田灣核電站失去兩路廠外電源試驗實施及方案優化

武 杰，劉 非

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

1 失去兩路廠外電源試驗方案簡介

田灣核電站1、2號機組帶功率調試階段失去兩路廠外電源試驗為重大風險試驗，2臺機組的試驗均獲得一次成功。

田灣一期工程的試驗方案與國內其他核電廠相比有一定區別：

（1）國內大部分核電廠是先做失去一路主外電源試驗，此時自動停堆、停機，機組轉為備用外電源供電，部分正常運行負荷（例如常規島閉式冷卻水等）依靠備用外電源供電保持運行，等機組狀態穩定后再切除備用外電源，此時才失去全部廠內正常交流電源，而此前反應堆已停堆、汽輪發電機已停運，風險較小。

（2）田灣一期工程的試驗方案是兩路廠外電源同時刻失去，停堆、停機、失去正常運行系統都是同時發生，工況比較惡劣，它比較全面地模擬了真實的失去兩路廠外電源事件，從而能夠全面檢驗機組在此工況下的動態響應性能。

試驗具體方案：在堆功率25%FP，汽輪發電機已并網后進行。試驗前先閉鎖220 kV備自投，試驗模擬發電機過電壓保護動作，導致汽輪機跳機、發電機解裂、廠用負荷失電；隨后反應堆根據4臺主泵中切3臺延時1.4 s跳堆。而6臺柴油機（包括4臺應急柴油機，2臺機組柴油機）根據所在母線的斷電信號，啟動并自動分級加載。

試驗主要目的是檢查6臺柴油機能否自動啟動并加載、堆芯自然循環能否穩定建立，主泵惰轉情況以及汽輪發電機組在失去供油冷卻水、真空急劇惡化條件下的惰轉和相關調節器的工作情況。

2 失去兩路廠外電源試驗前期準備工作簡述

2.1 文件準備

最初俄方發布的1號機組失去兩路廠外電源試驗調試程序A版存在諸多問題：模擬主變瓦斯保護的試驗方案不合理（造成停電面積過大，不易恢復），驗收準則不明確，試驗前機組狀態要求過于簡單，試驗風險分析不夠，缺乏必要的安全措施，試驗的組織不夠明確，分工不細。

面對這種狀況，中方成立了專項組專門準備該試驗，廣泛研究了國內外類似試驗和失去兩路廠外電源事故工況處理的經驗、教訓，分析機組現有設備缺陷對試驗的影響，決定在盡可能真實模擬斷電工況的基礎上應該采取必要的安全措施，以便試驗既達到全面驗證機組在此工況下響應性能的試驗目的，又能確保機組安全。在與試驗各方廣泛交流的基礎上，專項組完成了一系列文件準備工作。

專項組細化試驗方案，編制完成可操作性較強的試驗細則《1號機組斷電試驗工作文件包》。加強和完善風險分析，編制完成《1號機組斷電試驗風險分析與應對措施》。明確試驗先決條件，編制完成《1號機組斷電試驗先決條件檢查與確認》。細化試驗的組織，編制完成《1號機組斷電試驗組織機構圖》和《1號機組斷電試驗中方各主要崗位工作流程與接口關系》。重視試驗后機組狀態的恢復，編制了《1號機組斷電試驗后恢復機組狀態程序》。

2.2 人員組織和培訓

（1）試驗專項組多次組織運行值進行討論和試驗交底，吸收運行人員的建議，并多次安排模擬機演練。

（2）細化試驗的組織，將任務具體落實到人，對各參與試驗人員之間的接口關系、接口方式、聯系電話給予了明確規定。

（3）試驗參與各方在模擬機和機組上實施了失去兩路廠外電源試驗演習，讓各方熟悉本部門及本人在斷電試驗期間的任務和相互接口。

（4）組織參與試驗的運行人員進行了兩次失去兩路廠外電源試驗方面的口試，以保證試驗的主體——運行人員切實掌握試驗操作細則，熟悉試驗進程。

2.3 預備性試驗和檢查

為了降低試驗過程中各個環節的風險，確認各個局部的響應正常，專項組協調各部門對參加試驗的設備提前進行檢查：柴油機分級加載、一回路液位和壓力控制、蒸汽發生器給水、二回路壓力控制以及汽輪發電機各輔助系統等，以確保整體試驗的成功。

