宁德核电#3机组海生物侵袭跳堆事件分析及建议

宁德核电#3机组海生物侵袭跳堆事件分析及建议

夏仕峰

夏仕峰

（福建宁德核电有限公司运行二部福建省福鼎355209）

摘要：随着我国投入运行的核电机组不断增加以及海洋环境和气候环境的不断变化，最近一年来，我国在运核电机组多次遭遇了因海生物侵袭导致机组负荷减载甚至跳机跳堆的异常事件。本文以宁德核电站#3机组因海地瓜入侵造成循环冷却水泵故障停运从而导致跳堆事件为例，详细地描述了事件发展的过程以及期间电站的主要干预行动。在此基础上，文章进一步分析了在整个事件过程中的异常和运行干预行动的不足之处，并从多角度提出了后续应对类似事件的改进建议。

关键字：海生物；侵袭；跳堆；事件分析；不足；建议

前言2015年8月8日，宁德核电站#3机组因海地瓜【注1】侵袭3CFI取水口导致3CRF001/2PO异常停运从而导致机组跳堆，笔者作为事件发生期间的当班运行人员，希望通过对本次事件的详细总结和分析，发现我们工作中可以进一步完善和提高的部分，以便后续能够更好地应对此类事件。

一、事件发展主要过程

1.事件产生阶段

【8月7日】

13:553CFIA/B列鼓网压差(3CFI309/320KM)开始小幅波动。3CFIB列鼓网3CFI004MO/006MO（中/高速电机）频繁根据压差自动启停4次；3CFIA列滤网压差出现波动，旋转滤网切换至中速运行后3CFI803KA（3CFI003MO中速电机综合故障）触发,3CFI003MO（中速电机）保持运行，无法自动切换到3CFI005MO（高速电机）运行；

14:10主控派出现场人员就地查看CFI运行情况以及进水前池水面杂物情况，未发现海面异常和进水堵塞情况；

14:303CFIB列鼓网压差快速达到高4定值（0.8m）导致循环水泵（3CRF002PO）跳闸，主控开始快速降负荷（50MW/MIN）至660MW，此期间机组相关参数如图一：

图一事件产生阶段相关参数变化趋势

2.事件发展阶段

14:59第一次启动3CRF002PO，随后3CFI鼓网压差高4触发3CRF002PO跳闸；

15:10冷源小组使用消防水对3CRF032TF进行冲洗；

15:28CFIA列滤网压差稳定后为控制ΔI，向电网申请升功率至800MW（为抗台原计划要求8日03:00减载至840MW）；

16:22第二次启动3CRF002PO，2分30秒后3CFI鼓网压差再次达到高4触发3CRF002PO跳闸;

18:00OIC临时解除两列3CFI高4信号联调CRF泵信号；

20:00召开专题讨论分析会，确定在下次高潮位之前完成3CRF002PO并明确启动3CRF002PO监视及干预方案；

21:40配合清理海生物工作，将3CFI032TF（B列鼓网）切至高速运行。此时电气人员担心3CRF002MO两次跳闸对CRF泵运行有影响，对3CRF002MO开始测绝缘。

3.事件发生阶段

【8月8号】

22:30冷源小组反馈A列鼓网处打捞出的不名海生物有减少趋势；

00:06第三次启动3CRF002PO，因压差持续超过0.8m，主控手动停运3CRF002PO；

01:20由于台风导致海生物大量出现且风势雨势逐渐加大，人工清理海生物困难；A列鼓网中速电机过电流运行导致电机温度逐步上升，可能导致A列鼓网跳闸，当班值接令紧急减载停机；

01:22当班值向电网申请紧急停机，鉴于主控观察3CFIA/B列滤网压差稳定，向电网申请以20MW/MIN速率降负荷停机，主控开始准备程序并按照电网要求填写紧急停机申请单；

