CANDU機組48 V直流電源C通道失電影響和處理

王宏亮

（中核遼寧核電有限公司，遼寧葫蘆島 125112）

1 核電機組48 V直流電源系統

1.1 系統概述

CANDU機組的48 V直流電源系統主要用于向控制邏輯、報警回路和設備狀態指示供電。該系統分為3 個相互獨立的通道（A、B、C通道），每個通道包括一條48 V直流母線、2 個100%容量的充電器和1 個蓄電池組。充電器的電源來自對應通道的MCC（Motor Control Center，電機控制中心）。正常狀態下，2個充電器同時運行，單個充電器即可滿足運行要求；蓄電池組處于浮充狀態，在失去三級電源（MCC 失電）的情況下可以至少維持60 min 的供電。

1.2 48 V直流電源C通道可能存在的失效原因

作為不間斷電源，CANDU機組的48 V直流電源系統擁有兩個100%容量的充電器和一個蓄電池組，具有較高的可靠性。然而在某些特定條件下，48 V直流電源系統仍可能出現以下故障：

（1）失去三級電源，同時蓄電池過渡消耗之后。（2）母線故障，比如火災等導致整條母線喪失。（3）負荷盤臺故障，導致母線上向就地負荷盤供電的開關過流保護動作，使單個負荷分配盤失電。

（4）查找接地、維修等工作時，人因失誤導致單獨某負荷盤失電。

（5）地震后（48 V直流電源系統不是抗震系統），可能出現48 V直流電源系統故障失效的情況。

從電壓角度看，48 V直流C通道蓄電池組共有24 組蓄電池，每個蓄電池電壓降低到1.75 V，也就是母線電壓降低到24×1.75＝42 V 后，蓄電池會加速消耗，很快造成C通道完全失去48 V直流電源。因此，很有必要開發失去48 V直流電源后的響應，以免在真正發生類似事件后手足無措，沒有規程可以依據和處理。

2 失去48 V直流電源對設備控制的影響

CANDU機組中，直接影響機組控制的設備包括：泵、風機、閥門等。這些設備在失去48 V直流電源以后，將會受到直接影響并發生狀態或控制上的改變，而這些響應有一些共性，以下將對設備分類并分析其響應上的共性。

2.1 MCC 供電的設備

對于MCC 供電的設備，失去48 V直流電源以后，接觸器將失電，即MCC 將不能向設備供電。因此，設備將失去控制，不能如預期動作。典型設備如機組各種電動閥以及MCC 供電的電機等。

對于電動閥而言，如核島的應急堆芯冷卻系統（ECC）高壓安注隔離閥3432-MV80、常規島的高加3B 抽汽電動隔離閥4311-MV4104 等，在失去48 V直流電源以后，電動閥將既無法電動開啟，也無法電動關閉，只能依靠手動開啟或關閉。

對于電機而言，在失去48 V直流控制電源以后，接觸器無法吸合，電機將會停運。比如：核島的重水泄漏收集泵3381-P2、常規島的主密封油泵B（41340-P5302）等。

2.2 400 V 母線斷路器供電的設備

對于使用400 V 母線斷路器供電的設備，在失去48 V直流控制電以后，由于控制斷路器分合閘的3C、3TR 繼電器失電無法動作，斷路器將無法手動分合，也就是說，設備將無法從主控啟動或停運，即設備失去控制。另外，設備工藝系統上的邏輯保護通常也是通過48 V直流控制回路控制3C、3TR 繼電器實現的，因此，設備在工藝系統上的邏輯保護也同時失效。

需要注意的是，由于400 V 母線斷路器的電氣保護模塊直接作用于220 V直流動力回路中，因此，設備的電氣保護仍然有效，在發生電氣故障如過流時，斷路器仍可以保護跳閘；而且斷路器本體上的手動分合閘按鈕因也直接作用于220 V直流回路，其分合閘功能也仍有效，不過合閘前需要進行手動儲能。

典型設備如端屏蔽泵，在失去48 V直流控制電以后，端屏蔽泵將無法從主控室手動啟停。

2.3 11.6 kV/6.3 kV 母線供電的設備

同400 V 母線斷路器供電的設備類似，6.3 kV/11.6 kV 母線供電的設備在失去48 V直流控制電以后，控制斷路器分合閘的3C、3TR 繼電器失電無法動作，斷路器將無法手動分合，工藝系統的邏輯控制也同時失效，設備失去控制；設備的電氣保護仍然有效；在斷路器本體面板上的手動分合閘仍有效。

典型設備如主給水泵，在失去48 V直流控制電以后，主給水泵將無法從主控啟動或停運，當除氧器水位低于1000 mm 以后，主給水泵也無法跳閘。

2.4 氣動閥

氣動閥在失去48 V直流電以后，其狀態的變化較復雜，不能一概而論，需要視其氣源具體配置情況而定。但不管氣動閥失去48 V直流控制電以后狀態如何改變，其最后的狀態在CANDU機組的設計上，力求使其處于安全狀態。

