我国核电厂主控室辐射监测仪表故障相关运行事件分析.pdf

第卷第期年月核电子学与探测技术 我国核电厂主控室辐射监测仪表故障相关运行事件分析郑 丽馨，张慧一雷蕾，毛欢，焦峰，刘时贤（生态环境部核与辐射安全中心，北京）摘要：分析了我国核电厂年度发生的起主控室可居留系统应急过滤启动事件，找出主控室辐射监测仪表存在的 问题，提出需关注或进一步改进的方向，为其他核电厂提供借鉴。关键词：核电厂；辐射监测仪表；运行事件中图分类号：文献标志码：文章编号：（）年月日起中华人民共和国核安全法（以下简称核安全法）正式施行，规定国家建立核设施营运单位核安全报告制度。为落实核安全法的有关要求，生 态环境部（国家核安全局）组织修订了核动力厂营运单位核安全报告规定（以下简称报告规定）（生态环境部令第号），自年月日起施行，年月日国家核安全局发布的核电厂营运单位报告制度（）同时废止。为配合报告规定的实施，配套发布了核动力厂营运单位核安全报告指南（以下简称报告指 南）（生 态 环境部公 告 号），为报告规定中所述各类报告的编写和上报提供指导。报告规定作为部门规章具备法律强制效力，而报告指南作为上报提供指导性文件更具有实际执行意义。收稿日期作者简介：郑丽馨（），女，吉林大安人，正高级工程师，现主要从事 核电厂安全审评和运行事件经验反馈工作，邮箱：。通讯作者：张慧一（），男，吉林辽源人，高级工程师，现主要从事 核电厂安全审评工作，邮箱：核电厂运行事件一直是监管当局关注的重点，核电厂运行事件可为监管当局了解不断发生的事件、监测机组性能、确认执照基准、识别更多重要事件的先兆、研究潜在的共性安全问题、评价运行经验的趋势、向电厂反馈经验提供保障。报告规定施行一年，核动力厂营运单位共上报了起运行事件，其中有起事件为主控室可居留系统应急过滤启动事件。本文对这起运行事件进行研究分析，找出导致事件的原因，提出应对措施，为后续核电厂提供经验，以避免类似事件的重复发生。主控室 的应急可居留根据核电厂的设计要求，主控室是机组运行的控制中心，其主要功能是确保在各种运行状态下安全地运行机组，在预计运行事件和事故工况下使机组保持在安全状态或回到安全状态。因而，必须采取适当的措施在较长时间内保持控制室人员免于受到事故工况下形成的高辐照水 平、放射性物 质的释放等危害。因此，为保证事故工况下主控室功能的实现，维持其可居留性，就需要借助带有过滤功能的应急通风系统对主控室进行通风净化。从正常通风系统切换至应急过滤通风系统的功能由辐射监测系统承担，经由设置在主控室内的辐射监测仪表实现。根据冗余性的设计要求，不同机组设计成二取一、三取二的模式触发。根据不同监测仪表的类型，辐射监测仪表可分为剂量率监测仪或剂量率监测仪。根据探测仪表的工作原理，又可分为电离室型、计数管型、闪烁探测器型和半导体型。本文分析的起运行事件中监测仪表类型主要为电离室型和闪烁探测器型，如表所示。表主控室辐射监测仪表类型序号事件发生时间型号仪表类型福 清核电厂号机组仪表故障闪发二级报警联 锁启动主控室空调系统应急过滤管路运行电离室型剂量仪田湾核电厂号机组控制室进风空气剂量率监测仪表故障导致控制室 空调系统应急 过滤管路联锁启动电离室型剂量仪田湾核电厂号机组控制室进风空气剂量率监测仪表故 障 导致主控室空调系统应急过滤管路联锁启动电离室型剂 量仪石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程仪表故障误发报警导致主控制室通风空调系统新风过滤机组联锁启动闪烁体型剂量仪秦山第二核电厂号机组区域剂 量率监测通道误报警导致主控室空调系统 捵过滤回路启动 电离室型剂量仪事件原因分析通过对运行事件进行初步分析，事件皆因辐射篮测仪表故障误触发报警信号所致，其中起事件中所用的辐射监测仪表为电离室型剂量仪，起事件为闪烁体型剂量仪。辐射监测仪表通常由探测器、就地处理箱以及连接两者的供电和信号电缆组成。