關(guān)于我國M310及其改進(jìn)型核電機(jī)組的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)抗震性能不足問題的分析

許友龍，劉 莞，鄭麗馨

（生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 100082）

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)對于核電機(jī)組的安全至關(guān)重要，在核電廠廠用電源與輔助電源都發(fā)生故障不可用時啟動，以保證反應(yīng)堆安全停堆并防止關(guān)鍵設(shè)備損壞。因此，根據(jù)核安全相關(guān)法規(guī)規(guī)定，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的抗震等級為抗震Ⅰ類。對于應(yīng)急柴油機(jī)必須進(jìn)行抗震鑒定，以確保其在地震作用時及地震作用后均能履行其安全功能。但是法國與我國M310及其改進(jìn)型機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)告訴我們：M310及其改進(jìn)型機(jī)組的應(yīng)急柴油機(jī)都屬于安裝在支撐塊上的應(yīng)急柴油機(jī)，由于安裝缺陷，其輔助的油、水、氣、電等管線與周圍的固定結(jié)構(gòu)距離很近（如圖1所示），在地震工況下的位移量將會超出柴油機(jī)抗震相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，可能會導(dǎo)致一些管線與周邊構(gòu)筑物發(fā)生碰磨，影響柴油機(jī)的可用性，因此柴油機(jī)的抗震性能存在不足。

圖1 應(yīng)急柴油機(jī)與周邊構(gòu)筑物位置示意圖Fig.1 Location diagram of emergency diesel and surrounding structures

本文將淺析當(dāng)前這一問題給機(jī)組帶來的風(fēng)險(xiǎn)與后果，并提出建議。

1 法國多座核電廠應(yīng)急柴油機(jī)部分管道與周圍構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)距離過近

1.1 事件信息

1.1.1 事件描述

2018年10月，法國Tricastin核電廠發(fā)現(xiàn)應(yīng)急柴油機(jī)的一些油、水、氣等管道與周圍的固定結(jié)構(gòu)距離很近，在地震發(fā)生時，可能導(dǎo)致應(yīng)急柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障而失效。隨后發(fā)現(xiàn)Civaux、Gravelines和Paluel等多個核電廠應(yīng)急柴油機(jī)存在類似問題。根據(jù)一臺機(jī)組可能存在的應(yīng)急柴油機(jī)失效數(shù)量（一列或兩列），ASN評定這些事件為INES 1級或2級核安全事件［1，2］。

1.1.2 事件后果與原因分析

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組油、水、氣、電等管線與周圍的固定結(jié)構(gòu)距離很近，在地震發(fā)生時，會加劇移動部位和固定部位間的位移偏差，移動管線可能會與土建、支撐件、固定管線等固定結(jié)構(gòu)發(fā)生碰磨，管線、結(jié)構(gòu)有可能破裂或折斷，導(dǎo)致應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障而失效。

事件原因包括以下兩個方面：其一，工程建造階段對振動水平高且復(fù)雜、結(jié)構(gòu)緊湊的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體與輔助設(shè)施之間的抗震距離及連接細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)欠缺明確標(biāo)準(zhǔn)，施工控制不嚴(yán)苛；其二，生產(chǎn)改造過程在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組抗震距離及連接的要求方面欠缺標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)及認(rèn)識。

1.1.3 法國方面的糾正行動

法國EDF采取的糾正行動包括：取消管路支架以增加管路靈活撓度；打磨非功能部件以增加抗震距離；擴(kuò)大地板格柵周圍的空間；彎曲小直徑管道進(jìn)行管道重塑形［3］。

1.2 我國核安全監(jiān)管的經(jīng)驗(yàn)反饋

國家核安全局在收到生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心關(guān)于該事件的相關(guān)研究報(bào)告后，于2020年7月7日向有關(guān)單位發(fā)布了《關(guān)于法國部分核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組抗震性能不足問題經(jīng)驗(yàn)反饋的函》（國核安函［2020］59號），要求各核電廠結(jié)合此事件盡快開展相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，全面排查核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是否存在類似缺陷，并及時將排查結(jié)果和處理情況反饋給國家核安全局。

各核電廠均按照國家核安全局的要求開展了排查行動，相關(guān)問題以及改進(jìn)方案均已通報(bào)國家核安全局。部分核電廠排查發(fā)現(xiàn)的應(yīng)急柴油機(jī)抗震性能不足問題的匯總情況以及改進(jìn)計(jì)劃如下。