對于普通氣動閥，在失去48 V直流電源以后，其氣動控制回路的電磁閥將失電，氣回路也將因此失氣或供氣，氣動閥也將因此保持開啟或關閉的狀態。而在開啟還是關閉的問題上，CANDU機組的設計意圖力求讓該閥處于“失效安全”的狀態。比如：汽輪機抽汽止回閥，在失去48 V直流控制電以后，抽汽止回閥自動關閉，防止汽輪機脫扣以后由于蒸汽回流而超速。然而，由于機組狀態不同，氣動閥對于系統、機組，其安全的狀態并不固定。例如，ECC 泵的入口氣動閥3432-PV2，在氣動閥失去48 V直流控制電以后，其“失效安全”是開啟，以保證機組在LOCA（失去冷卻水）事故工況下，ECC 泵可以通過該閥從反應堆廠房的地坑吸水以保證低壓安注的有效。但在機組正常運行時，如果3432-PV2 開啟，噴淋水箱中的水將經由3432-V99直接流入反應堆廠房地坑，這樣將造成噴淋系統因水箱中的水排空而失效，同時也使ECC 系統的中壓安注失效。因此，對于氣動閥失電以后狀態的改變，必須結合機組和系統的狀態加以具體分析。

對于一些重要系統的氣動閥，為防止失電對系統功能造成重大影響，其氣動回路上配有多道供氣回路，而且其不同供氣回路的電磁閥分別由不同通道的控制電源供電。這樣，在失去一個通道的控制電源以后，仍能保證氣動閥的安全狀態不受失電影響。典型設備如主熱傳輸泵的軸封回流閥3334-PV6，失去48 V直流C通道的控制電后，因A通道控制電仍有效，3334-PV6 仍保持開啟狀態。

分析完失去48 V直流電源對設備的主要影響后，將對失去48 V直流電源對電站系統的影響作進一步分析。以下分析均建立在機組滿功率正常運行的基礎上，不考慮多重故障。

3 整個48 V直流電源C通道失電后的電站整體評價

3.1 失去48 V直流電源C通道后電站的重要自動響應

在整個48 V直流電源C通道電源全部失去以后，汽輪機因1～4號蒸汽發生器（SG）高液位出口總繼電器失電而脫扣，線性降功率（SETBACK）觸發。由于蒸汽旁排閥（CSDVs）同時被閉鎖開啟，將導致蒸汽發生器壓力高也觸發SETBACK，大氣釋放閥（ASDV）將打開，反應堆功率降至8%滿功率（FP），最終無法維持將導致反應堆停堆。1號停堆系統（SDS#1）F通道，2號停堆系統（SDS#2）J通道，ECC M通道自動脫扣，安全殼隔離系統偶系列安全殼隔離法自動關閉，噴淋水箱中的水通過3432-PV2 流向反應堆廠房底層，就地空氣冷卻器7311-LAC1 到LAC16轉低速運行、消氫點火器偶系列點燃。

慢化劑凈化系統自動隔離，慢化劑覆蓋氣體將泄壓，反應堆廠房氚水平上升，環隙氣體系統可能停運（如果該系統2號壓縮機處于運行狀態），液體區域控制系統能實現正常功能；控制計算機（DCC）Y 死機，對換料造成影響。

主給水泵備用冷卻水喪失，2號主給水泵再循環閥打開，2號主凝泵和輔凝泵不可操作，低加B 列無法自動隔離，而在實際緊急停堆過程中，低加往往出現高液位需隔離的情況，需要現場關注低加液位。

由于汽輪機抽汽止回閥的隔離閥失去控制不能關閉，低加B 列不能自動隔離，因此汽輪機脫扣后的超速風險增加；CSDVs不能自動開啟，在汽輪機脫扣時蒸汽發生器壓力會升高。

再循環冷卻水（RCW）系統失去正常除鹽水補水，但生活水補水可用，同時生活水通過應急補水進入到RCW 泵吸入口母管，RCW 水質將受到影響。海水循環冷卻水（RSW）系統如果在兩泵運行模式，由于奇偶配置，運行的1號或3號RSW 泵出口電動閥會關小到42%開度的節流位置。

儀表壓空機失去冷卻水，且不能自動切換到備用生活水冷卻，如干預不及時，壓空機可能由于冷卻水溫度高而停運，有失去儀表壓空的風險。

在模擬機上，通過斷開48 V直流C通道充電器和蓄電池的開關，模擬失去48 V直流C通道電源，其自動動作和上述分析結果一致。

3.2 失去48 V直流C通道后對機組安全狀態的影響分析

3.2.1 反應性控制和停堆系統的有效性

反應性控制系統控制的液體區域控制系統雖然發生小的系統擾動，但依然可用。同時線性降功率、階躍降功率等功能仍舊可以提供保護。SDS#1 停堆系統的偶系列棒位指示不可信，無法準確判斷停堆動作后的有效性，但其自動動作的可靠性不受影響。同時SDS#2 仍舊可以可靠動作并準確判斷停堆有效。