这起运行事件中仪表故障主要由探测器和就地处理箱的问题导致。福清核电厂号机组事件过滤管路风机，将主控室空调系统切换至正常通风运行，事件结束。机组采用型电离室型剂量仪，其结构主要由收集极、髙压极、绝缘子、保护环、保护壳组成。电离室内部充氩气。收集极与地线、髙压之间通过绝缘子彼此绝缘（）。正常工作时，辐射引起电离室内部氩气电离，产生与辐射强度成正比的电流信号，通过收集极传输至二次仪表。探测装置结构示意如图所示。年月日，福清核电厂号机组处于模式运行 状态，核功率，电功率。主控室空调系统控制器进风空气剂量率列监测仪表突然触发二级报警，联锁启动主控室空调系统应急过滤管路风机，主控室空调系统自动切换至应急过滤管路运行。后二级报警消失。运行人员根据报警卡，检查冗余设计的控制室进风空气剂量率列监测仪表显示正常，并确认烟囱排气低量程惰性气体活度监测道显示正常。运行在确认现场测量剂量无异常后，操作员停运应急保护蠢通过对辐射监测仪表进行检查，发现探测器表面存在凝露现象，探测器法兰连接处缝隙存在锈蚀痕迹。对探测器绝缘性能进行测试，高压级对地绝缘，收集级对地绝缘，不满足髙压级对地绝缘、收集级地绝缘均应大于的要求。因而判断，探测器绝缘子受潮，绝缘降低导致漏电流升高，最终导致闪发报警。经查阅设计文件，该仪表所在房间设计上无温湿度要求。机组主控室通风系统设计时，未设置混风小室，仪表安装房间空气湿度长期保持在以上，阴雨天达到，墙体及设备表面明显产生冷凝水现象，且探测器及就地处理箱安装位置位于风道进风口百叶窗正对面，较另一套安装在房间门近端侧的辐射监测仪表更容易产生凝露现象。综上，本次事件根本原因为设备选型不合适，其性能无法满足现场环境使用要求。田湾核电厂、号机组事件 年月日，田湾 核电厂号机组控制 室进风空气剂量率列仪表触发超二级阈值（）报警，最高测量值达到；仪表超二级报警联锁启动主控制室空调系统应急过滤管路风机，主控室空调系统自动切换至应急过滤管路运行。后二级阈值报警消失。现场人工测量剂量率水平无异常，操作员停运应急过滤管路风机，将主控室空调系统切换至正常通风运行，事件结束。年月日，田湾核电厂号机组控制室进风空气剂量率列仪表触发一级超阈值报警；辐射防护人员到达仪表所在位置，测得环境剂量率为本底水平后，告知主控室；主控操纵员确认控制室进风空气剂量率列仪表测量数值无变化。一段时间后，空气剂量率列仪表瞬间触发二级超阈值报警，联锁启动 主控制 室空调系统应急过滤管路风机，主控室空调系统自动切换至应急过滤管路运行。操纵员在确认仪表误报警后，闭锁了剂量率监测仪表的二级报警联锁信号，停运应急过滤管路风机，将主控室空调系统切换至正常通风运行，事件结束。、号机组均采用型电离室型飞剂量仪，其结构主要由体积的电离室探测器、就地处理箱及连接两者之间的供电和信号电缆组成，如图所示。当外部射线入射到探测器时，电离效应产生的正负离子对在高压电场作用下向收集极漂移，从而产生电流信号。由于产生的模拟电流信号极弱，在探测器内部通过前置放大电路对电流信号进行放大，通过探测器内部的电流电压（）转换电路转换放大成模拟电压信号，模拟电压信号通过电缆传送至就地处理箱 中，在趣电离弱电流信号順换电压信号常压电离室探测器前置放大器就地处理箱数据处理模块输出模块电源模块信号线？、电源线就地显示通讯输出数据处理频率信号瞒换电压信号图型剂量率监测仪原理图中的 电压频率（）转换模块将模拟电压信号转换成电脉冲信号输出，即对应的频率信号。脉冲信号通过数据处理模块进行处理计算，最终将频率信号转换成放射性物理量测量值。测量值与设定的报警阈值进行比对，当测量值超过报警阈值时，通过对应的继电器输出开关量报警信号，报警信号通过硬接线送人安全专设设施系统参与联锁保护。号机组的事件中，通过对辐射监测仪表进行检查发现，就地处理箱中的 电压频率（）转换模块故障，导致信号输出不稳定。电压频率转换模块的原理如图所示。