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大修期间ES-1母线失电分析

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：刘畅

[导读] 摘要：AP1000的主交流电源系统为电厂堆芯余热和乏池衰变热导出等纵深防御功能提供电源，核岛中压母线失电情况下尽快恢复其电源对于保护核电厂的三道安全屏障具有积极的意义。

        （三门核电有限公司浙江省台州市 317100）
        摘要：AP1000的主交流电源系统为电厂堆芯余热和乏池衰变热导出等纵深防御功能提供电源，核岛中压母线失电情况下尽快恢复其电源对于保护核电厂的三道安全屏障具有积极的意义。本文通过分析大修过程中ES-1段母线失电时对下游负荷的影响和运行人员应采取的响应措施，并结合电厂配置给出一定的建议，对后续电厂大修期间处理母线失电事故具有一定的借鉴意义。
        关键字：主交流电源系统；母线失电；
        1概述
        相比于常规电厂的厂用电系统，AP1000供电系统中主交流电源系统为非安全相关的系统，不直接向安全相关的设备供电。而机组大修期间，由于核岛中压母线下负荷与功率运行时不同，可能存在满序列运行或因检修失去备用的情况，因此机组大修期间发生短时无法恢复的ES-1段母线故障会对机组三道安全屏障带来更大的挑战。
        2背景
        2.1我厂核岛中压母线存在的潜在风险
        从主交流电源系统移交生产至今，我厂核岛中压母线屡次出现诸如加热器小母线失电、共箱母线伴热电缆未投、共箱母线进水等情况。
        “鹦鹉”于6月14日成为2020年首次登陆我国的台风，且每年7、8月份都是台风天气最多的时候。根据运行经验，我厂于2019年超强台风“利奇马”期间发生核岛中压电气间漏水事件。因此，若大修时间安排在7~9月将极大可能与台风天气重合，增加对核岛中压母线可靠供电的威胁。
        ES-1及下游负荷
        ES-1段下主要负荷有厂用水泵A、设冷水泵A、高容冷冻机组A、启动给水泵A、化学和容积控制系统补水泵A。ES-1下游的LC则带载的是低容冷冻机A、高容冷冻机4A、安全壳再循环风机A/D、非1E级直流电和UPS系统1/3调压变压器、非1E级直流电和UPS系统1/3蓄电池充电器，稳压器比例电加热器、备用电加热器C，棒控电源机组A，以及与乏燃料池冷却最为重要的乏池冷却和净化泵A、正常余热排出泵A。如图1。

