核電機組熱試期間失去外電源安全應對分析

賈京京，周建峰

（中國核電工程有限公司，北京 100048）

0 引言

華龍一號海外首堆K2/K3核電機組位于巴基斯坦卡拉奇市。該地區常年高溫、濕度大。每年的4～8月，晝夜溫差可達15℃，濕度可達到65%，濕度差可達到25%。在這種天氣狀態下，已建好的500 kV（主變）、132 kV（輔變）外線路由于未涂刷防污閃材料，夜間閃絡嚴重，自投運至今已19次突然失電。

熱態性能試驗（HFT）是在模擬核電廠實際運行工況的條件下，驗證系統的熱態性能是否與設計規定要求一致。在此階段，機組尚未完全建設完成，各個系統、設備仍處于驗證階段，自動連鎖、邏輯控制尚未完全具備。若在此階段失去外電源，處于高溫、高壓考驗下的核主輔系統將受到巨大沖擊。

鑒于以上情況，需要對HFT期間失去外電源的情況開展對策分析，以確保核主輔系統穩定，設備安全。在HFT期間可能出現以下3種失電情況：①失去132 kV輔助電源；②失去500 kV主電源；③同時失去500 kV+132 kV，柴油機正常啟動。

1 失去132 kV輔助電源

HFT期間，6.6 kV母線（2ESA～ESF）主要由主變供電，由輔變供電的6.6 kV公用配電系統（9ESH、9ESI）可以通過快切改由2ESF供電，不影響除鹽水制備以及壓空運行。鑒于此，失去輔變，對核主輔系統、常規島系統無影響，對機組安全穩定運行無影響。但是，失去輔變之后，機組外線路將僅有主變供電，機組安全性降低。此時應采取以下措施：①立即終止一切與HFT相關的活動；②穩定RCS壓力，停止升溫、升壓；③組織討論機組是否降溫、降壓至常溫、常壓狀態。

2 失去500 kV主變電源

根據機組調試要求，在HFT開始前需開展主輔變切換試驗。可以認為在失去主變后自動切換至輔變。若柴油機處于熱備用狀態，柴油機可以自動啟動空載運行。

2.1 RCS處于2.7 MPa/60℃及以下壓力/溫度平臺

RCS系統充水后機組即進入HFT階段。RCS系統在2.7 MPa/60℃以下（不含）平臺時，3臺主泵點動，主回路溫度處于常溫至60℃之間，主泵未運行，蒸汽發生器二次側無水或準備排水，柴油機處于檢修狀態。

以RCS處于2.7 MPa的最不利工況來考慮，此時若失去主變，6.5 s（主輔變切換試驗結果）后自動切換至輔變（不考慮疊加故障）。在此期間，RCS系統將短時失去RCV上充流量和主泵軸封注入流量，而只有排出RCS系統之外的流量（RCV下泄流量+主泵軸封泄漏流量+其他可知/不可知泄漏量）。由此造成6.5 s內RCS系統產生瞬態壓降。

在2.7 MPa壓力平臺下，降壓速率約為0.8 MPa/min。在6.5 s時間內，RCS壓降約為0.09 MPa。對一回路基本無影響。此時，若上沖泵未能重新啟動，應立即隔離RCV過剩下泄管線，手動關閉RCV258VP，最大限度減少一回路降壓速率。由于此時RCS系統為常溫狀態，因此不考慮失電對RCS溫度控制的影響。

在RCS處于2.7 MPa/60℃平臺前突然失去主變，應采取以下措施：①立即終止一切與HFT相關的活動；②穩定RCS壓力，降壓至0.3 MPa；③組織力量對500 kV進行維修復役。