01:46主控发现3CFIA列滤网压差出现上涨，1分钟后上涨至满量程。01:49，A列鼓网压差快速上涨到1.03米，主控手动停运3CRF001PO，汽机自动停运，反应堆自动停堆，执行SOP事故规程。期间相关参数变化如图二:

图二#3机组跳堆时CFI相关参数变化趋势

4.事件演变阶段

02:00-8:00当班值多次启动8ASG001DZ，均无法成功给3ASG001BA制水，判断“8ASG153VD调节与8ASG003MN不匹配”，原因为8ASG003MN故障和3号机DCS56号工作站CPU故障导致；

08:20因3ASG001BA无法恢复供水，根据DOS规程进入ECP1，对一回路进行降温降压，准备过渡到NS/RRA模式；

11:00启动3CRF001/002PO，鼓网中速手动运行，3CFIA/B列压差稳定,鼓网中速电机电流正常；

18:20因3CRF系统恢复对CEX冷却，3CEX水中氧含量合格，采用3CEX给3ASG001BA补水到501m?以上，不再要求继续后撤到NS/RRA模式。

跳堆后机组主要参数变化如图三所示：

图三跳堆后机组主要参数演变趋势

5.事件恢复阶段

【8月9日】

06:40确认3号机组状态满足《运行技术规范》中NS/SG模式的要求后，退出SOP规程，事件结束；

12:13进行升温升压操作，并过渡到标准热停状态；

13:5056#工作站切至备用工作站，现场可启动8ASG001DZ为3ASG001BA充水；

【8月10日】

00:45开始达临界操作。02:18，G棒提至448步，反应堆达到临界状态；

06:503VVP完成暖管，3VVP003VV无法开启；10:003VVP003VV专业处理后阀门开启；

10:50完成GCT-A转GCT-C，反应堆功率稳定在5%等待电网并网指令；

【8月11日】

01:033号机重新并网成功；11:003号机升功率至840MW等待电网升功率批复。

二、事件处理过程中的主要异常

1.因滤网堵塞导致3CRF002PO多次启动不成功

在3CRF002PO因CFI鼓网压差高跳闸后，由于3CFI031TF（A列鼓网）长期在中速运行，无法满足自动切换功能，随时存在3CFI031TF压差高导致3CRF001PO跳闸的可能。为避免跳机停堆事件的发生，在台风来临前的当日凌晨，在确认启动条件满足的情况下，运行人员对3CRF002PO尝试过三次启动操作，均告失败。在3次启动3CRF002PO期间3SEC004PO泵电流和流量未出现变化，未影响到3SEC系统运行安全。台风过境后，电站工作人员完成海生物清理，第四次启动3CRF002PO成功，期间详细参数如表一：

2.3ASG001BA无法补水导致机组后撤

在NS/SG模式要求3ASG001BA水装量大于501m?，在机组跳堆后，由3ASG001BA给蒸汽发生器供水，因CEX氧含量不合格，现场按照S程序启动8ASG001DZ为3ASG001BA制水，数次因8ASG003MN水位突降导致8ASG001DZ跳闸,判断“8ASG153VD调节与8ASG003MN不匹配”导致。

随后OIC进行故障查找，检查发现8ASG003MN仪表故障，后将非安全级DCS56#站切至备用回路并对卡件进行了更换，同时更换8ASG003MN，故障消除，8ASG001DZ启动成功。

在此期间由于无法保证3ASG001BA供水，根据SOP规程需后撤至NS/RRA模式。

三、事件过程中运行值主要存在的不足

1.保守决策不够：在出现3CRF002PO跳闸导致机组降负荷后，当班运行值将工作重心放在了推动3CRF002PO启动上，未更全面、更深入地考虑其它风险，根据当时的情况保证机组冷源应放在第一要务，即保证SEC的安全运行。在此基础上需要考虑#3机组存在燃料包壳损坏的缺陷，需尽可能减少快速的负荷变化以及跳机、跳堆等大的瞬态发生；还应该考虑海生物入侵对CFI鼓网、CRF泵、冷凝器以及SEC系统的损伤，避免设备损坏；