2004年4月24日完成熱試階段失去兩路廠外電源試驗，2006年4月1日完成自然循環試驗，2006年5月1日至4日完成6臺柴油機的分級加載試驗。2006年3月至6月完成電氣設備聯鎖和保護的定值校驗、6 kV開關傳動試驗工作、UPS交直流系統情況檢查；應急和正常照明系統、全廠廣播通信系統檢查和試驗；直流潤滑油泵啟動試驗；對全廠儀控系統和自動控制機柜進行了重啟，以減少操縱員計算機操作終端（OM）死機概率。這些預備性試驗檢驗了設備的可靠性，也提前發現了潛在隱患，我們得以及時采取糾正措施。

3 試驗準備過程中發現并解決的主要設計問題

田灣一期工程的設計與參考電站相比差別很大，并采用了全數字化儀控系統，自動化水平大大提高，工藝控制的許多邏輯都是全新設計，因此一些工藝與邏輯初步設計時有不完善的地方，調試期間，在中俄雙方共同努力下，做了不少設計優化。下面對失去兩路廠外電源試驗準備過程中發現的問題與解決方案作一介紹。

3.1 防止輔助給水泵啟動后過載

問題1：機組正常運行時，汽水分離再熱器凝結水系統(LCS)的水輪機泵在工作，它是由給水母管供給動力水，并返回除氧器，LCS系統的閥門均由正常段母線供電。輔助給水系統正常運行時處于熱備用狀態，此時如果失去兩路廠外電源并出現蒸汽發生器液位下降0.1 m信號（BD21邏輯），則機組柴油機啟動后，輔助給水系統會自動啟動，水輪泵的動力水和被驅動水閥門由于是非可靠供電而無法自動關閉，導致輔助給水泵啟動后沿著水輪泵動力水及被驅動水管線返回至除氧器，形成循環回路，從而導致輔助給水泵出口壓力低過載，且無法向蒸汽發生器供水。

問題2：即使不存在問題1，當出現失去兩路廠外電源工況時，由于蒸汽發生器液位主調節閥沒來得及關閉，或者由于通過啟/停調節閥的流量瞬時過大導致主液位調節閥打開，這會導致輔助給水泵流量過大，由于過載而自動切除；并且輔助給水泵在備用狀態時泵出口閥LAH10，20AA102，105處于開位，而LAH10，20AA102的通流能力最大，在輔助給水泵應急啟動時也會導致輔泵過載而保護切除。

解決方案：

（1）對LCS50系統進行了正式變更：將LA B51A A601的接點由LCS50A A601與LCS50AA102之間，改為止回閥LCS50AA601之前，靠近L C S泵出口，這樣通過止回閥LCS50AA601避免沿被驅動水側的倒流發生；另外，后來又增加了設計變更，將水輪機泵的動力水與被驅動水側管線電動閥改為可靠供電，并增加在失去兩路廠外電源情況下保護關閉信號。

（2）對S G給水系統進行臨時變更：根據5臺主給水泵全切信號，發出40 s的脈沖信號關閉LAB10，20，30，40AA111，211和LAH10，20AA102；并且將BD21中LAB10，20，30，40AA212強制開啟的信號長度由40 s縮短為20 s。該變更在斷電試驗中得到了驗證，輔助給水泵啟動后工作正常，因此該臨時變更試驗后轉為正式設計變更。

3.2 恢復正常運行電源后，防止大量轉動設備在非監控情況下重新啟動

問題：在斷電試驗完成后恢復正常供電期間，一旦恢復一段正常母線供電，該母線段上的轉動設備的備自投會立即動作（由于全數字化儀控系統設置了大量自動啟泵邏輯），瞬間有不少轉動設備在操縱員沒有準備和監視的情況下立即啟動，而此時系統投入的用戶數量較多，仍對應斷電前功率運行的狀態，而工作泵的數量不夠（例如平時兩臺泵運行，而此時另一臺泵還沒恢復供電），這樣會導致啟動的泵過載、損壞或者引起正常母線電壓大的波動。這一點在原設計中沒有考慮，而在1997年巴拉克夫2、3號機組發生失去兩路廠外電源事故時就發生了類似事件，恢復供電時由于泵自啟導致電機燒毀。