2 我國M310及其改進(jìn)型機(jī)組應(yīng)急柴油機(jī)抗震性能不足問題

2.1 廣核集團(tuán)排查情況匯總

目前，廣核集團(tuán)的M310及其改進(jìn)型核電機(jī)組的應(yīng)急柴油機(jī)都存在抗震性能不足問題。

存在的主要問題包括：

（1）管線與構(gòu)筑物或周圍設(shè)備距離過近；啟動空氣管與地板之間、超速空氣管與地板之間、加熱器及其接線盒與管道之間、主冷卻水管與地板垂直距離、主冷卻水管穿過地板孔位置與孔邊緣的距離；

（2）電纜槽架兩端跨越抗震邊界固定；

（3）柴油機(jī)端部與地板普遍存在間隙過小的情況；

（4）有關(guān)位置蓋板邊緣與地板間隙過小。

下面以陽江核電廠為例，介紹相關(guān)情況，見表1。

表1 陽江核電廠2號機(jī)組應(yīng)急柴油機(jī)抗震問題Table 1 Seismic problem of emergency diesel engine in unit 2 of yangjiang nuclear power plant

陽江核電廠的柴油機(jī)為MTU廠家生產(chǎn)的柴油機(jī)。其位移量的標(biāo)準(zhǔn)為MTU20V956:以SSE橫波最大位移，疊加柴油機(jī)滿載運(yùn)行的位移作為柴油機(jī)與周圍固定件間距離排查的最小標(biāo)準(zhǔn)。即，軸向位移不大于11.571 mm；徑向位移不大于25.412 mm；豎直位移不大于17.57 mm。

最終的排查結(jié)果顯示：

（1）208FL上游管道與轉(zhuǎn)速齒輪殼體間隙不足（徑向＜11.04 mm），出現(xiàn)這種情況的共有9臺機(jī)：0LHS、2LHP、2LHQ、3LHQ、4LHP、5LHP、5LHQ、6LHP、6LHQ；

（2）219FL上游管道與潤滑油預(yù)供管道間隙不足（徑向＜11.04 mm），出現(xiàn)這種情況的共有11臺 機(jī)：0LHS、1LHQ、2LHP、2LHQ、3LHP、3LHQ、4LHP、4LHQ、5LHP、5LHQ、6LHQ；

（3）6.6 kV出口線纜支架與公共底座（電機(jī)側(cè)）間隙不足（徑向＜11.04 mm）；4LHP碰磨；

（4）機(jī)載壓力傳感器箱與線纜橋架間隙不足（豎直＜-5.02）；6LHP-5.0 mm。

（5）A列自由端底座端面?zhèn)鞲衅髦伟迮c水泥座臺間隙不足（豎直＜17.57 mm）；5LHR17 mm。

計(jì)劃采取的解決方案包括：

（1）修改柴油機(jī)低溫冷卻水進(jìn)口管道；（2）嘗試將潤滑油預(yù)供管道熱矯形；（3）切割支架支撐槽鋼；（4）修改壓力傳感器箱下部的線纜橋架位置；（5）切割傳感器支撐板。

從已有的排查反饋情況來看，陽江核電廠存在問題較為嚴(yán)重：除1號機(jī)組外的其他機(jī)組都存在兩臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)同時不滿足抗震要求的現(xiàn)象，且有的位置間距為0，在發(fā)生輕微地震的情況下即有可能導(dǎo)致應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)失效，更不用說發(fā)生更加嚴(yán)重的歷史最大可能地震（MHPE）和安全停堆地震（SSE）的情況。

2.2 海南昌江核電廠

海南核電廠1、2號機(jī)組的柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)共同落座在公共底座上，并在公共底座與混凝土地基之間設(shè)置隔震器，進(jìn)行減震，屬于彈性墊懸掛安裝方式。

根據(jù)排查結(jié)果，測量應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體抗震基座與周邊構(gòu)筑物、支撐件或固定管線間距，測量應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體上管線與周邊構(gòu)筑物、支撐件或固定管線間距，核查應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體上管線與附屬系統(tǒng)固定管線間連接方式等總體滿足抗震排查要求，但存在如下問題：1LHP、2LHP、2LHQL-281-15管線（超速保護(hù)空氣進(jìn)機(jī)管）與公共底座上安裝的103SP（燃油進(jìn)機(jī)壓力傳感器）及其安裝板有碰撞風(fēng)險(xiǎn)（如圖2所示），部分軟管安裝間距不當(dāng)，無法有效吸收地震工況下位移量。因此，在地震情況下，無法保證應(yīng)急柴油機(jī)的可用性。2LHQ153EL啟動空氣進(jìn)氣管軟管長度不合適（如圖3所示），無法有效吸收地震工況下位移量。

