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失去主电源导致稳压器安全阀开启原因分析

赵中胜
【摘 要】最近几年法国的核电厂发生了多次功率运行期间突然失去厂外主电源，反应堆停堆并切到厂外辅助电源的故障，在这个过程中发生了几次稳压器安全阀开启的事件。本文的目的是分析法国核电厂失去厂外主电源导致稳压器安全阀开启的原因， 最后针对这个风险提出一些整改的建议。
【关键词】失电；停堆；稳压器水位；稳压器压力；安全阀
2016年法国EDF公司发布了一份關于下属核电厂的运行事件报告，其中专门提到了在电厂功率运行时如果突然失去了主厂外电源，反应堆自动停堆并切到辅助电源，在这个故障过程中有可能发生因稳压器压力高而导致安全阀开启的事件， 稳压器安全阀开启对核电厂工艺系统的影响很大，一方面如果安全阀排放时间过长可能导致RCP002BA泄压箱的爆破膜开启，从而导致一回路放射性释放到安全壳里面；另一方面如果发生了安全阀带水排放，还有可能导致安全阀损坏，从而导致一回路边界的完整性被破坏，从而导致事故扩大。
所以下面我就法国核电厂失去厂外电源导致稳压器安全阀开启的原因进行分析，并针对这个风险提出一些有针对性的措施。
1 失去厂外主电源停堆导致稳压器安全阀开启原因分析
1.1 原因分析过程中几个需要用到的一回路重要参数
法国900MW反应堆一回路正常运行时平均温度310.0℃，对应饱和水的密度690.66kg/m3；热停堆一回路平均温度291.4℃，对应饱和水的密度是729.23 kg/m3，满功率运行时一回路水的总质量约202t；稳压器的直径约2.134m，满功率运行时稳压器的液位定值0m，稳压器液位3低定值是-5.02m；上充泵最大上充流量25.6m3/h。
1.2 失去主厂外电源停堆导致稳压器安全阀开启的原因分析
停堆前机组满功率运行，主控触发紧急停堆信号，控制棒驱动机构失电，所有控制棒掉入堆芯，导致反应堆停堆，汽机停机，一回路进入热停堆状态。理论上因一回路的平均温度从310℃很快降到291.4℃，水的密度从690.66kg/m3很快增加到729.23kg/m3，由于冷却剂的总质量202t不变，所以一回路的总体积从292.47m3很快降到了277.00m3，收缩了近15.47m3，稳压器的内径是1.067m，截面积是3.575m2，所以稳压器的水位从0m迅速降到-4.32m。
上面的数据只是满功率紧急停堆的试验数据，由于同时失去了厂外电源，厂用电源将自动切到辅助电源，主辅电源切换过程中主泵、主给水泵这些大泵都自动停运，而正是因为主给水泵和主泵的停运导致了稳压器运行工况的进一步恶化。
主给水泵跳闸后，辅助给水泵立即启动，辅助给水泵启动后出口流量调节阀自动立即全开，以最大流量向蒸汽发生器里面灌水，大量的冷水进入蒸汽发生器这必然导致一回路温度持续降低，而另一方面主泵又全停，相当于一回路失去了一个很大的热源，这些原因都会导致一回路温度的降低。
根据事故规程，在SG水位达到零负荷对应的水位-0.64m之前，我们必须保持很大的ASG给水流量向SG注水，大量冷水进入SG的最终后果就是一回路温度的进一步降低，稳压器水位急剧下降。
从上面分析我们可以看出满功率紧急停堆和失去主厂外电源都会导致稳压器水位的降低，但是两个故障单独触发基本都不会导致稳压器液位3低报警的出来，如果两个故障同时触发，如果操纵员没有及时干预，一回路的平均温度100%降到286.5℃以下，导致稳压器3低液位触发。
稳压器液位3低报警的触发以后，根据稳压器的液位保护逻辑，将隔离化容控制系统的正常下泄。上充流量很快就调到自动最大值25.6m3/h，再加上轴封注入流量有近2×3m3/h，以近31m3/h的流量向稳压器注水，而这个时候化容系统的下泄已经被隔离，所以一回路的水相当于只进不出，稳压器水位快速回升，稳压器水位的上升将开始压缩稳压器上部的蒸汽空间，蒸汽空间的被压缩导致一回路的压力开始回升。
当稳压器水位接近热停堆设定值时上充泵的上充流量开始自动下降，如果此时仍然没有恢复下泄，稳压器水位仍然继续上升，蒸汽空间持续被压缩，压力进一步升高并超过正常值15.5MPa.a，当达到喷淋阀动作值15.67MPa.a时，稳压器喷淋阀开始开启，但是主泵停运，即使开喷淋阀也没有一点降压效果。
最后稳压器的水位继续升高，稳压器压力也继续升高，最后压力升到了安全阀的动作定值16.6MPa.a，最终导致了稳压器安全阀的开启。
2 满功率失去厂外电源停堆防止稳压器安全阀开启的措施
在前面原因分析中，我们可以得出稳压器安全阀开启的4个主要的原因：
（1）停堆后一回路温度迅速降低导致稳压器液位迅速下降
（2）ASG辅助给水的大流量补给导致稳压器液位迅速下降
（3）主泵停运导致稳压器的喷淋降压失效
（4）一回路水隔离后没有排出通道导致稳压器水位持续上涨
针对以上几个主要原因，提出一些针对性的解决的措施：
第1个原因是水的物理特性以及我们的系统特性造成的，所以无法避免；
第2个原因可以在事故处理规程中要求主控操纵员加强对SG水位和给水流量的关注，如果一回路温度下降较快，当SG水位宽量程可以看出SG的水装量在上升，将ASG给水流量适当降低一些，保证宽量程水位在缓慢上涨，防止一回路温度降低；
第3个原因是切换到辅助电源导致的，根据我们辅助电源的容量，设计上我们是允许启动一台主泵的，但是需要隔离经理在开关柜上进行一些压板的切换操作，当主辅电源切换完成后，隔离经理要尽快执行就地的操作票，做好恢复一台主泵的运行的准备，主泵启动后就可以保证主喷淋的可用；如果主泵长期不能恢复运行，此时主控操纵员需要严密关注稳压器的压力上涨，必要时使用辅助喷淋来降低稳压器压力；
第4个原因是操纵员对稳压器的水位关注不足，当水位恢复正常后没有及时恢复正常下泄，导致一回路的水位持续上涨，建议在I2.1规程里面要求一回路操作员严密监视稳压器的水位和压力，及时恢复正常下泄，控制上充流量，必要时投运过剩下泄。
另外还需要我们在模拟机复训过程中增加满功率失去厂外电源的练习，熟悉I2.1规程中的关注点和处理要点，当一、二回路操纵员在忙着执行事故规程的时候，需要有一个人严密关注主回路的重要参数变化，及时要求操纵员采取一些干预措施。
[责任编辑：朱丽娜]

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