解決方案：試驗前實施了設計變更：根據廠內正常供電母線低電壓信號，經過一定的延時，自動切除部分不希望自啟的6 kV和400 V轉動設備的SLC（即解除控制泵自動啟動的聯鎖），以防止設備自動啟動。在斷電試驗期間，這些變更得到了驗證，工作正常，沒有出現不必要的轉動設備自啟現象。

3.3 防止在失去兩路廠外電源工況下主泵惰轉情況失去監視

問題：原設計中主泵診斷系統的供電電源為正常供電，在斷電工況下無法工作，有可能導致主控操縱員無法準確判斷主泵惰轉情況，在恢復正常供電后，啟動了惰轉異常的主泵而造成主泵進一步損壞。

解決方案：

（1）實施設計變更，將主泵診斷系統的供電電源由正常供電改為UPS供電，確保在失去兩路廠外電源情況下仍然可以監視主泵惰轉情況。

（2）在斷電試驗期間安排兩名專工在主泵診斷間監視主泵惰轉情況，有異常時迅速通知主控，以便主控在重啟主泵之前對其狀態心中有數，避免因啟動了惰轉異常的主泵而導致損壞。

3.4 防止失去兩路廠外電源后化學和容積控制系統下泄流溫度超限

問題：在機組失去全部廠外電源后主泵會有90 s左右的惰轉時間，導致下泄管線仍然維持一定的流量，而此時上充泵分級加載的時間還未到，從而使下泄流失去上充流的冷卻；同時由于核島設備冷卻水系統KAA40泵分級加載的時間還未到，導致下泄后冷卻器短暫失去冷卻水，這也將導致下泄流失去冷卻，此時下泄流溫度不可避免地會迅速升高，如果下泄流溫度達到60 ℃，將切除KBE并打開KBE旁路，但是這些閥門由機組柴油機供電，斷電后15 s左右這些閥門才會帶電動作，有可能導致樹脂損壞。當下泄流溫度達到100 ℃，將觸發CE21動作和TXP動作，下泄后冷卻器冷卻水側被隔離，下泄管線被完全隔離。隨后，當KBA小泵分級加載啟動后，上充流恢復，無下泄流加熱上充流，會導致上充流溫度過低，與一回路冷卻劑溫差過大，給上充管與一回路主管道的焊口造成大的熱沖擊。

解決方案：實施臨時儀控變更，根據BBA/B/C/D低電壓信號（BBA/B/C/D中4段母線中有3段電壓低于0.4Un），自動發命令：

（1）立即切除SLC 1KBA14EE001，關閉1KBA10AA101，102。

（2）經過15 s（1X K A50投入后），關閉1KBA14，15，16AA101，1KBA14AA201。

（3）經過25 s投入1KAA10AP001(002)，打開1KBA10AA101，102。

（4）經過60 s投入1KBA51(52，53)AP001，然后打開1KBA14AA101，1KBA14AA201投入自動并打開保持流量1.94 kg/s。

根據試驗結果，該臨時變更試驗后已轉為正式設計變更。

3.5 防止安全系統自循環管道上的閥門因管道振動大而反復開關

問題：由于安全系統泵的自循環管道振動大，導致流量波動大，自循環閥門反復打開/關閉，閥門電動頭反復動作有可能燒毀，事故期間安注泵啟動后，如果由于電動頭燒毀導致閥門卡在開位或關位，這會導致一定的安全隱患。

解決方案：

（1）試驗時的臨時措施：為避免自循環閥門反復打開/關閉，操縱員應該在泵啟動后解除控制自循環管線閥門的閉鎖，保持自循環閥門處于開位。

（2）最終正式解決措施：一方面公司相關部門采取措施從根本上減輕自循環管道振動，另一方面實施工藝、儀控變更，通過調整關閉自循環閥門的流量定值和增加延時等措施避免了該問題。