2.质疑的工作态度未充分发挥：在机组跳堆之前先后经历过三个运行值，均没有根据事件的发展过程质疑维持在800MW运行的指令，尤其是第三次启动3CRF002PO未成功后未能结合海生物持续入侵以及台风导致现场人工清理工作受限的现实向决策层建议提前进行降功率操作，最终导致未能及时将核功率降至P10以下避免自动停堆；

3.风险防范意识不足，过于依赖之前的经验反馈：因运行人员之前学习过大亚湾核电站群虾入侵及红沿河核电站水母入侵的经验反馈和相应的应急预案，在此次事件中存在固有思维，认为一般的海生物侵袭事件CFI鼓网的压差均是缓慢上升的，从而未能做最坏的风险打算：3CRF001PO压差有可能急速达到高4（事后实际确实出现了这一最恶劣的工况），因此未能做出紧急降负荷的决策。

4.事件处理过程不紧凑，准备工作不充分：在得到降功率停机的指令后，与电网沟通以及主控准备停机的相应工作、召集保驾人员等准备性工作花费了约25分钟，实际这些工作可以在第三次启动CRF泵未成功后立即开始，以便为后续降功率停机赢得宝贵的时间。

5.运行人员独立决策能力不强，过于依赖专业判断：在3CRF002PO第二次跳闸以后，电气人员要求测量电机绝缘，主控人员由于担心设备损坏，做事过于循规蹈矩，错失在最低潮位尝试启动3CRF002PO的时机。第二天低潮位时，因专业人员未给出设备损伤性评价，由于担心冷凝器温度过高启动CRF泵会导致钛管损坏，延误了通过CEX向ASG补水。

四、类似事件处理方案的建议

1、运行干预预案的优化：

1)出现类似海生物侵袭导致跳堆事件后当班值同时需要执行SOP（状态导向法事故程序）程序以及《CFI取水口堵塞导致两台CRF泵跳闸机组控制》，且还需临时进行现场多个厂房的紧急操作，当班值人力无法保证及时有效地操作，需要立即协调待命值辅助执行应急行动；

2)干预措施上要求停运APA泵、CEX泵，转用ASG给SG供水；建议在停泵前短时将SG水位补高到0.7米减少后续对ASG的补水需求；另外停运CEX泵会导致低压缸排蒸汽喷淋水全失，过早停运可能导致低压缸爆破膜破损，需要明确可停运喷淋水的低压缸排汽温度定值；

3)根据预案需及时破坏真空，停轴封系统，减少向凝气器排汽；但由于#3机汽轮机在惰转过程中一直振动偏高，建议破坏真空可以尽量晚执行，以防止对汽轮机产生损伤；

4)执行SOP过程中值长应及时下达主蒸汽隔离和ADG连续排空及时切换至大气的指令，并在主蒸汽隔离后VVP主阀前疏水切SEK，以减少排向CEX的热水，降低其温升速率；

5)因SEK坑排入大量热水，其冷却水SEI投入，导致SEI管网压力降低，若SEP系统有检修工作，可能导致全厂CRF泵轴封失去而停运，扩大事故后果，应及时通知化学专业关注SEI/SEP管网压力，必要时现场手动调节3SEK001VE以保证SEI管网压力，降低风险；

6)3SRI大量换水导致SER管网压力降低，需联系化学确保SER管网压力，保证其他用户供水（例如8ASG001DZ的补水）；根据本次事件的数据，单台SRI泵运行流量为2300m?/h（额定流量1800m?/h），超流量500m?/h，可能导致SRI泵跳闸或损坏，建议根据负荷重要性隔离部分负荷（如之前未运行的APA泵冷却水）；

