于龍

【摘 要】核電發(fā)展數(shù)十年來，人們已傾于認(rèn)同核電是一種安全，清潔、高效的能源，核電廠發(fā)生嚴(yán)重事故的概率極低。但是，事故一旦發(fā)生，可能導(dǎo)致堆芯熔化，不僅對(duì)壓力容器的完整性造成威脅，且可能致使放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放。本文通過對(duì)30萬機(jī)組在大破口下的事故分析，闡述了即使在破口事故且全廠失電的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下，仍能將反應(yīng)堆置于安全狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】LBLOCA;安注;堆芯淹沒

中圖分類號(hào)： TM623.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）03-0157-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.065

Accident Analysis of CP300 under the LBLOCA of the Main System

YU Long

（CNNC Nuclear Power Operations Management Co.，Ltd，Haiyan，Zhejiang，314300）

【Abstract】Nuclear power has developed for decades，people are prone to agree that nuclear power was a safe， clean，efficient energy，nuclear power plant is low risk of a serious accident.However，once the accident is happened，it can lead to core melt，this is not only a threat to the integrity of the pressure vessel，but also may cause released radioactive substances into the environment.Through the analysis of the accident of cp300 under the LBLOCA of the main system，this article proves that the reactor can be placed in a safe state even under the over-design accident of the LBLOCA and SBO.

【Key words】LBLOCA;Injection;Core flooding;SBO

1 交流電正常工況下主系統(tǒng)大破口時(shí)堆芯淹沒方式

假想事故過程：在秦一廠30萬機(jī)組反應(yīng)堆功率運(yùn)行期間，一回路系統(tǒng)發(fā)生大破口事故，破口當(dāng)量直徑超過243mm（主管道直徑700mm），反應(yīng)堆冷卻劑通過破口噴射到安全殼內(nèi)，反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)快速卸壓，穩(wěn)壓器壓力降低，停堆并觸發(fā)安注信號(hào)（10S內(nèi)，如圖1），安注系統(tǒng)迅速向堆芯注射硼水，使堆芯淹沒，確保堆芯處于次臨界狀態(tài)，帶走剩余衰變熱以避免堆芯損壞，保證壓力容器的完整性。圖1為主管道破口為100%（破口直徑700mm）、50%（破口直徑495mm）、20%（破口直徑313mm）對(duì)應(yīng)的主系統(tǒng)溫度、壓力變化曲線。

1.1 初期冷段注射階段

這個(gè)階段能使堆芯再淹沒以防止堆芯損壞，在這個(gè)階段無須操作人員干涉。硼水從硼酸貯存箱、換料水箱和安注箱輸送到主冷卻劑系統(tǒng)。

安注信號(hào)發(fā)出后，按安注信號(hào)啟泵程序啟動(dòng)化容上充泵，硼酸駁運(yùn)泵、高壓安注泵和低壓安注泵。同時(shí)，安注信號(hào)打開化容上充泵與換料水箱的隔離閥V02-216A、B和緊急供硼管線上的隔離閥V02-222、V02-220：關(guān)閉容控箱出口隔離閥V02-104A、B。

兩臺(tái)離心上充泵首先動(dòng)作注射7000ppm濃度的硼水進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的冷段。上充泵入口的兩個(gè)并聯(lián)閥門打開，上充泵一面從硼酸貯存箱吸入硼酸，另一面又從換料水箱吸入硼水。大破口反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力下降迅速，很快造成上充泵超流量（總管流量≥52m3/h）跳閘。

當(dāng)主系統(tǒng)壓力高于10.78MPa（110kgf/cm2）時(shí)，高壓安注泵處于小流量運(yùn)行的狀態(tài)，換料水箱內(nèi)的硼水經(jīng)高壓安注泵和小流量回流管線又回到換料水箱。此時(shí)化容離心上充泵將換料水箱2400ppm和硼酸駁運(yùn)泵出口7000ppm（4%重量百分比濃度）濃硼酸，通過上充管線注入主系統(tǒng)冷段。當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力下降而造成離心上充泵超流量運(yùn)行（總管流量≥52m3/h）時(shí)，離心上充泵的保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作使兩臺(tái)離心上充泵跳閘，此時(shí)高高壓安注分系統(tǒng)停止運(yùn)行。