3.6 防止兩臺輔助給水泵因失去冷卻水而不可用

問題：閥門LCU32AA101對兩臺輔助給水泵的可用性有決定性的影響，失去兩路廠外電源后，5號柴油機啟動合閘后給LCU32AA101供電，該閥立即自動打開，通過該閥給兩臺輔助給水泵供冷卻水，只有當供水流量（PGB25CF001）大于4.4 kg/s時，兩臺輔助給水泵才有根據分級加載啟動的允許條件。如果5號柴油機（XKA50）未啟或者LCU32AA101斷開故障，將導致失去兩臺輔助給水泵。

解決方案：鑒于該閥門對兩臺輔助給水泵能否正常啟動具有重要意義，是保證兩臺輔助給水泵具備啟動條件的關鍵路徑。而該閥門僅有一個，并且僅從5號柴油機供電，其失效的可能性很高，因此建議通過將該閥門供電方式由2級供電改為1級供電。或者給LCU32AA101增加一個旁路閥，該旁路閥由6號柴油機供電（這種通過增加冗余性的方案更佳），來提高輔助給水泵冷卻水工作的可靠性。由于該設計變更實施需要專門的窗口，因此我們在試驗期間采取了讓一名現場操縱員就地在LCU32AA101旁邊待命，如果LCU32AA101發生開故障，則根據主控命令現操手動打開的臨時措施。后來在機組上實施了給LCU32AA101增加一個旁路閥，該旁路閥由6號柴油機供電的設計變更。

3.7 防止LCU32AA101在5號柴油機帶載后不打開

問題：原設計中根據斷電信號發出長度為0.5 s的脈沖信號來打開LCU32AA101，而斷電15 s左右，5號柴油機才會開始合閘供電，此時打開LCU32AA101的命令已消失，導致LCU32AA101不會自動打開，兩臺輔助給水泵將不具備分級啟動條件。

解決方案：作了正式的儀控變更，將打開LCU32AA101的脈沖信號長度由0.5 s改為30 s，該變更在斷電試驗中得到了驗證，LCU32AA101正常打開。

3.8 機組柴油機消防系統誤動風險

問題：機組柴油機所在房間的消防感溫探頭距離柴油機排煙管過近，柴油機啟動后產生的高溫煙氣使得排煙管附近的溫度持續上升，導致感溫探頭易發火災報警，消防系統會自動噴淋。

解決方案：進行儀控變更，改變消防感溫探頭距離柴油機排煙管的相對位置，房間的火警控制邏輯改為感溫探頭和紅外火焰探頭“與”的邏輯，這作為正式措施后續成功實施，消除了該隱患。但鑒于當時該變更實施需要時間與窗口，因此試驗期間先采取了臨時措施，試驗前將機組柴油機所在房間的消防系統暫時退出自動，以避免誤動。

4 試驗前的安全措施和注意事項

（1）為防止安全殼噴淋泵分級啟動后向安全殼誤噴，試驗前關閉噴淋泵安全殼隔離閥，如果試驗過程中發生安全殼內一、二回路破口，會有自動信號讓噴淋泵安全殼隔離閥自動打開，因此不影響執行安全功能。

（2）為防止SG應急給水泵分級啟動后誤向SG供冷水，從而影響SG壽命，試驗前關閉SG應急給水泵安全殼隔離閥，如果試驗過程中發生SG失水事故，會有自動信號讓應急給水泵安全殼隔離閥自動打開，因此不影響執行安全功能。

（3）試驗前將樹脂隔離，防止在斷電期間因高溫損壞。

（4）試驗前現場操作員提前就位，斷電后及時切斷去凝汽器的熱源，防止低壓缸安全門動作。

（5）由于斷電期間，核島設備冷卻水KAA會短時失去，常規島設備冷卻水PGB將完全失去，這將導致一些取樣流失去冷卻，高溫熱流直接進入某些儀表，將導致儀表損壞，因此試驗前3 h開始隔離這些儀表，試驗后當KAA、PGB穩定正常工作后再恢復這些儀表。

