[科普中國(guó)]-緊急停堆

緊急停堆是指當(dāng)發(fā)生危及反應(yīng)堆安全的事件時(shí)，為減輕或防止危險(xiǎn)狀態(tài)，安全保護(hù)自動(dòng)動(dòng)作，使反應(yīng)堆立即停運(yùn)的動(dòng)作。AP1000保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)（PMS）正常響應(yīng)是保證反應(yīng)堆安全的必要條件。保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)為電廠在非正常狀態(tài)時(shí)提供監(jiān)視， 并在必要時(shí)觸發(fā)合適的安全相關(guān)功能，使反應(yīng)堆達(dá)到并維持在安全停堆狀態(tài)。反應(yīng)堆緊急停堆是保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能之一。

簡(jiǎn)介AP1000保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)（PMS）正常響應(yīng)是保證反應(yīng)堆安全的必要條件。保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)為電廠在非正常狀態(tài)時(shí)提供監(jiān)視， 并在必要時(shí)觸發(fā)合適的安全相關(guān)功能，使反應(yīng)堆達(dá)到并維持在安全停堆狀態(tài)。反應(yīng)堆緊急停堆是保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能之一。

AP1000特有的非能動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作而觸發(fā)的緊急停堆對(duì)秦山一期、二期核電廠不適用。同時(shí)AP1000與傳統(tǒng)核電廠在信號(hào)設(shè)置上有其它不同之處。

取消功率量程中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)一束或多束控制棒掉落事件是核電廠中等頻度事件，在傳統(tǒng)核電廠中，中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)可以在出現(xiàn)一束或多束控制棒落棒時(shí)為反應(yīng)堆提供保護(hù)，避免落棒影響，導(dǎo)致堆芯功率畸變，引起局部功率峰因子過高，損壞堆芯。在秦山一期、二期核電廠保護(hù)邏輯中都設(shè)置該信號(hào)，如秦山一期核電廠在功率量程中子通量負(fù)變化率過快時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)首先閉鎖提升控制棒，避免落棒期間因提棒導(dǎo)致功率畸變和功率超調(diào)，經(jīng)過延時(shí)后，如當(dāng)前實(shí)測(cè)核功率與之前貯存功率差值大于定值則會(huì)產(chǎn)生緊急停堆信號(hào)，但AP1000取消了該緊急停堆信號(hào)。

（1） AP1000無(wú)需設(shè)置中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)

根據(jù)AP1000最終安全分析報(bào)告技術(shù)規(guī)格書的要求：

a) 當(dāng)一束控制棒落棒時(shí)，如果當(dāng)在線功率分布監(jiān)視系統(tǒng)（OPDMS） 可運(yùn)行時(shí)能在8 h內(nèi)恢復(fù)控制棒的布置，或當(dāng)OPDMS不可運(yùn)行時(shí)能在1 h內(nèi)恢復(fù)控制棒的布置，那么電廠可以沒有限制地繼續(xù)運(yùn)行；

b) 在出現(xiàn)一束以上控制棒落棒（不是由快速降功率系統(tǒng)觸發(fā)的落棒） 時(shí)，需要在1 h內(nèi)確認(rèn)停堆深度滿足要求，并在6 h內(nèi)進(jìn)入模式3；

c) 對(duì)于由于快速降功率系統(tǒng)觸發(fā)導(dǎo)致多于一束控制棒落棒的情況，在OPDMS可運(yùn)行時(shí)要求6 h恢復(fù)落棒到失步極限內(nèi)，在OPDMS不可運(yùn)行時(shí)要求2 h內(nèi)進(jìn)入模式3。

因此，無(wú)論OPDMS是否可運(yùn)行，AP1000反應(yīng)堆都可以接受一束控制棒落棒沖擊而無(wú)需緊急停堆。

AP1000事故分析表明，對(duì)于同一子組任意一束或多束控制棒掉落，計(jì)算得到的最小DNBR滿足反應(yīng)堆熱工水力設(shè)計(jì)要求，所以反應(yīng)堆無(wú)需停堆也可滿足安全分析中的初始假設(shè)，因而AP1000無(wú)需設(shè)置功率量程中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)。

（2） AP1000不能設(shè)置中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)

為響應(yīng)汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)甩負(fù)荷事故，AP1000設(shè)置了快速降功率系統(tǒng)。對(duì)快速甩負(fù)荷工況應(yīng)采取快速降低核功率的方式，使熱功率下降到蒸汽排放系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)的水平。快速降功率系統(tǒng)觸發(fā)后，選定的若干組停堆棒組跌落至堆芯，反應(yīng)堆功率快速下降，最大可快速降低50%額定功率。在這種情況下如果AP1000設(shè)置了功率量程中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)，由于中子通量快速降低，會(huì)導(dǎo)致緊急停堆誤動(dòng)作。