當(dāng)主系統(tǒng)壓力低于10.78MPa（110kgf/cm2）時(shí)，換料水箱內(nèi)濃硼酸溶液經(jīng)換料水箱出口隔離閥V09-33A/B及止回閥V09-32A/B，進(jìn)入高壓安注泵，經(jīng)高壓安注泵加壓后經(jīng)出口止回閥V09-26A，B/C，D及出口隔離閥V09-25A，B/C，D，進(jìn)入安全注射集管，然后經(jīng)節(jié)流閥V09-13A，B/E，F(xiàn)，冷段注射隔離閥V09-12A，B/E，F(xiàn)，冷段注射止回閥V09-11A，B/C，D，分成4路，然后經(jīng)安注箱出口管止回閥V09-01A/C，分別注入主系統(tǒng)兩個(gè)環(huán)路的冷段。注入流量隨著主系統(tǒng)壓力的降低而逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力降為0時(shí)注入流量達(dá)到最大120m3/h（運(yùn)行值取第5次換料大修安注全流量試驗(yàn)值，運(yùn)行值均大于120m3/h）。

當(dāng)主系統(tǒng)壓力降到低于4.9MPa時(shí)，安注箱里的硼水經(jīng)V09-02A/B頂開兩只止回閥V09-01A，B/C，D注入堆芯。當(dāng)安注箱液位接近排空時(shí)應(yīng)恢復(fù)V09-02A/B的供電，并且關(guān)閉該二閥門，隔離安注箱。

當(dāng)主系統(tǒng)壓力降至0.98Mpa（10kgf/cm2）以下時(shí)，低壓安注泵開始將換料水箱內(nèi)硼水注入堆芯。

1.2 再循環(huán)冷段注射階段

初期冷段注射往往不能使反應(yīng)堆達(dá)到冷停堆狀態(tài)。當(dāng)換料水箱水位下降到低-低液位2.26m時(shí)，將安注復(fù)位，停止除安全殼噴淋泵之外的所有從該箱吸水的水泵（安注泵、停冷泵及離心上充泵），將CB-517盤上“再循環(huán)工況選擇”開關(guān)打到“投入”位置，發(fā)出安注再循環(huán)信號(hào)。該再循環(huán)信號(hào)關(guān)閉V09-33A/B、V09-24A/B，V06-20、V08-28A/B，打開V09-18A/B、V09-31A/B、V08-24A/B。然后手動(dòng)啟動(dòng)低壓安注泵（即停冷泵）及高壓安注泵（先啟動(dòng)輔助油泵），這樣，低壓安注泵從安全殼再循環(huán)地坑吸水，充當(dāng)高壓安注泵的前置泵;高壓安注泵經(jīng)高低壓安注泵之間的隔離閥V09-31A/B從低壓安注泵的出口吸水，然后經(jīng)出口止回閥V09-26A，B/C，D及出口隔離閥V09-25A，B/C，D，進(jìn)入安全注射集管，然后經(jīng)節(jié)流閥V09-13A，B/E，F(xiàn)，冷段注射隔離閥V09-12A，B/E，F(xiàn)，冷段注射止回閥V09-11A，B/C，D，分成4路，然后經(jīng)安注箱出口管止回閥V09-01A/C，分別注入主系統(tǒng)兩個(gè)環(huán)路的冷段。當(dāng)主系統(tǒng)壓力低于0.98MPa（10kgf/cm2）時(shí)，低壓安注泵可直接將地坑水注入主系統(tǒng)。