其中，转换子模块出现故障，其特征为无法将电压信号准确地按照：的比例进行转换，可能产生计数突变，与现场闪发误报警故障情况相符，故判断此次闪发误报警是由于（电压频率）转换子模块出现故障引起。亀驗雜换篇块：概随器：馨攀纖雜細：脉冲娜芯片：输输图电压频率转换模块原理图号机组的事件中，通过对辐射监测仪表进行检查发现，前置放大器内继电器驱动线包开路故障，导致仪表长时间超阈值报警。前置放大器的原理如图所示。当电离室收集极感应到弱电流信号后，传输至运算 放 大器的端，通过放大电阻将其放大为电压信号，并在积分电容上进行积分平滑，平滑后的电压模拟量信号输出至二次仪表就地处理箱进行处理。若档位继电器出现故障，其特征为对应量程的放大电阻的触点开关不能有效吸合，导致二次仪表就地处理箱误判放大电路的放大倍数，使用错误的灵敏度参数计算和输出量的剂量率值，导致出现长时间超阈值报警现象。；讀太凝：魏尤电職：觀分电 容：输：論勒换继电？：输端图前置放大器原理示意图综上，两起事件的根本原因为剂量率监测仪表的可靠性较差。石岛湾核电厂事件年月日，石岛湾核电厂高温气冷堆机组出现“主控室新风口气载卩活度浓度越高限”报警，主控制室可居留系统新风过滤机组自动启动。后报警恢复。经查看主控室的环境辐射数据箱显示的剂量值、主控制室宽量程就地处理箱显示值均为本底值，确认现场放射性水平正常。判断为主控制室可居留系统新风进风口惰性气体监测仪监测仪表故障，误发报警，并联锁启动新风过滤机组。现场将主控制室可居留系统新风进风口惰性气体监测仪恢复可用，主控制 室可居留系统恢复至正常通风系统运行，事件结束。该核电厂机组均采用型低量程气体碑检测仪，其结构主要由闪烁体探测器、就地处理箱、连接电缆及取样装置等组成，如图所示。当取样容器中的放射性气体样品辐射的射线人射到塑料闪烁体时，闪烁体的原子或分子受激而产生荧光。这些荧光作用于光电倍增管的光阴极上，从中打出 电子，经过光电倍增管的二次电子发射作用，使打出的 电子倍增放大，最后产生脉冲信号，此脉冲经过探测器内前放线路板放大后输出至就地处理箱。通过对辐射监测仪表进行检查发现，就地处理箱数据处理模块的开关量和模拟量控制口异常，已无法正常使用，模块芯片也已经有损坏趋势，在某些情况下芯片工作状态恶化，会产生与实际不符的测量值，导致误触发高报警。综上，本次事件的根本原因为设备可靠性不高。靡屯离棚醜处辑爾臟数据处规块输罐翁（高压线信号线樣涵器前澈大就地通信输山轉处理：标准脉冲信号脉冲信号图型低量程惰性气体检测仪原理图秦山第二核电厂号机事件年月日，秦山第二核电厂号机组厂房辐射监测系统剂量率监测通道仪表触发空气活度级报警并联锁启动主控室空调系统碘过滤回路。主控检查应急过滤风机启动，碘过滤回路动作正常。同时检查仪表显亦从突涨至并持续，随后恢复至初始值，报警消失。主控室检查无其他异常后停运碘过滤回路。检修人员更换辐射监测仪表探头及就地处理箱内的模块、数据处理模块及高压模块，确认仪表恢复正常，事件结束气机组采用区域型剂量率监测仪，其结构主要由常压电离室探测器、就地处理箱及连接两者之间的供电和信号电缆组成（与图类似），其工作原理也与型电离室型剂量仪类似。通过对辐射监测仪表进行检查发现，探测器前置放大器积分电容故障，导致信号直接通过电阻放大，无法进行积分平滑，继而导致计数未积分，偶发髙计数导致仪表报警（原理如图所示）。综上，事件的根本原因为仪表部件质量问题导致设备的可靠性不高。应对措施通过对运行事件进行分析可知，导致事件的主要原因为辐射监测仪表可靠性不高和设备选型不合适。提高设备可靠性调研红沿河、宁德、阳江、台 山、大亚湾、防城港、岭澳、秦山、田湾、福清、海南等家核电厂，目前使用型剂量率监测仪的设备数量约为套，使用武汉所的区域型剂量率监测仪的设备数量约 为套。