（3） 不設(shè)置中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)的合理性

通過分析技術(shù)規(guī)格書和事故結(jié)果可以得出AP1000反應(yīng)堆可以接受控制棒落棒沖擊無(wú)需緊急停堆。而且由于AP1000反應(yīng)堆設(shè)置了快速降功率系統(tǒng)，如果設(shè)置“ 功率量程中子通量負(fù)變化率高” 緊急停堆信號(hào)將會(huì)造成緊急停堆誤動(dòng)作，因此取消“ 功率量程中子通量負(fù)變化率高” 緊急停堆信號(hào)是必要的1。

AP1000取消汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)（1）秦山一期二期核電廠汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)設(shè)置

一般在安全分析中都保守地不考慮“ 汽機(jī)停機(jī)”緊急停堆信號(hào)，但是汽機(jī)停機(jī)引起的反應(yīng)堆停堆提供了附加保護(hù)和保守性。因此，秦山一期、二期核電廠都設(shè)置了汽機(jī)停機(jī)觸發(fā)緊急停堆保護(hù)信號(hào)。

秦山一期核電廠汽機(jī)停機(jī)引發(fā)緊急停堆聯(lián)鎖信號(hào)為P7 （ 核功率大于10%或汽機(jī)功率大于10%） 。P7存在時(shí)，即核功率或汽機(jī)功率大于10%時(shí)，汽機(jī)緊急停機(jī)將導(dǎo)致反應(yīng)堆緊急停堆。秦山二期核電廠的緊急停堆聯(lián)鎖信號(hào)更復(fù)雜。當(dāng)P16存在（ 核功率大于30%） 時(shí)，如果汽機(jī)緊急停機(jī)且凝汽器不可用，那么立即觸發(fā)緊急停堆； 如果凝汽器可用，延時(shí)1 s后，汽機(jī)旁排系統(tǒng)仍無(wú)動(dòng)作，那么觸發(fā)緊急停堆。

（2） AP1000取消汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)可能導(dǎo)致的問題

AP1000并未設(shè)置汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)。在汽機(jī)旁排系統(tǒng)可用時(shí)，滿功率下汽機(jī)緊急停機(jī)后，額定負(fù)荷中的50%由快速降功率系統(tǒng)補(bǔ)償，40%由汽機(jī)旁排系統(tǒng)排放，10%由棒控系統(tǒng)補(bǔ)償，大氣釋放閥補(bǔ)償約13%，可以滿足功率分配的要求且還有13%的裕量，因此主蒸汽安全閥無(wú)須動(dòng)作。但是，如果在汽機(jī)緊急停機(jī)的同時(shí)汽機(jī)旁排系統(tǒng)被閉鎖，或汽機(jī)旁排系統(tǒng)出現(xiàn)拒動(dòng)故障時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致40%的負(fù)荷無(wú)法釋放，這種情況下，汽機(jī)滿功率緊急停機(jī)的瞬間，將有約27%額定功率的能量無(wú)法釋放，主蒸汽安全閥將會(huì)開啟。

在停機(jī)不停堆情況下，需進(jìn)入異常運(yùn)行規(guī)程AOP332 （停機(jī)未停堆） 。在AOP332中要檢查主蒸汽安全閥狀態(tài)，如果已開啟，那么需要手動(dòng)緊急停堆。在出現(xiàn)滿功率緊急停機(jī)且汽機(jī)旁排系統(tǒng)不可用的情況時(shí)，雖然不會(huì)自動(dòng)緊急停堆，但由于安全閥已動(dòng)作仍需手動(dòng)緊急停堆。為避免主蒸汽安全閥不必要開啟，延長(zhǎng)主蒸汽安全閥的使用壽命（ 設(shè)計(jì)規(guī)格書中規(guī)定主蒸汽安全閥在使用壽命內(nèi)可以開合300次） ，可以考慮增設(shè)汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)。

（3）AP1000汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)設(shè)想

秦山一期核電廠保護(hù)設(shè)計(jì)偏保守，在核功率或汽機(jī)功率大于10%額定功率時(shí)，汽機(jī)停機(jī)會(huì)觸發(fā)緊急停堆。在10%額定功率時(shí)，反應(yīng)堆還有很大安全裕量。保守的設(shè)計(jì)可能造成不必要停堆，降低核電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。與秦山一期核電廠相比，秦山二期核電廠保護(hù)設(shè)置考慮更多因素，可以作為AP1000增設(shè)汽機(jī)停機(jī)緊急停堆信號(hào)的參考。

