“華龍一號(hào)”機(jī)組48 V A列直流電源失電事故研究

徐 鵬，王小林,炊曉東，劉傳武，倪小帥

(核動(dòng)力運(yùn)行研究所，湖北 武漢 430000)

“華龍一號(hào)”核電機(jī)組的直流系統(tǒng)按電壓等級(jí)分為220 V、110 V和48 V直流電源和配電系統(tǒng)。直流系統(tǒng)向所有的控制和信號(hào)系統(tǒng)及通過(guò)直流/交流逆變器向不間斷的220 V交流系統(tǒng)供電。直流電源的失去可能導(dǎo)致核電機(jī)組停堆停機(jī)甚至重要設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，核電機(jī)組配置有相應(yīng)的失電處理程序來(lái)應(yīng)對(duì)直流電源失去的事故。

核電機(jī)組調(diào)試過(guò)程中的失電試驗(yàn)是核電廠對(duì)失電處理程序進(jìn)行驗(yàn)證的唯一窗口。失電試驗(yàn)內(nèi)容幾乎涵蓋核電廠核島及常規(guī)島主要系統(tǒng)及設(shè)備的動(dòng)作，目的在于驗(yàn)證在失去重要電源后各系統(tǒng)狀態(tài)與設(shè)計(jì)是否相符，機(jī)組是否處于安全可控狀態(tài)；同時(shí)也驗(yàn)證、生效運(yùn)行事故處理規(guī)程，培養(yǎng)、提高運(yùn)行人員在事故情況下的處理能力。本文依據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)、制造文件分析A列48 V直流電源失去后，相應(yīng)儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)是否正確或者實(shí)現(xiàn)的功能是否合理，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析并給出合理化修改建議，對(duì)可能影響事故后運(yùn)行干預(yù)操作成功率的情形給出操作提醒或建議。

1 48 V A列直流電源(ECA)失電研究

1.1 總體研究思路

在ECA失電研究過(guò)程中，根據(jù)ECA下游負(fù)荷，首先統(tǒng)計(jì)由ECA提供控制電源的主要負(fù)荷類型，依次分析各類型負(fù)荷在失去ECA后會(huì)產(chǎn)生的影響，并列出表格統(tǒng)計(jì)主要工藝系統(tǒng)中受到影響的設(shè)備在機(jī)組正常運(yùn)行和ECA失電事故下的狀態(tài)，及ECA失電對(duì)其可能產(chǎn)生的影響。其次，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的表格，全面分析總結(jié)各主要工藝系統(tǒng)在ECA失去時(shí)受影響的功能及對(duì)機(jī)組可能產(chǎn)生的影響。最后，歸納ECA失電對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的主要風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析并給出合理化修改建議。

1.2 ECA失電對(duì)下游負(fù)荷的影響分析

從ECA下游負(fù)荷清單可以看出，ECA下游重要負(fù)荷主要包括以下五種類型：

1)A列停堆斷路器控制屏RPA001TB和控制棒電源柜RRS001/002/003TB；

2)DCS的中間繼電器機(jī)柜(RK機(jī)柜)，即電磁閥配電柜；

3)給電動(dòng)閥門供電的380 V交流配電盤；

4)48 V/110 V直流及220 V交流/直流電源系統(tǒng)配電盤；

5)穩(wěn)壓器電加熱器RCS001/002/003/004/005RS。

圖1 ECA系統(tǒng)電氣單線圖Fig.1 Single line diagram of the ECA system

1.2.1 ECA失電對(duì)停堆斷路器的影響分析

ECA為A列停堆斷路器控制屏RPA001TB提供控制電源，RPA001TB主母線包括RPA011/012/013/014/015TB五個(gè)母線柜，分別對(duì)應(yīng)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源進(jìn)線、停堆斷路器RPA100JA、停堆斷路器RPA200JA、停堆斷路器RPA101JA、停堆斷路器RPA201JA。RPS有四個(gè)通道，每個(gè)通道的跳堆信號(hào)驅(qū)動(dòng)2個(gè)斷路器。

