淺析核電廠外部人為事件中的飛機墜毀因素

于飛

(三門核電有限公司 浙江三門 317112)

核電廠在對于所選定的廠址，針對飛機墜毀這一外部人為事件，首先應按照核安全導則的要求，進行初步的距離篩選，滿足篩選距離的事件可不必考慮，不滿足篩選距離的事件應進行概率篩選，概率篩選的結果如果高于設計基準概率值，則應進行危害評價，如果危害評價的結果可接受，則確定相應的設計基準，從設計上防止、緩解或控制此類事件對核電廠安全的影響。

1 距離篩選

距離篩選就是確定一個篩選距離，該距離以外的可能發生飛機墜毀事件的潛在源可以不必考慮。在最初的距離篩選階段，如果飛機墜毀潛在源與核電廠址的距離超過篩選距離，則墜機危害可不予以考慮，核安全導則HAD101-04附錄I給出以下篩選距離值[1]：

核電廠4km范圍內經過的航線或起落通道；

廠區10km范圍內的機場；

廠區16km范圍內，每年設計起落大于193d2次的機場（d是以公里為單位的離廠區的距離）；

廠區16km范圍外，每年設計起落大于386d2的機場；

廠區30km范圍內的軍事設施或轟炸演習區之類的空域。

核電廠在選址階段通常需要與地方政府溝通設立5km的規劃限制區和4km的禁飛區，因此一般情況下，核電廠附近的航線和起落通道都能滿足篩選距離的要求。可能不滿足篩選距離要求的主要有擬新建機場和軍事設施或轟炸演習區，國內的實例有：秦山第三核電廠附近位于廠址WSW方位約3.5～7.5km處的空軍投彈訓練靶場，三門核電廠NNW方位約7.2km的擬規劃建設的寧海通用航空機場。對于采用距離篩選法不能排除的潛在墜機危險源，需采用概率篩選法進行評價。

2 概率篩選

概率篩選評價就是對每一類型的飛機（小型、中型和大型民用及軍用飛機）確定在該地區一架飛機墜毀的概率（墜毀次數/年/單位面積），在此基礎上估算對核電廠有影響的飛機墜毀概率，可用每年單位面積墜毀次數乘以受損壞安全重要物項的有效面積的形式確定。有效面積的大小，取決于飛機墜落軌跡與水平面的平均夾角、相應構筑物的平面面積及其高度，與安全重要物項有關的其他面積以及為飛機大小所留的裕量。

2.1 篩選概率水平

核安全導則HAD101-04 3.2節明確：對于某些類型的事件，可選用一個概率值，低于這一概率值的任何相互影響的事件可不作進一步考慮。這種不作進一步考慮的相互影響事件的年發生概率的極限值，成為篩選概率水平。一般采用每堆年10-7作為具有嚴重放射性后果的影響事件概率值，該值可作為篩選概率水平的保守值[1]。

2.2 墜機概率計算方法

“911”事件后，美國在核電廠飛機撞擊方面開展了大量研究，形成了一系列法規、導則和文獻，其中DOESTD-3014-2006[3]中給出了計算飛機在特定區域（如核電廠）墜機概率的四因子公式和部分通用數據。

