核電廠380 V交流電源系統(tǒng)失電風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

曹光輝，馬喜良，葉水祥

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

核電廠大部分廠用負(fù)荷通過低壓交流系統(tǒng)供電，部分380 V交流母線承擔(dān)了重要的安全功能，交流電源系統(tǒng)失電將影響反應(yīng)堆堆芯安全。一般情況下，一個(gè)380 V交流電源系統(tǒng)配電盤為多個(gè)負(fù)荷供電。配電盤失電時(shí)，根據(jù)配電盤所帶的負(fù)荷，按照運(yùn)行技術(shù)規(guī)范的事件累積規(guī)則進(jìn)行管理，通常會出現(xiàn)偏保守管理配電盤失電風(fēng)險(xiǎn)的情形。采用概率安全分析(probabilistic security assessment，PSA)方法分析380 V交流電源系統(tǒng)的失電風(fēng)險(xiǎn)，為核電廠低壓交流配電盤失電風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

1 380 V交流電源系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡介

某核電廠380 V低壓電源由6.6 kV母線經(jīng)廠用低壓變壓器供電，380 V低壓配電系統(tǒng)供電設(shè)備按附屬設(shè)備的分類原則接到不同的配電盤上。主要分為以下3個(gè)類別。

(1) 一般廠用負(fù)荷配電系統(tǒng)LK*。該類系統(tǒng)接有一般的廠用負(fù)荷，與核安全無直接關(guān)系。

(2) 重要的應(yīng)急負(fù)荷配電系統(tǒng)LL*。該類系統(tǒng)上接有重要的應(yīng)急負(fù)荷。LL*母線均從應(yīng)急母線LHA，LHB得到供電電源，分為：A列，從LHA接入，包括LLA，LLC，LLE，LLI，LLN；B列，從LHB接入，包括LLB，LLD，LLJ，LLO。

(3) 水壓試驗(yàn)泵柴油發(fā)電機(jī)組供電系統(tǒng)LLS。核電站特別設(shè)計(jì)了水壓試驗(yàn)泵柴油發(fā)電機(jī)組供電系統(tǒng)LLS，主要功能是：在LHA，LHB系統(tǒng)故障時(shí)，為兩臺共用的試驗(yàn)泵提供380 V電源。該試驗(yàn)泵是為了保證反應(yīng)堆一回路循環(huán)冷卻泵的1號軸封的注水流量，從而保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性，防止在停電時(shí)，一回路水向外泄漏的危險(xiǎn)。

1.2 系統(tǒng)功能

對于商用核電廠來說，380 V交流電源為核電廠重要的系統(tǒng)/功能提供動(dòng)力、控制和監(jiān)測電源，以保證反應(yīng)堆運(yùn)行在可控的狀態(tài)下。如果380 V交流電源故障喪失，將會對核安全造成影響。

在正常運(yùn)行或各種事故工況下，380 V交流電源系統(tǒng)為電廠的附屬設(shè)備提供安全可靠的動(dòng)力電源，并與核安全有關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備提供應(yīng)急電源。380 V交流電源系統(tǒng)還是直流電源系統(tǒng)的上游系統(tǒng)，通過充電器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。

1.3 失電管理

在滿功率工況下，某核電廠《運(yùn)行技術(shù)規(guī)范中》僅要求380 V配電盤必須可用，而未給出喪失380 V電源的事件和所采取的措施。

喪失380 V電源后，電廠根據(jù)配電盤下游所帶負(fù)荷和《運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》中的事件累積規(guī)則進(jìn)行處理，規(guī)則如下。

(1)同時(shí)出現(xiàn)超過兩個(gè)以上第一組事件時(shí)，機(jī)組必須在1 h內(nèi)開始執(zhí)行后撤。

(2)同時(shí)存在5個(gè)第二組事件時(shí)，機(jī)組應(yīng)在24 h內(nèi)開后撤；同時(shí)存在5個(gè)以上第二組事件時(shí)，機(jī)組應(yīng)在1 h內(nèi)開始后撤。

2 基于PSA的風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 PSA分析方法

PSA分析方法是以概率論為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的安全評價(jià)技術(shù)。對于核電站而言，PSA以真實(shí)而非保守的方式將電站所有相關(guān)的信息，包括設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維修等綜合考慮到一個(gè)電站模型中，評價(jià)電站對公眾健康與安全的潛在影響，其評價(jià)結(jié)果具有較高的合理性和可信度。簡而言之，PSA是以概率論為基礎(chǔ)的核電站風(fēng)險(xiǎn)定量評價(jià)的技術(shù)。

在多年的實(shí)踐中，核能界，特別是美國核工業(yè)界和核管理委員會(nuclear regulatory commission，NRC)逐漸認(rèn)識到PSA技術(shù)是改進(jìn)核安全監(jiān)管方法的有效手段，也是確定論方法的重要補(bǔ)充。

2.2 分析流程

NRC在1995年和1998年頒布的兩個(gè)導(dǎo)則，RG1.174 《概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)用于特定電廠許可證基礎(chǔ)變更的風(fēng)險(xiǎn)指引決策方法》[3]和RG1.177 《特定電站風(fēng)險(xiǎn)指引型決策方法：技術(shù)規(guī)格書》[4]用于指導(dǎo)技術(shù)規(guī)格書具體條款的變更申請。綜合RG1.174和RG1.177兩份導(dǎo)則，對于380 V電源系統(tǒng)采用如下流程評估失電風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