圖2 2LHP機(jī)組L-281-15管線（超速保護(hù)空氣進(jìn)機(jī)管）與103SP位置關(guān)系圖Fig.2 2LHP L-281-15 pipeline（overspeed protection air inlet pipe）and 103SP position diagram

圖3 2LHQ153EL啟動空氣進(jìn)氣管位置示意圖Fig.3 Diagram of the position of the 2LHQ153EL starting air intake pipe

2.3 針對上述問題及其根本原因所應(yīng)采取的對策

第一方面，應(yīng)當(dāng)盡快協(xié)調(diào)與明確應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體與周圍設(shè)施之間的抗震距離及連接細(xì)節(jié)方面的排查反饋參考標(biāo)準(zhǔn)；同時，立即取消管線跨隔震邊界的固定點(diǎn)并重新固定；盡快采取管道移位或是彎管處理、切割間隙小的樓板及縫隙擋板、進(jìn)行強(qiáng)度校核后調(diào)整支撐梁、清理振動邊界縫隙中雜物等措施；如果不能立即處理，需要進(jìn)行管道及設(shè)備強(qiáng)度評估，或是進(jìn)行設(shè)備改造。

第二方面，在設(shè)計(jì)制造階段，明確應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體與周圍設(shè)施之間的抗震距離及連接細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；在施工安裝階段，提高對核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的重視和資源投入，主動督促上游完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并嚴(yán)格按其進(jìn)行施工安裝過程的質(zhì)量控制。加強(qiáng)對新建機(jī)組的應(yīng)急柴油機(jī)安裝質(zhì)量驗(yàn)收與評估。

第三方面，除保守地避免地震條件下動靜設(shè)施碰磨的可能外，還應(yīng)考慮動、靜管線之間的軟連接（尤其是單拱膨脹節(jié)）自身許可的位移偏差，是否滿足地震條件下其自身扭曲變形的極限要求，可使用兩只膨脹節(jié)串聯(lián)安裝、波紋管式膨脹節(jié)等方式增強(qiáng)軟連接抗扭曲特性；同時，將此問題經(jīng)驗(yàn)反饋至沒有抗震要求的常規(guī)島應(yīng)急柴油機(jī)管路連接，同步進(jìn)行規(guī)范性檢查及偏差調(diào)整，整體提高核電廠柴油機(jī)的抗震性能。

3 我國相關(guān)法規(guī)、導(dǎo)則要求

3.1 運(yùn)行事件上報(bào)

針對我國二代改進(jìn)型機(jī)組，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)用于緩解《最終安全分析報(bào)告》中所述預(yù)計(jì)運(yùn)行事件和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的后果。此次排查發(fā)現(xiàn)的兩列應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)同時存在抗震性能不滿足要求的情況（如陽江核電廠2、3、4、5、6號機(jī)組），滿足《核動力廠營運(yùn)單位核安全報(bào)告規(guī)定》（部令13號）第二十二條（七）“任何可能妨礙構(gòu)筑物或者系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)停堆和保持安全停堆狀態(tài)、排出堆芯余熱、控制放射性物質(zhì)釋放、緩解事故后果等安全功能的事件或者狀況”，以及（八）“同一原因或者狀況導(dǎo)致具有停堆和保持安全停堆狀態(tài)、排出堆芯余熱、控制放射性物質(zhì)釋放、緩解事故后果等安全功能的系統(tǒng)的系列或者通道同時失效的事件”的要求，均應(yīng)當(dāng)上報(bào)運(yùn)行事件。

3.2 事件定級

在前文反饋的法國事件中，因?yàn)槎嗯_機(jī)組可能在歷史最大可能地震（MHPE）和安全停堆地震（SSE）工況下應(yīng)急柴油機(jī)組發(fā)生失效，所以事件也被定為INES 2級。