                                               图1
        由于大修不同阶段不同设备的运行状态有所不同，且常规岛相关设备此时已经停运且运行时能够实现失电自动切换备用，因此下面选取两个大修时间阶段，分析重要核岛负荷在运行时ES-1母线失电对机组运行的影响。
        2.2停堆冷却第二阶段
        ES-1段带载厂用水泵A、设冷水泵A，EK-13带载正常余热排出泵A和乏燃料池冷却泵A。在停堆冷却第二阶段，乏燃料池冷却系统A列运行用于乏燃料池冷却，正常余热排出泵A列投入运行，设冷水系统A/B和厂用水系统A/B两列投入运行，辅助进行一回路冷却。若正常余热排出系统辅助冷却一回路过程中发生ES-1失电，设冷水泵A和厂用水泵A中压电源泵跳闸，下游400V交流负荷中心带载的乏燃料池冷却泵A和正常余热排出泵A也会跳闸。
        乏燃料池冷却泵A电源位于EK-13段， A列用于乏燃料池的冷却，乏燃料池最小水层厚度的要求，不仅可以缓解燃料操作事故的影响，同样，在乏燃料水池冷却系统失效的情况下，还可以为乏燃料水池的冷却提供一个大容量的热阱。而当ES-1母线失电时，乏燃料池冷却系统泵A将失电导致不可用，乏燃料池失去冷却后温度将升高且蒸发加剧进而水位下降，为了避免违反运行限制条件乏燃料水池的水位要求高于贮存格架中乏燃料组件上端面至少7.01m的要求，必须立即采取措施启动备用的乏燃料池冷却系统B序列。
        由于备用的乏燃料池冷却泵B不会自动启动，必须由值班员现场进行阀门在线后启动，在此期间乏燃料池失去冷却，乏燃料池水的温度逐渐升高，液位逐渐下降，操纵员需要保持关注，必要时对乏燃料池进行充注。
        正常余热排出泵A电源位于EK-13段，正常余热排出系统提供一个非安全有关注射功能，当自动卸压系统触发后，将安全壳内换料水箱的水注射到反应堆冷却剂系统中。由于正常余热排出泵A失电停运后可以自动切换到备用的B序列运行，且在模式4下也没有相关技术规格书要求，因此对一回路的冷却影响较小。
        2.3堆芯无燃料模式
        按照大修关键路径计划，堆芯无燃料模式下将会进行设冷水泵一列疏水检修与厂用水系统一列疏水检修，运行的设冷水系统与厂用水序列失去备用，若此时ES-1母线失电，电厂将会失去所有的厂用水和设冷水系统序列，导致两列正常余热排出热交换器、乏燃料池冷却热交换器、高容冷冻机失去设备冷却水而不可用，进而对维持乏燃料水池温度与水装量带来挑战，对保持乏燃料的完整产生威胁。
        根据LCO 3.7.5规定，乏燃料水池水位应高出贮存格架中乏燃料组件上端至少7.01m的距离。ES-1失电导致全部乏燃料池冷却系统无法通过设冷水系统导出乏燃料衰变热，操纵员必须密切关注乏池水位和温度，可以通过化学和容积控制系统B列向乏燃料水池补水，保证乏燃料水池液位不会降低到技术规格书要求的限值以下。因为至少需要一台正常余热排出泵运行冷却乏燃料水池，此时只能选择通过消防水系统作为正常余热排出系统备用冷源运行提供乏池冷却。乏燃料容器装载井和乏燃料容器冲洗井作为安全水源备用，超设计基准事故下非能动安全壳冷却水储存箱提供乏池喷淋。
        建议可以采用将去往乏燃料池冷却热交换器的设冷水管道跨机组互联改造方案或者在厂区内增加小型闭式循环水系统的方案以保证乏燃料池冷却系统不会因为大修机组设冷水系统失效导致的丧失乏燃料池冷却。
        方案一使用运行机组设冷水系统为大修机组的部分设冷水系统用户提供冷却水，即通过三门核电一二号机组设冷水管道跨接的方式，实现运行机组供应设冷水系统冷却水为大修机组的乏燃料池冷却热交换器提供乏池冷源。跨接运行期间运行机组使用单台正常余热排出热交换器，检修机组可以使用2台乏燃料池冷却热交换器冷却乏池，即使发生大修机组两列设冷水泵不可用，乏燃料池冷却系统仍然可为乏池持续提供冷却而不必切换至正常余热排出系统提供备用冷源。
        方案二在厂区内增加小型闭式循环水系统由于是单独增加的冷却回路，在设冷水系统发生不可用时为乏燃料池冷却热交换器提供备用冷源。设备需要包括冷却塔、离心泵、波动箱以及相关管道。缺点造价相对较高，但是优势是不会对正常运行机组带来负担，更加安全可靠。
        2.4结论及改进建议
        机组大修期间如果时间上遇到台风天气，对设备稳定运行存在较大威胁，如果ES-1故障失电并无法短时恢复，在停堆冷却第二阶段与无燃料运行模式下都会带来不同的影响，尤其是对乏燃料衰变热导出影响最为严重。建议一，合理安排大修工期，尽量避开台风多发月份；建议二，一二号机组设冷水系统冷却水管道跨接改造，使冷水系统冷却水的乏燃料池冷却系统热交换器用户实现互为备用或者场内增设小型闭式循环水冷却系统提供备用冷源；建议三，梅雨台风季节安排专项检查，确保电气设备状态正常无凝露。