi)容。

4)明確了在不同初始工況下的“主控制室不可居留轉(zhuǎn)向遠程停堆站運行策略”的執(zhí)行步驟，提高了“華龍一號”機組的故障處理的能力和安全性。

綜上，本文在不大幅增加華龍一號核電廠固定投資的條件下，通過優(yōu)化相關(guān)的運行策略，有效地提高了華龍一號機組的安全性和經(jīng)濟性，充分體現(xiàn)出了技術(shù)創(chuàng)新對提高核電競爭力的重要作用。在后續(xù)華龍一號改進相關(guān)的研發(fā)工作中，應從提高機組的運行效能入手，繼續(xù)探索和挖掘有關(guān)的創(chuàng)新關(guān)鍵點，持續(xù)改進創(chuàng)新。