每個(gè)停堆斷路器都由110 V和48 V直流電源作為其控制電源，110 V DC電源主要為得電合閘線圈、得電分閘線圈和儲(chǔ)能電機(jī)提供工作電源，48 V DC電源主要為失電分閘線圈和中間繼電器提供工作電源。當(dāng)110 V DC電源失去時(shí)，停堆斷路器不會(huì)自動(dòng)分閘。造成的影響是，主控制盤不可以單獨(dú)對(duì)某個(gè)停堆斷路器進(jìn)行得電分閘的遠(yuǎn)程操作，但是對(duì)于反應(yīng)堆保護(hù)通道的停堆信號(hào)以及緊急控制盤上的停堆按鈕，功能正常，可通過(guò)使失電分閘線圈48 V電源斷開的方法，使停堆斷路器跳閘。因此可以得出，如果ECA失電，A列停堆斷路器RPA100/101/200/201JA打開，根據(jù)4取2的原則，反應(yīng)堆停堆，觸發(fā)P4信號(hào)。

1.2.2 ECA失電對(duì)氣動(dòng)閥的影響分析

通過(guò)查詢氣動(dòng)閥的邏輯圖和DCM-硬件接口圖，可以統(tǒng)計(jì)出由ECA供電的氣動(dòng)閥的所屬類型，如表1所示。

表1 ECA供電的氣動(dòng)閥類型Table 1 Types of pneumatic valve powered by ECA

圖2是AOV1-1型氣動(dòng)閥的控制原理圖。FUM210為功能模塊，接收DCS控制信號(hào)。ALA為DCS輸出信號(hào)(關(guān)閉命令)，IRC為中間繼電器機(jī)柜(IRC機(jī)柜)。中間繼電器機(jī)柜由48 V直流電源供電，中間繼電器是DCS信號(hào)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(電磁閥)的中間橋梁，DCS信號(hào)輸出24V直流電加載到相應(yīng)中間繼電器的線圈上，使得相應(yīng)觸點(diǎn)閉合或斷開，從而接通或斷開電磁閥48 V回路，控制相應(yīng)設(shè)備。在中間繼電器機(jī)柜中，完成DCS輸出信號(hào)24V直流和電磁閥48 V回路的轉(zhuǎn)化。當(dāng)功能模塊將關(guān)閉命令輸入繼電器機(jī)柜時(shí)，電磁閥的動(dòng)力電源接通，電磁閥通電，1-2接通，壓縮空氣給氣動(dòng)閥供氣，閥門關(guān)閉。在電磁閥失電時(shí)，2-3接通，壓縮空氣排入大氣，閥門開啟。當(dāng)ECA失電，由其控制的相關(guān)氣動(dòng)閥無(wú)法由DCS信號(hào)控制，相應(yīng)的電磁閥失電，閥門處于安全狀態(tài)。根據(jù)氣動(dòng)閥的控制原理圖可以分析得出其他類型氣動(dòng)閥門失電后的安全位置，如表1所示。

1.2.3 ECA失電對(duì)電動(dòng)閥的影響分析

ECA的下游負(fù)荷中包含很多380 V配電盤。通過(guò)查詢380 V配電盤的二次接線圖可知，ECA為380 V母線下游的CFI型接觸器提供48 V直流控制電源，這些可逆控制的接觸器用于電動(dòng)閥門的供電。

以ECA下游負(fù)荷EEA為例進(jìn)行說(shuō)明，圖3為EEA下游電動(dòng)閥的二次接線圖。380 V交流電源為該電動(dòng)閥提供動(dòng)力電源，001JA合閘時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，閥門開啟；002JA合閘時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，閥門關(guān)閉。從圖3中可以看出，110 V直流控制電源作為低壓開關(guān)設(shè)備的操作電源給001/002JA的控制線圈供電，48 V直流控制電源為閥門升降邏輯的運(yùn)算電路供電。以主控室控制電動(dòng)閥開啟為例(假設(shè)閥門處于全關(guān)狀態(tài))，當(dāng)通過(guò)DCS發(fā)出閥門開啟信號(hào)時(shí)，001XR帶電，5-6觸點(diǎn)閉合，使得001XO帶電，5-6觸點(diǎn)閉合，從而給001JA的控制線圈通電，001JA合閘，閥門開啟。

圖2 AOV1-1型氣動(dòng)閥的控制原理圖[3]Fig.2 Control schematic of the AOV1-1 pneumatic valve[3]

圖3 EEA下游電動(dòng)閥的二次接線圖(部分)[2]Fig.3 Secondary wiring of the electric valve downstream of EEA (Part)[2]

因此，從二次圖上可以看出，失去ECA不僅從主控室無(wú)法控制電動(dòng)閥，而且現(xiàn)場(chǎng)電氣柜也無(wú)法用試驗(yàn)盒操作，閥門保持原位，只能手動(dòng)操作。電動(dòng)閥抽屜失去就地監(jiān)控，主控室產(chǎn)生失去48 V電源報(bào)警。