3.2.2 燃料的冷卻

主熱傳輸系統的壓力控制，雖然有2 個加熱器不可用，但只要適當控制降壓速率，壓力仍舊可以有效維持。主系統的裝量控制幾乎不受影響。4 臺主泵保持對主系統熱量的傳輸，蒸汽發生器水位仍舊可以控制。雖然CSDVs 不可用，但停堆系統動作后，依靠奇系列ASDVs 或可用的主蒸汽安全閥（MSSVs）仍舊可以保持對主系統的冷卻。停冷系統偶系列不可用，但停堆6 h 后，依靠停冷系統的奇系列可以保證對主系統的良好冷卻。應急堆芯冷卻系統M通道自動脫扣，偶系列閥門以及到每個集管的重水隔離閥不可用，降低了ECC 動作后的有效性。有5 個主蒸汽安全閥MSSV8#4,MSSV8#3，MSSV5#3，MSSV6#3，MSSV7#3不能依靠邏輯打開，在ECC 或二次側快速冷卻（SCC）動作時，仍舊能滿足至少7 個MSSVs 開啟的要求。在自動降壓邏輯動作時，只有4 個要求中的MSSVs 能夠打開，在停堆以后，4 個MSSVs 能夠保證對SG 二次側有效降壓。同時所有主蒸汽安全閥在SG 壓力高時都可以自動打開。

3.2.3 放射性的包容

由于燃料有效和主系統的壓力裝量控制良好，不會使燃料發生破損和主系統壓力邊界受到影響。安全殼系統的所有偶系列閥門自動失效關閉，Q通道自動失效脫扣，N通道和P通道仍舊保持正常待命狀態，其可用性不受影響。因此，整個安全殼的完整性和動作仍舊可靠，不會造成放射性向環境的釋放。

3.3 48 V直流電源C通道失電后的應對措施

失去48 V直流電源C通道以后，機組應在8 h 內恢復48 V直流電源，否則必須立即進入模式5B。這主要是受技術規格書中有關反應堆廠房空氣冷卻器（LAC）限制，由于失去48 V直流電源C通道后，偶系列LACs 均不可用，需8 h 內恢復，否則立即進入模式5B；另外，在失去48 V直流電源單通道母線后，需在24 h 內恢復，否則在8 h 內進入模式2 并在隨后24 h 內進入模式4。

通過上述分析可知，在失去48 V直流電源C通道以后，運行人員必須及時干預以緩解事件后果。因此根據48 V直流電源C通道失電后的機組響應，特制定失去48 V直流C通道電源響應標準流程（圖1），以便運行人員及時正確干預。

圖1 失去48 V UPS C通道電源響應標準工作流程

3.3.1 立即行動

（1）確認48 V直流電源C通道電壓為0，SDS#1 F通道、SDS#2 J通道、ECC M通道脫扣，偶回路MCCs 均出現失電報警，從而判斷失去48 V直流電源C通道。

（2）手動脫扣SDS#2，確認停堆并執行應急響應規程EOP-001，常規島操縱員確認汽輪發電機脫扣并執行綜合運行規程GOP 附錄A。

（3）立即派現場操縱員到現場檢查48 V直流電源C通道故障原因，并確保A/B通道電源工作正常。

（4）確認發電機密封油泵A 泵或應急密封油泵運行正常，否則需緊急排氫。

（5）打開儀表壓空壓縮機冷卻水旁路閥以保證儀表壓空運行正常。

（6）立即關閉3432-V99 和3432-PV75 以避免噴淋水箱中的水流到反應堆廠房零層。

3.3.2 短期行動

（1）根據失電原因判斷能否在8 h 內恢復48 V直流電源C通道，否則盡快進行主系統降溫降壓，并建立保證停堆狀態（GSS）。

（2）啟動應急電源EPS，將5561-PL1586C/1588C 切到EPS供電。

（3）確認3498-CP1 或CP3 運行。

（4）手動隔離安全殼。

（5）監視主系統壓力和重水儲存箱液位。

（6）通知換料人員DCC Y 不可用。

4 結論

通過對CANDU機組48 V直流電源C通道的負荷失電后機組的影響分析，可以得到以下結論：

（1）失去48 V直流C通道電源以后，反應堆的反應性處于受控狀態，堆芯熱量可以有效排出，放射性可以被安全殼有效包容。

（2）失去48 V直流C通道電源以后，由于電站失效安全的設計，不會立即導致電站安全系統不可用或功能降級，但如果不加以人為干預，最終可能導致部分安全功能失效。

（3）失去48 V直流C通道電源以后，機組將發生停機、停堆，運行人員須立即做出響應以緩解事件后果，否則事故將惡化，如失去儀表壓空，RCW 溫度可能因RSW 流量不足而升高影響設備冷卻，最終將影響反應堆安全。

（4）失去48 V直流C通道電源以后，主控出現大量真實的和虛假的報警，偶系列設備EMI 指示不可信，偶回路閥門、泵、風機等設備在主控無法控制，給操縱員帶來嚴重干擾，影響操縱員正確判斷和及時響應。

因此，CANDU機組失去48 V直流C通道電源以后，必須依賴運行人員正確有效處理，否則將導致嚴重后果，根據失去48 V直流C通道電源響應標準流程，可方便運行人員處理事件，保障機組安全穩定運行。