2.2 RCS處于2.7 MPa/60℃至15.4 MPa/291.7℃（未非核沖轉）

RCS系統在2.7 MPa/60℃至15.4 MPa/291.7℃（含）平臺時，3臺主泵正常運行，主泵未運行，蒸汽發生器二次側正常水位，柴油機處于熱備狀態。

失去主變后，將會導致一回路壓力波動過大，主泵短時喪失軸封水，主泵頂軸油泵無法投運。整體來說，可能出現以下兩種情況：

（1）主回路驟冷收縮，造成穩壓器水位快速下降，一回路壓力快速下降。若在降至P11（13.9 MPa）時未閉鎖，將導致安注信號觸發。由于3臺主泵停運，一回路溫度不斷下降，有可能會偏離技術規范，超出P/T圖范圍。需采取以下措施：①失去主變后，立刻確認主蒸汽隔離閥及旁路閥關閉。關閉蒸汽發生器排污，防止主系統溫度降低。同時啟動一臺輔助給水泵，以維持蒸汽發生器水位；②熱試開始前，確認安注信號已閉鎖，不會導致安注誤觸發；③若一回路溫度降低過快，使用輔變應急啟動一臺主泵，控制一回路降溫速率；④若余熱排出系統與主系統未連接，需及時調整TSA設定值，保證TSA閥門不能開啟，通過TSA穩定TRII在當前值。若已連接，調節余熱排出系統熱交換器流量，穩定TRII在當前值；⑤關注泵房循泵、重要廠用水泵軸封水源壓力在0.4 MPa.g，關注冷源運行參數。

（2）穩壓器水位上升導致一回路壓力上升，導致穩壓器安全閥動作。若液位上升過高可能導致安全閥帶水排放，無法回座，從而形成一回路小破口。采取上述措施的同時，仍需采取以下措施：①密切監視一回路壓力、溫度，控制穩壓器水位穩定；②適當通過電加熱器、穩壓器來控制穩壓器水位；③控制輔助給水流量，調整溫度。

失去主變后，對主泵應采取以下措施：①若主泵轉速<1400 r/min頂軸油泵未啟動，則手動啟動頂軸油泵，監視主泵惰轉過程中的各項參數；②主泵完全停運后，則手動停運頂軸油泵；③投入停車密封，將主泵置于安全位置。

在切換至輔變運行期間，核島廠房內客梯、貨梯不可用，0 m/8 m氣閘門不可操作，吊車/行車不可用，正常及應急照明短時失去。同時造成裝卸料系統停電，影響燃料傳輸及運轉。需采取以下措施：①電源切換后第一時間安排檢查客梯、貨梯，避免人員困住。現場工作期間，人員需攜帶手電，避免失電期間人員慌亂、誤操作；②熱試期間避免安排吊車/環吊、裝卸料系統以及氣閘門相關工作。若必須執行，需編制專門的風險預案，確保主變失去后能安全恢復。

在2.7 MPa/60℃至15.4 MPa/291.7℃（含）平臺期間，失去主變時應采取以下措施：①立即終止一切與HFT相關的活動；②穩定RCS壓力、溫度，降壓、降溫至常溫、常壓。降溫降壓過程中關注技術規范，避免超出P/T圖。若有必要，使用輔變啟動一臺主泵維持一回路溫度；③為防止堆坑水泥受熱變形，電源切換完成后要立即恢復WNC/WEC冷凍機，恢復CPV/RRV系統的運行；④組織力量對500 kV進行維修復役；⑤確認主泵再循環閥（RCS906/912/936/942/966/972VP）均斷電且主泵停運后不會打開，確保主泵正常停運；⑥熱試開始前閉鎖安注信號、防誤稀釋信號；⑦廣播告知全場失去主變，組織人員對客貨梯內人員進行救援。

若失去主變區間，凝汽器處于真空狀態，則額外采取以下措施：①將TGO/TTL系統設備切至EEP供電。電源切換后立即恢復二回路冷源WCI/WCW/CFI系統的運行，確保TTL系統的油溫＜45℃；②采取措施避免TTL潤滑油進水。

2.3 機組非核沖轉期間

非核沖轉期間，RCS系統在失電狀態下與2.2節描述一致。常規島方面，正在運行的循環水泵/凝結水泵/低加疏水泵停運，啟動給水泵由于失去冷卻水失電后不再啟動，蒸汽發生器供水由輔助給水泵供給。

