核电厂二次侧排热增加下SOPs的开发方法

核电厂二次侧排热增加下SOPs的开发方法

张喆李兆生成靖房菲

中国核电工程有限公司采购中心北京100840

摘要：本论文对基于征兆的核电厂操作规程的开发方法进行了研究，选取二次侧排热增加这一初因事件作为操作规程的研究对象，通过分析初因事件的可能引起原因，确定模拟机需要模拟的范围及方法，明确需要观测的序列情况。通过该方法，可以有效模拟事故情况，为恢复安全状态功能提供主要的操纵员操作方式，可以有效的指导操纵员进行规程动作，从而降低人因误操作。

关键词：基于征兆的核电厂操作规程的开发方法；二次侧排热增加

1.简介

三哩岛事故之后，研究人员发现以往的基于事件的操作规程根据单一事件进行定义，无法提供未知事故、多种事故并发等复杂的异常运行情况处理规程，致使操纵员因缺乏指导而无法执行正确操作或引发人为误操作，致使情况进一步恶化。因此，各国都开始积极开发新的规程方法，提出了新的操作规程，即基于征兆/状态的操作规程SOPs（Sympotom/StateBasedEmergencyOperatingProcedures）。

SOPs依靠持续不断地监测核电厂的物理状态参数，诊断核电厂的运行状态，每一个可监测的物理状态参数的既定状态即是一个征兆信号。在异常状态出现时，SOPs无需诊断出具体的事件序列，以确保电厂安全运行的三道屏障的完整性为最终目标，指导操纵员进行相应操作，从而在有限的时间内，尽可能的把反应堆导向新的安全状态，降低事故后果。

本文针对二次侧排热增加这一初因事件介绍SOPs的开发方法，为电厂开发SOPs规程提供依据。

2.SOPs的开发方法

2.1SOPs目标及安全功能

SOPs的目标是通过监测电厂参数、诊断异常征兆信号，提示异常情况下的执行规程，以确保核电厂运行的三道安全屏障（燃料元件、一回路承压边界、安全壳）的完整性。针对三道屏障的保护提出安全功能这一概念，即通过保护相应的安全功能就能确保三道屏障的完整，安全功能的划分能够涵盖所有的核电厂参数，监测电厂所有的运行状态，普遍的方法是划分以下六项安全功能：

1、次临界度（确保燃料结构完整性）；

2、堆芯冷却（确保燃料元件或结构的完整性）；

3、主冷却剂装量（确保一回路承压边界的完整性）；

4、二次侧水装量（确保一回路热量导出正常，保护燃料元件、一回路承压边界等）；

5、二次侧完整性（确保一回路承压边界的完整性）；

6、安全壳完整性（确保安全壳的完整性，防止放射性物质泄漏到环境中的最后一道防线）。

参数是否波动异常，能够反映出六项安全功能是否正受到威胁。表2.1给出三道安全屏障、六项安全功能和可监测的电厂参数之间的关系。

表2.1.安全屏障、安全功能及电厂参数间关系表

2.2SOPs制定规则

制定SOPs的详细步骤如下：

1、确定SOPs处理的电厂运行状态；

2、分析事件/事故。包括分析事故下电厂运行特性和安全功能的可能威胁（事件/事故发生后，安全功能被破坏的可能情况），帮助划分规程开发的范围及确定规程入口；

3、确定征兆信号。通过事件/事故分析，针对不同的运行模式，提取过程中的影响安全功能的电厂可监测的运行参数，作为征兆信号。

4、考虑规程优先级别，确定状态功能的优先级别。方法是考虑事件发生后的最坏情况，即当这一情况发生时，直接转入此情况的处理规程中，同时安全设备的优先级也可以帮助确定规程动作的先后顺序，如燃料元件是最重要的屏障，因此不论什么原因引起的次临界度的变化，都要首先对控制棒等反应性控制方法进行操作；

5、考虑某一安全功能恢复操作执行后，对其他安全功能的影响。因为，独立安全功能之间有一定影响，考虑某个独立的安全功能操作后对其他安全功能的影响，并制定针对某一影响的规程。例如，在SGTR事故中，高压安注启动用来维持堆芯堆芯冷却和主冷却剂装量，但是同时可能造成SG水装量异常；

6、根据对状态功能的控制，确定所有必要的安全功能恢复策略以达到控制反应堆状态的目的。以可监测的电厂参数为规程入口，根据电厂实际运行情况中设备/系统的动作要求，提出恢复安全功能的规程（如果所使用的正常系统不可用，必须根据优先级别启用辅助设施）；

7、SOPs方法的验证。需采取全范围仿真机验证方法，以编程实现规程的参数监测、逻辑判断及界面显示，其中界面尽量从考虑有效协助操纵员的角度设计。

2.3开发SOPs的假设

SOPs开发的四点假设如下：

1、假设电厂运行在带功率运行模式下；

2、假设电厂内所有系统/设备运转正常，安全保护系统投入迅速；

3、不考虑多种事故的搅浑情况；

4、不存在人因误操作。

3.二次侧排热增加事件分析

二次侧排热增加事件是美国核管会1975年颁布的《轻水堆核电厂安全分析报告标准格式和内容》的安全分析报告中提到的典型初因事件。核电厂二次侧排热增加是指二回路系统引起的排热增加。可能由以下五种事故引起：

1、给水系统故障导致给水温度降低；

2、给水系统故障导致给水流量增大；

3、蒸汽流量增大；

4、SG的一个卸压阀或安全阀的意外开启；

5、压水堆蒸汽系统安全壳内外各种蒸汽管道破裂。

以上五个事故之中的任意一个事故发生，都可以导致二回路排出的热量增加。

4.几种事故情况模拟方案

根据SOPs的开发规则，分别针对以下事故以压水堆核电厂二次侧排热增加事件为方法研究对象，进行模拟机模拟分析：

（1）给水流量增加事故：假设一台蒸汽发生器（SG1）给水主调节阀控制系统失灵、故障或手动误操作，导致进入SG1的给水流量增加，并且事故发生的过程中，没有其他事故引入。

（2）蒸汽流量增加事故：假设SG1蒸汽管道上的大气释放阀控制系统失效，导致自动开启或故障不能关闭，致使SG1出口蒸汽流量突然增大，并且事故发生的过程中，没有其他事故引入。

（3）给水流量增加并发蒸汽流量增加事故：假设SG1给水主调节阀控制系统失灵、故障或手动误操作，导致进入SG1的给水流量增加；同时SG1蒸汽管道上的大气释放阀控制系统失效，导致自动开启或故障不能关闭。

观测以上模拟情况中，汽轮机负荷变化、蒸汽总量变化、SG1、第二台蒸汽发生器（SG2）给水流量及蒸汽流量变化、堆芯功率及SG水位变化等，观察报警信号情况，并记录分析。

通过观测结果，采用计算机编程对事故干预过程进行分析验证，进而得出有效判断，并制定出合理的规程用于指导操作员的操作。

6.结论

基于征兆的核电厂操作规程的开发方法，以确保核电厂运行的三道安全屏障为目标，能够通过模拟机通过对电厂参数、诊断异常征兆信号的检测，针对特定核电厂事故事件进行模拟，并通过计算机编程计算实现事故干预过程的分析验证，从而有效地指导操纵员进行规程动作，尽可能的把反应堆导向新的安全状态，降低事故后果，降低人因误操作。