部分历史缺陷和调研情况如下：）方家山核电厂、号机组换型前套区域型剂量率监测仪（年）年的误报警次数为次，年月换型后近年的误报警次数为次；）秦山第二核电厂、号机组换型前套区域型剂量率监测仪（年）年的误报警次数为次，年换型后近年的误报警次数为次；）秦山第二核电厂、号机组套区域型剂量率监测仪（年）年的误报警次数为次；）红沿河核电厂号机组采用所的监测仪，自机组投运后约个堆年未闪发过二级报警。综上，结合核电厂发生的运行事件、内部事件以及各机组的运行情况，型监测仪运行不稳定的情况较为频繁，其缺陷 的原因主要包括转换模块电路设计存在不足、仪表可靠性差、元器件故障、设备抗干扰能力弱等，反映出型仪表的可靠性较差导致故障率髙，核电厂对设备正常的预防性维护已经无法完全避免设备的故障。对此，设备生产厂家应深人分析故障产生的原因，加大研发力度，解决误报问题。在问题解决前，核电厂营运单位应当吸取经验教训，加大对设备检查频度和监测的力度，保证设备的可靠性；还可以通过设备换型等方式使用相对故障率小的仪表，并关注换型后仪表运行的可靠性情况。关注设计变化对设备选型的影响福清核电厂事件的根本原因与其他几个事件原因并不相同，事件中型电离室型剂量仪长期处在潮湿的环境中，致使仪表较容易产生凝露现象。福清核电厂号机组主控室空调系统新风通过房间直接通过混凝土管道以及铁皮通风管道连接至、列新风管道上，中间未设置混风房间，回风分别连接至、列新风管道上混合。考虑到设备安装在混凝土管道及铁皮通风管道内会导致设备无法检修，因此设计时将辐射监测仪表放置在房间，房间空气湿度长期保持在以上，阴雨天达到。相比而言，福清核电厂号机组辐射监测仪表的环境条件相对好一些。号机组主控室通风系统设计时，新风通过过滤器、防火阀、龙卷风阀、止回阀以及快速隔离阀后，到达混风小室与回风混合，然后连接至、列管道上。号机组控制室进风空气剂量率监测仪安装在混风小室房间，前期监测到最大环境湿度为，环境湿度较号机组明显改善。由此可见，设计上的变化可能会对设备使用环境产生一定影响，继而影响设备的可靠性。针对同类电厂的设计改进，核电厂营运单位应重点关注差异 性带来的影响，做好风险分析工作。优化系统触发逻辑的可能性本文分析的起事件涉及的核电厂，其应急过滤系统的触发逻辑均为二取一模式，也就是设计均为单台仪表触发二级报警即联动切换至碘过滤管路运行，无仪表误报的逻辑判断功能。因此，辐射监测仪表设备的可靠性直接影响到主控室空调系统运行的稳定性。对此，可开展增加冗余仪表的可行性分析，研究优化系统逻辑触发的可能性。结束语在保证事故工况下主控室功能的实现、维 持其可居留性方面，辐射监测仪表承担着重要的功能。本文通过对过去一年发生的起运行事件进行分析，得出辐射监测仪表的可靠性有待改进。由于辐射监测仪表承担核安全功能，因此设备生产厂家应当取得相应的核安全设备制造许可证。鉴于此，针对辐射监测仪表可靠性不高的 问题，除了设备生产厂家应加大研发力度、解决误报问题，核安全监管部门也应当加大对核安全设备的监管力度，共同确保制造产品 的可靠性。参考文献：中华人民共和国全国人民代表大会中华人民共和国核安全法北京：中国民主法制出版社，生态环境部核动力厂营运核安全单位报告规定北京：生态环境部，生态环境部核动力厂营运核安全单位报告指南北京：生态环境部，郑丽馨，陶书生，王倩，等核电厂运行事件报告准则研究及应用核安全，（）：国家核安全局核动力设计安全 规定：北京：国家核安全局福清核电厂福清核电厂号机组仪表故障闪发二级报警联锁启动主控室空调系统应急过滤管路运行事件报告江苏核电有限公司田湾 核电站号机组控制室进风空气剂量率监测仪表故障导致主控室空调系统应急过滤管路联锁启动江苏核电有限公司田湾 核电站号机组控制室进风空气？剂量率监测仪表故障导致主控室空调系统应急过滤管路联锁启动华能山东石岛湾核电有限公司高温气冷堆核电站示范工程仪表故障误发报警联锁主控制室通 风空调系统新风过滤机组启动中核核电运行管理有限公司秦山第二核电厂号机组区域剂量率监测通道误报警导致主控室空调系统碘过滤回路启动，（，）：，：；