7)CRF泵全失后最大的风险在于低压缸过热损坏、低压缸爆破膜破裂以及凝汽器钛管在重新启动过程应热应力变形或松脱，因此何时破坏真空以及重新启动CRF需要结合设备情况明确执行操作时的参数定值；

8)类似事件停机后需立即进行CEX/SRI换水操作，预案中需明确现场操作的阀门编号，且整个过程中要关注SEK和SEL液位，并要现场及时进行就地启泵和切罐操作；

2、设备改造方面的建议：

1)分析CFI鼓网骨架及滤板的承载能力，在保证鼓网完整性的前提下重新论证并提高“高4”压差定值（或者对现有“高4”信号跳泵增加延时，并另设“高5”信号无延时跳泵），为采取人工冲洗等措施赢得更多时间；

2)目前CFI鼓网的高速电机功率不足，高速运行期间振动偏大，难以承受较长时间的持续运行，需作相应改进；

3)CPR1000机组设计上没有配置CFI鼓网高压冲洗泵，滤网反冲洗能力不足，需考虑增加。且需要在CFI反冲洗排污渠加装滤网，防止海生物重新返回取水口。

3、日常维护和系统检修方面的建议：

1)针对CFI和取水口不同堵塞情况完善预防措施。如针对拦污网堵塞：台风前清理周边海域杂物，防止台风期间因无法海上作业导致杂物堵塞拦污网；日常期间制定合理的清理频度；后续在台风、暴雨来临前，在取水口、粗格栅/细格栅、反冲洗排水渠等处进行杂物的彻底清理、检查；

2)针对小型海生物堵塞CFI鼓网：存储适当的CFI易损备件，保证CFI系统易损设备故障后能够及时恢复；对打捞专用工具进行完善修改、补充制作；利用大修检查CFI旋转鼓网网片情况，及时更换存在缺陷的网片；

3)对周边海域海生物进行系统性研究，定期取样分析，与相关领域的专业研究所建立技术合作，研发抑制海生物异常生长和入侵的技术措施，同时建立不明海生物入侵的预警机制。

结论根据世界核电运行的经验反馈，水生物侵袭（水草、水母、虾群、鱼群等）导致机组减载甚至跳机跳堆的事件曾多次出现，而我国近一年来先后发生多起的海生物入侵事件也表明类似事件将会越来越严重地影响着核电站的安全稳定运行。目前我国在此领域的研究还处于启蒙阶段，对于核电站周边水生物生长的机理及其随环境和气候迁徙的规律未展开系统性的研究，同时各电站也未能根据实际情况建立起针对性的应急预案。因此后续需要从生物、设备、运行和维护等多角度开展长期的基础性研究，以建立起一套成熟的针对各个核电站实际情况的冷源保障方案，从而确保核电站在发生类似事件的时候安全稳定的运行。

【注1】海地瓜生长区域遍及我国从北到南的近岸海域，属于棘皮动物，底栖动物，北方通常5/6/7月份繁殖，7/8/9月份快速生长，10月份回游海底并栖于底泥表面（约5cm，非深埋）。在回游前，属海水底部浮游状态。繁殖期内，大量排出的卵随洋流运动，孵化繁殖后会局部高密度浮游海水底部，待长大后栖于底泥生活（主要是软质底泥，其次沙泥）。对于棘皮动物，尤喜水产养殖的高营养底泥。在回游海底之前，小型海地瓜分部受风浪影响大，在漩涡水团的作用下会，会大量聚集一起。

参考文献:

[1]周永平，《宁德核电3号机组海生物涌入导致反应堆停堆事件报告》福建宁德2015-08-13

[2]雷胜，《运营事业部取水口海生物应对专题讨论会纪要》广东深圳,2015-08-12

作者简介

夏仕峰（1981.11-），男，安徽庐江人，华北电力大学电厂集控运行专业，工学学士，工程师，核电站反应堆高级操纵员，单位：福建宁德核电有限公司，研究方向：核电站运行管理及防人因失效。