在汽機(jī)旁排系統(tǒng)可用時(shí)，不會(huì)觸發(fā)緊急停堆。在汽機(jī)旁排系統(tǒng)不可用時(shí)，如果核功率小于50%額定功率，由汽機(jī)旁排系統(tǒng)以外的手段可以帶出反應(yīng)堆的熱量，并有一定裕量，所以不需要緊急停堆。在汽機(jī)旁排系統(tǒng)不可用時(shí)，如果核功率大于50%額定功率，為保證反應(yīng)堆安全觸發(fā)緊急停堆。

主泵軸承水溫度高先觸發(fā)停堆后觸發(fā)停泵（1）秦山一二期核電廠針對(duì)主泵冷卻不足的保護(hù)設(shè)置

在秦山一期、二期核電廠分別設(shè)置“ 軸承水控制泄漏流溫度高” 和“ 電動(dòng)機(jī)軸承和止推軸承溫度高”自動(dòng)停泵信號(hào)。這些信號(hào)反映了主泵因冷卻不足或自身故障導(dǎo)致軸承或冷卻水溫度升高，為保護(hù)主泵，故障主泵斷路器緊急跳閘，然后主泵斷路器緊急跳閘信號(hào)觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆（低功率下緊急停堆信號(hào)被閉鎖情況除外） 。

（2）AP1000主泵軸承水溫度高緊急停堆信號(hào)設(shè)置的特點(diǎn)

AP1000主泵軸承水溫度高說明主泵設(shè)冷水不足，為避免損壞主泵，必須緊急停泵。但是，AP1000核電廠在該保護(hù)設(shè)置上與秦山一期、二期核電廠不同，AP1000核電廠在觸發(fā)緊急停泵之前，首先觸發(fā)緊急停堆，緊急停堆信號(hào)發(fā)出后經(jīng)過延時(shí)再觸發(fā)緊急停泵。軸承水溫度高保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值的整定考慮了主泵在經(jīng)過延時(shí)后再停運(yùn)，不會(huì)對(duì)主泵造成不可接受的后果。而且，一臺(tái)主泵跳閘后，另外三臺(tái)正在運(yùn)行的主泵會(huì)導(dǎo)致已跳閘主泵倒轉(zhuǎn)，可能使主泵損壞，因此任何一臺(tái)軸承水溫度高將導(dǎo)致四臺(tái)主泵全部跳閘。

（3） AP1000主泵軸承水溫度高緊急停堆信號(hào)設(shè)置的優(yōu)勢(shì)

秦山一期、二期核電廠先觸發(fā)停泵，然后由主泵跳閘信號(hào)觸發(fā)緊急停堆。這種情況下，會(huì)導(dǎo)致緊急停堆過程中出現(xiàn)喪失部分冷卻劑、強(qiáng)迫循環(huán)的情況，不利于導(dǎo)出反應(yīng)堆內(nèi)熱量。與秦山一期、二期核電廠相比，AP1000“ 主泵軸承水溫度高” 緊急停堆信號(hào)是一種前瞻性的保護(hù)信號(hào)，是基于對(duì)主泵跳閘預(yù)期的緊急停堆，可以在主泵停運(yùn)前實(shí)現(xiàn)緊急停堆。在主泵仍運(yùn)行情況下緊急停堆，可以避免在緊急停堆過程中出現(xiàn)部分喪失反應(yīng)堆冷卻劑強(qiáng)迫循環(huán)的情況發(fā)生，加快帶出反應(yīng)堆內(nèi)熱量，保證反應(yīng)堆安全。

總結(jié)通過對(duì)比AP1000和秦山一期、二期核電廠緊急停堆信號(hào)，可以發(fā)現(xiàn)三者多數(shù)保護(hù)信號(hào)相同或類似，這反映了不同堆型保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置的一致性。為保證三道安全屏障的完整性，各堆型的反應(yīng)堆緊急停堆信號(hào)選擇中都關(guān)注了反應(yīng)堆啟動(dòng)過程、超功率、堆芯熱量帶出、反應(yīng)堆超壓、喪失二回路熱阱、二回路給水隔離等方面。

AP1000與其它堆型存在一定區(qū)別： 主泵軸承水溫度高時(shí)，先緊急停堆延時(shí)后再緊急停泵； 未設(shè)置功率量程中子通量負(fù)變化率高緊急停堆信號(hào)和緊急停機(jī)觸發(fā)停堆信號(hào)等。AP1000核電廠未設(shè)置緊急停機(jī)觸發(fā)停堆信號(hào)可以減少不必要停堆，但在汽機(jī)旁排系統(tǒng)不可用時(shí)，可能導(dǎo)致主蒸汽安全閥動(dòng)作，加大了對(duì)反應(yīng)堆安全的挑戰(zhàn)，影響主蒸汽安全閥使用壽命，所以可以考慮增加汽機(jī)緊急停機(jī)觸發(fā)緊急停堆信號(hào)1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)