1.3 冷段-熱段交替再循環(huán)階段

安注系統(tǒng)運(yùn)行24小時(shí)后，堆芯還沒有冷卻下來，為了避免堆芯出現(xiàn)硼結(jié)晶，堆芯因地坑硼濃度過低而引起重返臨界，開始進(jìn)入冷段-熱段交替再循環(huán)階段。由主控室操縱員手動(dòng)開啟高壓安注熱段分管隔離閥V09-12C/D/G/H，關(guān)閉高壓安注冷段分管隔離閥V09-12A/B/E/F，進(jìn)行熱段注射。當(dāng)主系統(tǒng)壓力高于0.98MPa（10kgf/cm2）時(shí)，由高壓安注泵從主系統(tǒng)熱段向堆芯注水。當(dāng)主系統(tǒng)壓力小于0.98MPa（10kgf/cm2）時(shí)，則低壓安注泵可直接從主系統(tǒng)熱段向堆芯注水。熱段注射的目的在于消除堆芯和主系統(tǒng)內(nèi)的任何高溫死區(qū)。

在這個(gè)階段，操縱員可通過手動(dòng)依次反復(fù)開關(guān)高壓安注泵出口的冷段和熱段隔離閥，改變注射流向，建立交替再循環(huán)階段，以保證維持堆芯硼濃度低于可溶極限。

在再循環(huán)階段，停冷熱交換器一般由安全殼噴淋系統(tǒng)使用，以盡快降低安全殼大氣的壓力和溫度。如安全殼噴淋系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，可用于低壓注射分系統(tǒng)。

系統(tǒng)在此階段維持一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間直到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力低于低壓安注泵設(shè)計(jì)流量時(shí)的壓頭，此時(shí)可以手動(dòng)停止高壓安注泵，余熱排除泵繼續(xù)提供冷卻以達(dá)到冷停堆。

2 SBO和LOCA疊加事故情況下堆芯淹沒方式

2.1 安注箱安注系統(tǒng)迅速響應(yīng)

當(dāng)主管道雙端斷裂時(shí)，首先對(duì)反應(yīng)堆起淹沒作用的是安注箱安注系統(tǒng)，作用時(shí)間是事故發(fā)生后的15S左右，如圖2（主管道破口為100%、50%、20%對(duì)應(yīng)的安注箱液位變化曲線）。

2.2 主系統(tǒng)快速冷卻降壓方式

完好蒸發(fā)器冷卻降壓。若柴油機(jī)輔助給水泵無法啟動(dòng)或啟動(dòng)后失效，應(yīng)立即申請(qǐng)使用移動(dòng)泵，執(zhí)行《移動(dòng)泵取水水源接口接入規(guī)程》、《移動(dòng)泵二回路接口接入規(guī)程》，投入二回路應(yīng)急補(bǔ)水。如果移動(dòng)泵無法就位，立即征調(diào)消防車從V20-42A/42B/42C/42D接管向SG注入消防水;同時(shí)全開大氣釋放閥ZZQ-13V/14V，降低SG二次側(cè)背壓以使得消防水能夠順利注入SG。

電站發(fā)生SBO和LOCA疊加事故后（超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故），一回路主系統(tǒng)全部補(bǔ)水水源喪失和所有冷卻功能失效;短期不具備恢復(fù)的可能或無法評(píng)估何時(shí)恢復(fù);堆芯水位持續(xù)下降，堆芯溫度持續(xù)上升，堆芯有裸露風(fēng)險(xiǎn)或趨向裸露;準(zhǔn)備通過移動(dòng)泵和外界動(dòng)力向堆芯進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)水，使堆芯淹沒。

一回路應(yīng)急補(bǔ)水水源：第一水源為換料水箱，第二水源為消防水。使用第二水源或其他清水源需要請(qǐng)示應(yīng)急指揮并得到同意后方能進(jìn)行。

通過移動(dòng)泵和外界動(dòng)力向一回路進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)水，其應(yīng)急補(bǔ)水流量應(yīng)能滿足停堆6小時(shí)后堆芯余熱排出的需要，所設(shè)置的設(shè)備應(yīng)保證事故后至少72 小時(shí)的運(yùn)行需求。