圖1 380 V電源風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)流程

(1) 梳理系統(tǒng)負(fù)荷影響分析表：包括梳理電源系統(tǒng)負(fù)荷清單，并分析負(fù)荷失電的影響。對于不影響堆芯安全、不影響放射性屏蔽、也無其他影響、且未在PSA模型中進(jìn)行?；模舨粚?dǎo)致事件則不列入分析范圍(即篩除)。

(2) 確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方式：根據(jù)負(fù)荷梳理中得到的影響分析表對負(fù)荷的功能及其失電影響進(jìn)行進(jìn)一步分析，主要有以下兩類。

① 定性分析：對于導(dǎo)致事件的系統(tǒng)/設(shè)備，若既不影響堆芯安全，也不影響放射性屏蔽，且也無其他影響，或相關(guān)影響很小可忽略的，則給出定性分析說明。

通過CT或者M(jìn)RI對110例患者進(jìn)行了排查，確定都為腦梗塞患者，其派出的標(biāo)準(zhǔn)為認(rèn)知功能缺陷患者、生活無法自理者以及心肝腎等功能障礙患者[1]。

② 定量評價(jià)：判斷系統(tǒng)/設(shè)備在PSA模型是否?；?，并結(jié)合PSA模型進(jìn)行定量評價(jià)。

(3) 確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果：對于需進(jìn)行定量評價(jià)的系統(tǒng)/設(shè)備，基于負(fù)荷失電影響選取風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)，包括堆芯損傷頻率(core damage frequency，CDF)和放射性早期大量釋放(early radioactive release，LERF)。在進(jìn)行定量評價(jià)時(shí)，從以下兩個(gè)方面開展。

① 對于PSA模型中有模化的系統(tǒng)/設(shè)備，直接進(jìn)行評價(jià)。

② 對于PSA模型中未?；南到y(tǒng)/設(shè)備，經(jīng)分析可能影響堆芯安全，或安全殼完整性，或其它影響(如人員可居留性)，則進(jìn)行功能分析，通過修改模型進(jìn)行評價(jià)，或參考同類電廠評價(jià)結(jié)果。

3 示例分析

以某核電廠LLA系統(tǒng)為分析對象，評價(jià)380 V交流電源系統(tǒng)失電的風(fēng)險(xiǎn)。LLA系統(tǒng)失電時(shí)，在功率工況下共產(chǎn)生2個(gè)第一組事件和10個(gè)第二組事件，根據(jù)表1中事件累積規(guī)則，機(jī)組需要在1 h內(nèi)向NS/SG模式后撤。而根據(jù)LLA系統(tǒng)所帶負(fù)荷，通過PSA方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，從定量分析結(jié)果來看，1 h后撤時(shí)間(AOT)是過于保守的，對此進(jìn)行分析。

3.1 負(fù)荷梳理

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行程序進(jìn)行梳理，LLA系統(tǒng)下游共帶有39個(gè)負(fù)荷。根據(jù)負(fù)荷失電的影響，確定需要進(jìn)一步開展分析的負(fù)荷，見表2所示。

表2 LLA系統(tǒng)負(fù)荷分析

3.2 定性分析

LLA系 統(tǒng) 失 電 將 導(dǎo) 致DEL，DEL，DVE，DVC，DVW，DVF和DWS等系統(tǒng)通風(fēng)排煙的部分設(shè)備不可用；LNC和LNA系統(tǒng)逆變器供電不可用；RRB硼加熱器A列不可用。

DWS系統(tǒng)不可用保守認(rèn)為相應(yīng)列SEC不可用；考慮共因影響及對喪失熱阱始發(fā)事件的影響，DVC系統(tǒng)一列不可用影響產(chǎn)生放射性后果的事故相關(guān)人員處理；DVC系統(tǒng)一列加熱器和風(fēng)機(jī)失效的后果，保守認(rèn)為與DVC系統(tǒng)兩列不可用后導(dǎo)致產(chǎn)生放射性后果的事故人員處理失效的后果相同；DVF系統(tǒng)影響參考火災(zāi)PSA分析結(jié)果；DEL001GF，DVL系統(tǒng)A列不可用參考同類電廠結(jié)果。

LNC和LNA系統(tǒng)逆變器供電不可用造成相應(yīng)的供電容易喪失。RRB系統(tǒng)有A和B兩列硼加熱器，A列不可用還可以通過B列加熱。

3.3 定量評價(jià)

根據(jù)定性分析結(jié)果，通過PSA模型開展定量評價(jià)。CDF和LERF的分析結(jié)果分別見表3和表4。根據(jù)RG1.178中的風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則計(jì)算LLA系統(tǒng)失電后的后撤時(shí)間，分析結(jié)果顯示LLA系統(tǒng)失電的后撤時(shí)間為3天。

表3 CDF分析結(jié)果

表4 LERF分析結(jié)果

4 結(jié)束語

LLA系統(tǒng)失電分析結(jié)果顯示，使用PSA分析方法得到后撤時(shí)間與采用事件累積規(guī)則的后撤時(shí)間差異較大，事件累積規(guī)則的后撤時(shí)間較為保守。因此，可以采用PSA方法分析380 V低壓交流電源喪失的風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)結(jié)果優(yōu)化電廠相關(guān)文件，減輕電廠不必要的負(fù)擔(dān)。