針對我國核電機(jī)組兩列應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)同時存在抗震性能不滿足要求的情況，依據(jù)《國際核與輻射事件分級手冊》（NNSA-HAJ-0001—2020）［4］，從人和環(huán)境、設(shè)施的放射性屏障和控制、縱深防御三個方面對事件等級進(jìn)行評定。針對縱深防御方面，采用動力堆功率運(yùn)行事件的“始發(fā)事件法”進(jìn)行定級，具體見表2。

表2 事件定級表Table 2 Event INES Scale Table

4 當(dāng)前柴油機(jī)抗震性能不足所帶來的風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)發(fā)生SSE地震時，以陽江核電廠的機(jī)組來看，由于同樣的原因，將導(dǎo)致在地震情況下一臺機(jī)組的2臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)因其輔助系統(tǒng)的相關(guān)管線與周邊構(gòu)筑物碰磨，從而2臺應(yīng)急柴油機(jī)同時不可用，如果在這樣的條件下，喪失廠外電與輔助電源，那么將會進(jìn)一步發(fā)生SBO，即全場斷電事故。

在國家核安全局經(jīng)驗(yàn)反饋網(wǎng)絡(luò)信息平臺中，利用SDP風(fēng)險(xiǎn)重要度分析軟件計(jì)算假象的地震工況，假設(shè)一臺機(jī)組的2臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)同時不可用，即存在真實(shí)的始發(fā)事件，其他設(shè)備沒有故障，機(jī)組功率運(yùn)行，在沒有人員失誤的情況下，同時假設(shè)小于3天的暴露時間，那么該假想事件對堆芯融化的風(fēng)險(xiǎn)影響的量級為10-6，如圖4所示。因此，按照國際原子能機(jī)構(gòu)對先兆事件的定義，即堆芯損壞概率增量大于等于10-6（ΔCDP≥10-6）為先兆事件［5］，此假想事件對于機(jī)組的安全有著重要影響。

圖4 兩列應(yīng)急柴油機(jī)因地震同時失效SDP計(jì)算結(jié)果圖Fig.4 Figure of SDP calculation results of simultaneous failure of two emergency diesel engines due to earthquake

5 結(jié)論

（1）針對M310及其改進(jìn)型機(jī)組的兩列應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)同時存在抗震性能不滿足要求的情況（如陽江核電廠2、3、4、5、6號機(jī)組），滿足《核動力廠營運(yùn)單位核安全報(bào)告規(guī)定》（部令13號）［6］第二十二條（七）“任何可能妨礙構(gòu)筑物或者系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)停堆和保持安全停堆狀態(tài)、排出堆芯余熱、控制放射性物質(zhì)釋放、緩解事故后果等安全功能的事件或者狀況”，以及（八）“同一原因或者狀況導(dǎo)致具有停堆和保持安全停堆狀態(tài)、排出堆芯余熱、控制放射性物質(zhì)釋放、緩解事故后果等安全功能的系統(tǒng)的系列或者通道同時失效的事件”的要求，均應(yīng)當(dāng)上報(bào)運(yùn)行事件。

（2）為了切實(shí)解決問題、確保經(jīng)驗(yàn)反饋工作取得實(shí)效，國家核安全局應(yīng)當(dāng)組建專項(xiàng)檢查組，對核電廠應(yīng)急柴油機(jī)現(xiàn)場安裝與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致導(dǎo)致抗震性能不足的問題開展專項(xiàng)檢查活動。針對此問題，國家核安全局應(yīng)當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)場勘查，核實(shí)各電廠的上報(bào)情況，聽取相關(guān)核電廠的情況匯報(bào)，通過廣泛的討論與調(diào)研制定通用技術(shù)要求，以國家核安全局管理要求的形式發(fā)送至各核電廠，并要求其執(zhí)行。對各核電廠制定的糾正行動或整改方案，國家核安全局應(yīng)當(dāng)評估糾正行動的可行性和實(shí)施計(jì)劃的適宜性，并開展落實(shí)情況跟蹤核查。此外，國家核安全局可定期召開會議對專項(xiàng)檢查情況進(jìn)行通報(bào)，同時分享良好經(jīng)驗(yàn)，以期提升核電廠運(yùn)行安全水平。

（3）此問題反映出我國M310及其改進(jìn)型機(jī)組在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試期間存在著一定安全缺陷，應(yīng)當(dāng)對標(biāo)法國參考機(jī)組，梳理相關(guān)抗震缺陷項(xiàng)，排查風(fēng)險(xiǎn)隱患，及時采取措施，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。