切除部分一回路直流蓄電池負(fù)荷，如部分廠房照明，以延長(zhǎng)一回路直流蓄電池供電時(shí)間;若一回路直流蓄電池電壓下降，切除二回路直流負(fù)荷（除220KV外電源恢復(fù)所需電源外），如直流油泵，停用一回路直流蓄電池，并將一回路直流B母/二回路直流聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。盡快恢復(fù)一路廠用電，當(dāng)任意一列6KV、380V安全母線恢復(fù)供電時(shí)， 應(yīng)開始執(zhí)行電廠長(zhǎng)期恢復(fù)操作。

3 廠用電源的多樣性和可靠性

3.1 場(chǎng)外電源

秦山核電廠通過四條互不交叉和二個(gè)方向的220KV輸電線與浙江電網(wǎng)相聯(lián)，這四條輸電線是秦塘2P59、秦躍2428、秦立2424、秦方2P70，在正常運(yùn)行時(shí)，秦塘2P59、秦躍2428接在220KV Ⅰ母上，秦立2424、秦方2P70接在220KV Ⅱ母上。

正常運(yùn)行時(shí)，350MWe發(fā)電機(jī)經(jīng)主變通過220KV變電站向電網(wǎng)供電，并通過高壓廠變向6KV工作Ⅰ、Ⅱ段母線供電，6KV公用Ⅰ、Ⅱ段和6KV安全Ⅰ、Ⅱ段母線由6KV工作Ⅰ、Ⅱ段母線供電;啟備變運(yùn)行在220KV Ⅱ母上，正常為空載運(yùn)行，并且作為6KV公用Ⅰ、Ⅱ段和6KV安全Ⅰ、Ⅱ段母線自動(dòng)備用電源。

電站換料檢修和啟動(dòng)時(shí)，從電網(wǎng)經(jīng)秦塘2P59 （或秦躍2428）通過220KV Ⅰ母、高壓廠變2001M開關(guān)和高壓廠變向6KV工作Ⅰ、Ⅱ段母線供電，并且通過6KV工作Ⅰ、Ⅱ段母線向6KV公用Ⅰ、Ⅱ段和6KV安全Ⅰ、Ⅱ段母線供電;從電網(wǎng)經(jīng)秦立2424通過220KV Ⅱ母向啟備變供電，正常啟備變?yōu)榭蛰d運(yùn)行，并且作為6KV公用Ⅰ、Ⅱ段和6KV安全Ⅰ、Ⅱ段母線自動(dòng)備用電源。該二路電源均正常時(shí)，方可啟動(dòng)，啟動(dòng)完畢，可用主變2001B開關(guān)手動(dòng)準(zhǔn)同期將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

《秦山核電廠最終安全分析報(bào)告第16章 技術(shù)規(guī)格書》中規(guī)定：

在運(yùn)行模式1，2，3，4A和4B下，必須保證由輸電網(wǎng)用兩條輸電線向電廠供電，兩條線路在電氣上及實(shí)體上完全獨(dú)立。

在運(yùn)行模式5和6下，必須保證由輸電網(wǎng)用一條條輸電線向電廠供電。

3.2 場(chǎng)內(nèi)電源

3.2.1 三臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組

秦一廠共有三臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組的容量為2000KW，發(fā)電機(jī)為TFHY2000-6/143型，柴油機(jī)為16V240ZDA型，機(jī)組參數(shù)詳見附錄A。

機(jī)組運(yùn)行方式為1#EDG作為6KV安全I(xiàn)段的應(yīng)急備用電源，3#EDG機(jī)組作為6KV安全I(xiàn)I段的應(yīng)急備用電源，2#EDG作為1#EDG或3#EDG機(jī)組的檢修備用。