（6）試驗前要將凝汽器膠球清洗系統停運，否則斷電后膠球有流失風險。

（7）試驗前對二回路油系統失去常規島閉式冷卻水系統（PGB）冷卻水對汽輪發電機的影響給予了高度重視。試驗前對這一問題進行了仔細分析，認為汽輪發電機在惰轉期間排熱量大幅減少，軸承溫度不會超限，但是我們保守決策，采取了如下措施：

1）試驗前有意降低汽輪發電機潤滑油和發電機密封油供油溫度至正常運行下限值附近，以提高安全裕量。

2）試驗前明確規定了緊急恢復P G B的時機、準則和具體方法。

（8）關于自然循環的建立，給出了明確的穩定自然循環建立成功的判斷準則和要求人為打開大氣釋放閥干預的時機、準則和具體方法。試驗前我們考慮：鑒于反應堆運行時間不長，余熱會比較小，導致二回路主蒸汽壓力上升到大氣釋放閥動作壓力的可能性比較小，僅僅依靠廠用蒸汽減壓閥（BRU-SN）向廠用蒸汽集流管排汽即可保證帶出一回路余熱。試驗結果與預測的一致：在12：25：56時操縱員將BRU-SN轉為手動，在斷電27 min后二回路主蒸汽壓力上升到最高值6.71 MPa，隨后操縱員開始手動打開BRUSN，將二回路主蒸汽壓力控制在6.4～6.6 MPa之間，一回路自然循環也很穩定。

（9）試驗前重視柴油機的歷史故障資料的分析與反饋，試驗專項組收集了TNPS柴油機所有故障歷史數據，跟蹤缺陷處理，制定了柴油機啟動失敗的對策；并且試驗前組織運行、維修、儀控人員聯合對柴油機狀態進行檢查，確保柴油機處于正常熱備用。

（10）試驗前一段時間安排對全廠儀控系統和自動控制機柜進行重啟，以減少斷電試驗期間OM-690發生死機的概率。

（11）要重視試驗后狀態的恢復操作，防止因匆忙行事或情緒不安導致誤操作。因此試驗前編制了試驗后恢復機組狀態程序并對運行值進行了相應培訓。

（12）試驗要有明確、統一的組織指揮，人員分工要細，接口關系要明確。

（13）斷電時間、影響范圍應該通知及時、準確、到位，甚至試驗前值長的全廠廣播稿我們都提前一天準備好。

5 試驗過程簡述

2006年6月11日夜班完成了《1號機組斷電試驗工作文件包》中試驗前6 h的準備工作。

2006年6月12日早班開始完成《1號機組斷電試驗工作文件包》中試驗前3 h的準備工作。

2006年6月12日11:57完成了《1號機組斷電試驗工作文件包》中試驗前所有的準備工作。

2006年6月12日11:58值長下令開始模擬發電機高電壓保護，該保護是本試驗觸發失去兩路廠外電源的初始事件。

此時機組的狀態如下：核功率為-25%額定功率, 電功率為-203 MW，4臺主泵工作，3臺主給水泵工作。

斷電后1號機組主要的事件序列見表1。

表1 試驗主要事件序列Table 1 Main event sequence during the test

6 試驗結果簡述

（1）本試驗柴油機分級加載成功，自然循環穩定帶出堆芯余熱，機組主要聯鎖、保護動作正常，機組主要參數均在限值以內，完全滿足試驗的驗收準則。

（2）試驗期間機組主要參數的變化曲線的瞬態時間是2006年6月11日試驗時OM上顯示時間。

（3）試驗中發現的主要缺陷與異常見表2。

表2 1號機組失去兩路廠外電源試驗主要缺陷與處理對策Table 2 Main defect of the test and measures for elimination

7 結束語

本次試驗的一次成功得益于中俄雙方的團結協作、密切合作。同時，在試驗準備的過程中我們也深刻體會到：對于大型試驗成立攻關專項組，提前指定負責進行某些重大試驗的運行值，以增加其參與度，以及有效利用經驗反饋系統，這些措施對于防止意外發生，保證試驗一次成功具有重要意義。