以最不利工況（轉速從450 r/min升至1500 r/min）考慮。此時若失去主變，就地將對汽輪機手動打閘（約1 s），關閉主汽門，蒸汽不再進入汽輪機。此時由于RCS系統持續供熱，蒸汽發生器二次側將憋壓直至主蒸汽安全閥起跳，蒸汽排入大氣。6.5 s后，輔助給水泵啟動，蒸汽發生器水源得到保障，U形傳熱管不會裸露出水面，一回路壓力邊界完好。此時需隔離主蒸汽管線，打開蒸汽管線疏水閥，利用TSA穩定一回路溫度，保證TSA閥門不能開啟，避免RCS溫降過快。

汽輪機方面，失去主變后，油/定子冷卻水系統停運。汽機疏水繼續，凝結水抽取不可用，蒸汽排放至凝汽器不可用。此時汽輪機的主要工作是穩定停運。應確保在非核沖轉前以下工作已完成：①TTL系統柴油機帶載啟動邏輯已驗證，設備能正常投入運行；②TGO系統柴油機帶載啟動邏輯已驗證，設備能正常投入運行。

失去主變后，應立即采取以下措施，確保汽輪機穩定停轉：①汽機打閘，關閉主汽門；②確認TTL盤車啟動；③確認TGO密封油系統啟動。

3 同時失去500 kV主變和132 kV輔變電源

若現場主變、輔變均失去，且應急柴油機在熱備用狀態下，柴油機將自動啟動并對部分系統供電（熱試前已完成柴油機滿負荷帶載試驗，可自動啟動并帶載）。此時，現場狀態除具備第1、2節的所有特征外，啟動應急柴油機最主要的目的是導出余熱，保證WES/WCC/RCV/RBM/WSC等必要的輔助系統運行，保障汽輪發電機組安全，使機組能夠從熱態順利恢復至冷態。考慮到此時機組仍處于建設階段，SBO（應急柴油機失效）工況下EES啟動為RSI011PO供電并提供主泵軸封的功能尚未驗證，故SBO工況不納入討論范圍。

與失去主變相比，同時失去輔變的主要影響在于全場輔助系統不可用，對機組影響最大的在于失去主壓空和除鹽水電源。考慮到應急壓空帶載試驗已在柴油機帶載試驗中予以驗證，失去主、輔變時，除鹽水泵停運，除鹽水箱中貯存的除鹽水無法提供到下游系統中。故熱試期間，鍋爐房水箱、除氧器、內置換料水箱、安注箱、非能動水箱等除鹽（除氧）水儲罐需保持在高液位運行，以保證停電情況下機組能穩定的降溫降壓。

4 結束語

核電機組調試期間，水、電、氣、汽源是正常開展調試工作的必要前提條件。在熱態性能試驗期間，維持電源的穩定運行，對系統、設備的安全運行至關重要，是確保項目建設工期的前提條件。通過以上分析，熱試期間若失去外部電源，應采取以下措施進行應急處理：①立即終止一切與HFT相關的活動；②穩定RCS壓力、溫度，降壓降溫至常溫常壓。降溫降壓過程中關注技術規范，避免超出P/T圖；③組織力量對失電電源進行維修復役；④關注主泵狀態，確保主泵能正常停運，并維持在穩定位置。確保TTL系統的油溫＜45℃，避免TTL潤滑油進水，汽輪機能穩定停運；⑤電源切換完成后要立即恢復WNC/WEC冷凍機，恢復CPV/RRV系統的運行；⑥熱試開始前閉鎖安注信號、防誤稀釋信號；⑦失電后及時廣播通知，安撫現場各類人員，避免混亂。

主變、輔變若能保持定期停役清掃，可大幅度降低突然失電的風險。但是受制于當地經濟局勢及其他原因，巴基斯坦國家電網不允許主變/輔變停役清掃，僅在突然失電后方可進行短期的清潔工作。為保證電廠內設備安全，可采取以下兩種措施：①對外電網進行定期帶電清潔；②涂刷放污閃油漆。

上述措施中，前者需要專業設備及工人，目前調研當地不具備實施條件，需從中國進口。后者需要主變停役35 d方可實施，需要當地電網同意方可執行。不論選擇何種方案，均需K2/K3核電機組業主及當局下定決心予以實施。