《秦山核電廠最終安全分析報(bào)告第16章 技術(shù)規(guī)格書》中規(guī)定：

在運(yùn)行模式1，2，3，4A和4B下，必須保證有兩套分隔且獨(dú)立的柴油發(fā)電機(jī)組可運(yùn)行，每套有：分隔的日用燃油箱最低限度貯有燃油0.8m3、分隔的燃油貯存系統(tǒng)最低限度貯有32m3燃油及分隔的燃油抽油泵。

在運(yùn)行模式5和6下，必須保證有一套柴油發(fā)電機(jī)組可運(yùn)行，即同時(shí)具備裝滿燃油的日用燃油箱、分隔的燃油貯存系統(tǒng)，至少裝有32m3燃油，以及一臺(tái)燃油抽油泵。

3.2.2 一臺(tái)AAC柴油發(fā)電機(jī)組

AAC（Alternate AC）電源為非安全級(jí)電源，其主要功能是提高核電廠的縱深防御能力以及實(shí)現(xiàn)投資保護(hù)功能，在全廠失電工況（SBO：STATION BLACKOUT）下，對(duì)6KV安全Ⅰ段或6KV安全Ⅱ段母線供電，向安全停堆有關(guān)負(fù)載提供充足、可靠的電力，保證堆芯的冷卻及余熱的排出，確保安全殼適當(dāng)?shù)耐暾?同時(shí)，可向非安全的重要設(shè)備供電，避免重大設(shè)備損壞。AAC柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)在在發(fā)生SBO事件1小時(shí)之內(nèi)成功啟動(dòng)并帶載，并且保證至少8小時(shí)的滿功率持續(xù)運(yùn)行的能力。

AAC電源廠房共地上三層，一層為燃油貯罐間、值班室、檢修間、消防設(shè)備間;二層為柴油發(fā)電機(jī)室、日用油箱間、低壓配電控制間及直流配電間;三層為中壓配電間。根據(jù)防水淹項(xiàng)目數(shù)據(jù)，本地區(qū)積水深度為1.41米，因此AAC電源廠房首層室內(nèi)外高差定為1.5m，并且將柴油發(fā)電機(jī)放置于二層，具有足夠的防水淹能力。

正常工況時(shí)AAC柴油發(fā)電機(jī)組在熱備用，當(dāng)出現(xiàn)失去全部廠外電源但廠內(nèi)應(yīng)急電源可用的事故工況，可啟動(dòng)AAC柴油發(fā)電機(jī)組，向6KV公用Ⅰ段、工作Ⅰ段母線供電，維持部分重要負(fù)荷運(yùn)行。在SBO工況下，可啟動(dòng)AAC柴油發(fā)電機(jī)組，向6KV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供電。

3.2.3 一臺(tái)中壓移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組

適用于一廠30萬機(jī)組嚴(yán)重事故工況下，在廠內(nèi)和廠外交流電源以及廠址內(nèi)附加柴油發(fā)電機(jī)全部喪失時(shí)，中壓移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)通過6KV AAC段向6KV安全母線供電的相關(guān)操作，可作為主控室與常規(guī)島/電氣崗位進(jìn)行上述范圍內(nèi)的運(yùn)行管理及操作的依據(jù)

3.2.4 兩臺(tái)低壓移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組

適用于一廠30萬機(jī)組事故應(yīng)急期間2臺(tái)移動(dòng)柴油發(fā)電車通過380V安全Ⅰ、Ⅲ段分別給380V安全段A、B通道供電的相關(guān)操作，可作為主控室與常規(guī)島/電氣崗位進(jìn)行上述范圍內(nèi)的運(yùn)行管理及操作的依據(jù)。

4 總結(jié)

即使是核電廠發(fā)生SBO和LOCA疊加事故（超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故）的情況下，主系統(tǒng)反應(yīng)性仍能得到有效控制，置于安全狀態(tài)，福島事故后，30萬機(jī)組采取的一系列整改措施，增加了多樣性的安全電源，進(jìn)一步保證了反應(yīng)堆堆芯在事故后受到保護(hù)。

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