1.2.4 ECA失電對(duì)其他負(fù)荷的影響分析

當(dāng)ECA失電時(shí)，配電盤就地報(bào)警指示燈不可用，逆變器交直流側(cè)斷路器分合閘指示燈、故障指示燈電源失去，就地?zé)o法監(jiān)視開關(guān)狀態(tài)。電壓監(jiān)測(cè)繼電器無(wú)法工作，主控失去監(jiān)視。

當(dāng)ECA失電時(shí)，無(wú)法通過(guò)DCS信號(hào)控制電加熱器RCS001/002/003/004RS的啟動(dòng)，但可以通過(guò)試驗(yàn)盒啟動(dòng)電加熱器。RCS005RS在失去48 V DC電源后，在主控室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)盒都無(wú)法啟動(dòng)。單純從技術(shù)規(guī)范可用性定義考量，RCS001/002/003/004/005RS均為不可用狀態(tài)。

1.3 ECA喪失對(duì)機(jī)組的影響

通過(guò)以上分析，可以明確ECA喪失之后機(jī)組總體供電情況及相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)，可知ECA失電對(duì)機(jī)組的影響主要體現(xiàn)在氣動(dòng)閥和電動(dòng)閥的運(yùn)行控制所受的影響，據(jù)此可以統(tǒng)計(jì)出各系統(tǒng)在失去ECA后具體受影響的閥門或者設(shè)備清單，之后可以全面開展設(shè)備失效對(duì)機(jī)組影響的研究工作。ECA失電對(duì)機(jī)組影響的分析結(jié)論(部分)如表2所示。

表2 ECA失電對(duì)機(jī)組的影響Table 2 Influence of ECA power loss on unit

通過(guò)上述ECA失電分析結(jié)論可知，ECA失電對(duì)于機(jī)組運(yùn)行控制產(chǎn)生不利的影響，機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制要點(diǎn)建議歸納總結(jié)如下。

1)一回路壓力控制

穩(wěn)壓器電加熱器RCS001/002/003/004/005RS無(wú)法控制，主控室控制升壓的手段只剩下RCS006RS；穩(wěn)壓器噴淋調(diào)節(jié)閥RCS001/002VP處于調(diào)節(jié)模式且調(diào)節(jié)功能可用，但在穩(wěn)壓器壓力低2時(shí)無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉。如果一回路壓力下降，由于RCS001/002VP無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉，則壓力低可能導(dǎo)致安注的風(fēng)險(xiǎn)增加。當(dāng)一回路處于單相水實(shí)體時(shí)，由于RCV下泄隔離，RHR-RCV連接隔離，會(huì)導(dǎo)致RCV013VP對(duì)一回路的壓力調(diào)節(jié)功能喪失，一回路存在超壓風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：將RCS001VP和RCS002VP置手動(dòng)，對(duì)一回路進(jìn)行降壓。當(dāng)一回路處于單相水實(shí)體時(shí)，應(yīng)盡快停運(yùn)上充泵和主泵，并啟動(dòng)低壓安注泵，把一回路壓力穩(wěn)定在低壓安注泵出口壓力水平。

2)一回路壓力保護(hù)

穩(wěn)壓器A列安全閥組(RCS017/020VP、RCS018/021VP)無(wú)法手動(dòng)強(qiáng)制開啟，并且RCS020/021VP的低溫超壓保護(hù)功能也不能實(shí)現(xiàn)，在安注的事故情況下，余熱排出系統(tǒng)(RHR)自動(dòng)隔離，RHR系統(tǒng)安全閥不能為一回路提供低溫超壓保護(hù)功能，此時(shí)一回路低溫超壓保護(hù)功能全部失去，一回路有脆性斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：通過(guò)安全閥RCS019VP實(shí)現(xiàn)一回路低溫超壓保護(hù)功能。

3)一回路水位控制

正常下泄、低壓下泄和過(guò)剩下泄功能不可用；上充泵入口排氣管線隔離閥關(guān)閉，長(zhǎng)期運(yùn)行可能造成泵汽蝕損壞，進(jìn)而失去上充功能?；瘜W(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)A列泵無(wú)法從換料水箱(IRWST)取水。失電后下泄失去，只剩上充，一回路液位會(huì)很快上升，有穩(wěn)壓器滿水的風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：為防止穩(wěn)壓器滿水，ECA失電后操縱員及時(shí)關(guān)閉RCV050VP，并減小軸封注入流量。

