壓水堆核電機組汽輪機旁路排放系統故障風險分析及應對措施

任玲妮，張兆虎（.核動力運行研究所；.運行技術研究與評估中心，武漢　430000　）

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壓水堆核電機組汽輪機旁路排放系統故障風險分析及應對措施

任玲妮1，張兆虎2
（1.核動力運行研究所；2.運行技術研究與評估中心，武漢430000）

摘要：壓水堆（PWR）核電機組是我國投入運營的成熟堆型，運行多年來，核電廠曾發生過多起汽輪機旁路排放系統故障事件。本文針對核電廠曾發生過的幾起典型事件，從汽輪機旁路排放系統故障的產生機理、處理過程以及引發的后果等方面進行了嚴謹科學地分析，并在核電廠操縱人員培訓及設備運行和維護方面提出幾點建議，以有效降低汽輪機旁路系統故障發生的幾率，保障核電機組的安全穩定運行。

關鍵詞：壓水堆核電機組；汽輪機旁路排放系統；故障；風險；建議

0　引言

核電機組與常規火力發電機組一樣，都設計有汽輪機旁路排放系統，且汽輪機旁路排放系統是核電機組的一個重要組成部分，旁路排放系統連接核島與常規島，其控制系統相對二回路其他各系統來說更為復雜，它在機組的啟動、停運過程及事故處理過程中起著十分重要的作用。當汽輪機旁路排放系統故障時，核電機組除了面臨火力發電廠所遇到的諸如經濟性下降等問題以外，還存在由于反應堆的核特性所帶來的核安全上的潛在風險。所以，如何有效降低汽輪機旁路系統發生故障的幾率，以及一旦發生汽輪機旁路系統發生故障時如何確保核電廠操縱人員能夠正確決策值得核電廠高度關注。

1　汽輪機旁路排放系統典型故障事件

壓水堆核電機組運行多年來，發生過多起汽輪機旁路排放系統故障事件，這些事件輕則給操縱人員監測和控制機組參數帶來困難，重則引起反應堆停堆。以下是三起汽輪機旁路排放系統故障事件的介紹。

（1）汽輪機旁路排放系統控制失效事件。2012年，我國某核電廠3號機組在10%額定功率運行狀態時，GCT-c的一個排放閥由于閥門定位器的開度反饋桿與閥門閥桿的固定螺栓出現松動，導致閥門在開關時，閥門反饋桿無法正確反饋閥門的實際開度，使得該閥控制失效，主控室操縱人員無法對其進行控制，在操縱人員的干預過程中，執行了反應堆降功率操作，同時將汽輪機旁路由向凝汽器排放切換為向大氣排放，在降功率過程中，3臺蒸汽發生器水位同時下降，操縱員通過加大給水流量試圖控制蒸汽發生器水位，但未能奏效，水位持續下降并觸發水位低低報警，最終引發停堆。（2）汽輪機旁路排放系統閥門機械損傷事件。2013年，我國某核電廠3號機組進行預防性維修解體檢查汽輪機旁路排放閥閥體，維修人員解體其中一個閥門后，發現閥芯有損傷，已經影響到閥門的可用性，需要及時更換新的閥芯。

2　汽輪機旁路排放系統故障風險分析

核電機組汽輪機旁路排放系統在機組的啟停和運行中都起著重要的作用，一旦發生故障，就會對機組安全運行產生不利影響：

（1）導致反應堆停堆。當機組在啟動或停運過程中，如果GCT系統排放閥控制系統故障，閥門誤動作，會對一、二回路的參數產生很大的擾動，如果在功率運行狀態下，可能會造成蒸汽發生器水位下降，甚至引發反應堆自動停堆。（2）引發安全注射。電網故障時，汽機調節系統快速關小汽機進汽閥，二回路壓力升高，排放系統按廠荷工況開啟排放閥。如果電網故障排除，汽機進汽閥將重新開大。由于排放閥關閉較慢，則可能由于蒸汽流量高和二回路壓力低引發安全注射。（3）造成放射性泄漏。如果GCT-a排放閥故障泄漏的同時，有蒸汽發生器傳熱管破裂事故疊加，會存在向大氣排放輻射性物質的風險，導致環境污染，影響核安全。（4）導致汽輪機振動加大，觸發汽輪機緊急停機。旁路排放閥發生泄漏時，還有可能使汽輪機排汽溫度升高、凝汽器真空下降，進而使蒸汽在汽輪機內的的做功減少，蒸汽漏量過大的話，汽輪機排汽溫度過高甚至會影響汽輪發電機組的中心平衡，造成汽輪機組振動加大，引發汽輪機緊急停機，這些都給機組的安全經濟運行帶來了很大的威脅。（5）降低機組經濟性。當機組正常運行中GCT-c排放閥發生內漏或故障開啟時，會導致部分蒸汽繞過汽輪機相應的汽缸，使汽輪機的做功能力下降，機組運行經濟性將降低。

3　建議核電廠采取的措施

鑒于汽輪機旁路排放系統故障可能導致的多種風險，建議核電廠從操作人員培訓和設備維護等方面采取適當措施，保障汽輪機旁路排放系統的可靠運行。

（1）在操縱人員的理論課程培訓中，增加汽輪機旁路排放系統故障分析的相關內容，包括故障產生的機理、原因分析和故障可能引發的后果。在操縱人員的模擬機培訓中，有針對性地加入汽輪機旁路排放系統的故障處理，以提高操縱人員的事故應對能力，避免在遇到相關故障時，操作人員手忙腳亂，引起誤操作。通過這兩方面的培訓使操縱人員在系統故障時能夠作出正確決策以最大限度地降低事故后果。（2）加強對現場操作人員的崗位技能培訓，特別是一些專用工具的使用，如聽針、測溫儀等。通過培訓使現場操作人員能夠在巡檢過程中加強對GCT系統管線的巡視，及時發現設備隱患，如閥門損傷、螺絲松動等，從而減少汽輪機旁路排放系統故障的發生。（3）設備運行及維修相關部門做好汽輪機旁路排放系統的維護，降低汽輪機旁路排放系統故障的發生幾率。（4）優化汽輪機旁路排放控制系統的響應時間，減少汽輪機旁路排放系統故障導致停堆或安全注射的幾率。（5）汽輪機旁路排放控制系統設計上采取保守設計，保障排放閥的故障安全位置為關，避免一回路過冷，減少安注風險。同時，建議核電廠主管部門在操作人員的選拔和考核中適當增加汽輪機旁路排放系統故障的分析和處理等內容，以確保操縱人員具備相應的事故處理能力。

4　結語

壓水堆是我國目前投入運營的主力堆型，運行多年來，已經發生過多起GCT系統故障事件，這些事件對核電廠安全經濟運行造成了較大影響，值得核電廠及相關單位高度重視。建議核電廠在操作人員培訓和設備維護等方面采取適當措施，以降低GCT系統的故障幾率，保障核電機組運行的安全性和經濟性。

參考文獻：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.042

作者簡介：任玲妮（1980-），女，湖北人，本科，工程師，研究方向：核動力運行。