DOE-STD-3014-2006中給出的四因子公式[2]形式為：

其中：

F為所分析設施的飛機年撞擊頻率，單位為概率值/年；

Nijk為特定機場的飛機年操作（起飛、降落、飛行）次數；

Pijk為特定機型飛機每次操作的墜毀率（每次降落或起飛，每次飛行）；

fijk(x,y)?為飛機撞擊設施條件概率，單位為每平方英里（/mi2）；

?Aij所分析設施的有效面積，包括滑行和降落有效面積，單位為mi2；

i表示飛行階段，其中1，2，3分別表示飛機的起飛、飛行和降落；

j表示飛機類別編碼，一般將飛機分為11個小類，因此j為1到11的整數；

k表示撞擊來源編碼，如果在電廠周圍有三座機場，則在分析中應當考慮的撞擊來源共有四個，包括三座機場和處于飛行階段的飛機。

公式中的Pijk、fijk(x,y)?、?Aij均可通過查表獲取通用數據或根據核電廠與潛在源的距離，核安全重要物項的尺度經過計算獲得。

三門核電廠址NNW方位約7.2km處擬建寧海通用航空機場，不滿足核安全導則的篩選距離10km的要求，需要開展飛機墜毀至核電廠的概率篩選工作。

表1 原設計起落架次條件下四因子法的墜毀概率

表2 控制起落架次條件下四因子法計算的墜毀概率

F=7.95×10-7/年＞1×10-7/年（不滿足導則篩選概率值要求）

若要滿足概率篩選的要求，可采取的辦法有兩個：其一，是要求寧海機場重新選址，將其與三門核電廠的距離增大到6mi（約9.67km）則此時寧海機場飛機墜毀至三門核電廠址的概率為0；其二，是降低通用機場的年起落架次使飛機墜毀至核電廠的概率低至篩選概率值以下。

公司相關部門經與寧波市發改委、寧海縣政府、寧波通航機場建設指揮部多次溝通協調，在保證核電廠址安全的前提下，為努力促成地方經濟與核電廠后續項目發展的雙贏結果，最終采用了降低通用機場年起落架次（320架次/年）的方式滿足篩選概率的要求。

F=7.4910-8/年＜110-7/年（滿足導則篩選概率值要求）

3 危害評價

確定是否能通過工程設計或行政措施來有效地限制飛機墜毀事件對核電廠的影響，如果影響可以被有效防止、緩解或控制，則建立設計基準[3]。

在HAF102于2016年升版之前，國內核安全法規、導則并未明確提出防商用飛機撞擊的要求，HAF102核動力廠設計安全規定2016版對所有新建核電廠明確提出了防商用飛機惡意撞擊的要求：如果核動力廠所處的地形條件使其有可能遭受商用飛機的惡意撞擊，則設計上應考慮這種撞擊的影響。應合理選定用于評價撞擊影響的商用飛機的機型，并根據這種機型起降的機場與核動力廠的相對距離，來確定可能的飛機燃料裝載量。可根據核動力廠所處的地形條件和廠房布置，確定可能的撞擊角度和速度，并采用現實模型來評價和確定核動力廠抗商用飛機撞擊的措施。評價結果應表明，設計可以維持反應堆的冷卻或安全殼的完整性，以及乏燃料的冷卻或乏燃料水池的完整性[4]。

HAF102是對所有新建核電廠的通用要求，通過距離篩選或概率篩選排除了飛機墜毀這一外部事件的核電廠，仍需要按照HAF102開展防商用飛機惡意撞擊的評估，HAF102是將商用飛機惡意撞擊作為超設計基準事件進行評估，驗收準則是保證反應堆冷卻或安全殼的完整性，以及乏燃料的冷卻或乏燃料水池的完整性。對于HAF102中提出的防飛機撞擊要求，具體應如何執行，核安全監管部門已經著手制定可執行的行業標準。

三門核電一期工程1、2號機組屏蔽廠房筒身結構采用NCR已批準的DCD15版鋼筋混凝土（RC）結構，屏蔽廠房頂部采用DCD19版鋼板混凝土（SC）結構，三門核電3、4號機組后續設計將整體采用鋼板混凝土（SC）結構，以防備商用飛機惡意撞擊情況，確保反應堆冷卻或安全殼的完整性，以及乏燃料的冷卻或乏燃料水池的完整性，從而滿足HAF102中防商業飛機惡意撞擊的相關要求，

如果某一核電廠址不能通過距離篩選或概率篩選排除飛機墜毀這一外部事件的影響，則應選取相應的機型的飛機，建立設計基準，作為設計輸入，在設計時予以考慮。建立這樣的設計基準，將飛機撞擊事件作文設計基準事故考慮，與HAF102中要求的按超設計基準事故進行評估是完全不同的，要想開展這樣的工作難度巨大，不僅面臨著工程投資大大增加，而且設計上也沒有標準可循，安全審查同樣沒有標準，截至目前國內還沒有這樣的先例。

4 結語

在核電廠址安全評價過程中，針對飛機墜毀這一外部事件，推薦優先采用距離篩選的方法，國內民航部門在核電廠周邊規劃建設各類機場時，也應根據機場規模與核電廠址保持足夠的安全距離。當無法通過距離篩選排除飛機墜毀事件時，可采用本文介紹的四因子計算方法計算墜機概率，通過定量化的計算和敏感性分析，合理調整計算邊界，如降低起落架次，調整機場與電廠的距離，方位等，降低墜機概率直至滿足篩選概率的要求[5]。