4)反應(yīng)性控制

自動(dòng)補(bǔ)給、正常硼化、稀釋均不可用，停堆之后的硼化手段為直接硼化和應(yīng)急硼化，有引入負(fù)反應(yīng)性不足的風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：停止RBM的水泵，防止誤稀釋。通過(guò)RBM直接硼化引入負(fù)反應(yīng)性。

5)一回路余熱排出

ECA失電后TSM疏水閥開啟，若主蒸汽隔離閥不及時(shí)關(guān)閉，會(huì)導(dǎo)致大量蒸汽排出，同時(shí)TFA氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開，SG給水流量增加，一回路存在過(guò)度冷卻的風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：為防止一回路過(guò)冷，ECA失電后操縱員立即使用快關(guān)按鈕關(guān)閉主蒸汽隔離閥；TFA氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開后及時(shí)復(fù)位，然后調(diào)整至初始開度。

6)冷源

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(WCC)頭箱補(bǔ)水閥自動(dòng)開啟無(wú)法關(guān)閉，頭箱有溢流風(fēng)險(xiǎn)。A列閥門失去控制，A列公共環(huán)路隔離閥自動(dòng)開啟無(wú)法關(guān)閉，如果B列的公共環(huán)路隔離閥也是開啟的，則WCC的A/B列有相互串水的風(fēng)險(xiǎn)。核島冷凍水系統(tǒng)(WNC)的冷卻水失去，冷凍機(jī)組停運(yùn)，重要負(fù)荷有因?yàn)闇囟雀叨鴵p壞的風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：WCC/WES的A/B列切換時(shí)，主控室無(wú)法隔離A列，及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)操作員配合。

7)蒸汽發(fā)生器水位控制

主給水系統(tǒng)隔離，輔助給水系統(tǒng)(TFA)啟動(dòng)，A列給水流量調(diào)節(jié)閥全開，A列汽動(dòng)泵進(jìn)汽閥全開，且均無(wú)法控制，若干預(yù)不及時(shí)，則存在把蒸汽發(fā)生器灌滿的風(fēng)險(xiǎn)。

控制要點(diǎn)建議：TFA氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開后及時(shí)復(fù)位，然后調(diào)整至初始開度。

1.4 優(yōu)化建議

通過(guò)上述ECA失電研究發(fā)現(xiàn)，ECA失電時(shí)機(jī)組運(yùn)行控制風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多。通過(guò)對(duì)ECA失電后設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，可以提高事故處理的安全性及可靠性。例如，機(jī)組某些重要閥門的安全位置可供優(yōu)化：

①ECA失電導(dǎo)致RCV082VP關(guān)閉，下泄隔離，在一回路水實(shí)體時(shí)很容易超壓。如果將RCV310VP改為失電開啟，低壓下泄不會(huì)隔離，在一回路水實(shí)體時(shí)，可以利用低壓下泄和上充來(lái)控制一回路壓力，一回路超壓風(fēng)險(xiǎn)降低。

②RHR013/024VP在ECA失電時(shí)保持原位，無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，失去RHR A列流量調(diào)節(jié)，影響RHR冷卻速率。在需要改變閥門開度時(shí)，只能在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。可以改為失電后可調(diào)節(jié)狀態(tài)，類似穩(wěn)壓器噴淋閥RCS001/002VP，改進(jìn)后可以在主控室調(diào)節(jié)RHR013/024VP的閥門開度，不影響對(duì)一回路的冷卻速率。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)ECA失電分析，總結(jié)了失電對(duì)機(jī)組控制的影響，歸納了ECA失電的風(fēng)險(xiǎn)，得出“華龍一號(hào)”機(jī)組ECA失電的結(jié)論。這些研究方法適用于所有直流失電。ECA失去后將導(dǎo)致機(jī)組停堆停機(jī)、電動(dòng)閥門無(wú)法操作、氣動(dòng)閥門處于安全位置等相關(guān)動(dòng)作。通過(guò)上述分析，梳理了ECA失電對(duì)“華龍一號(hào)”核電機(jī)組主要工藝系統(tǒng)的影響，歸納總結(jié)了機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制要點(diǎn)建議，并提出了ECA失電后設(shè)備狀態(tài)優(yōu)化建議，有助于運(yùn)行人員對(duì)失電事故程序的理解和應(yīng)用，提高對(duì)機(jī)組的控制能力。

致謝

本文研究成果基于核動(dòng)力運(yùn)行研究所研究課題——“‘華龍一號(hào)’失電研究”，研究過(guò)程中得到福清核電“華龍一號(hào)”項(xiàng)目相關(guān)專家的大力支持及指導(dǎo)，在此對(duì)他們致以誠(chéng)摯的感謝。