核电厂丧失厂外电的经验反馈

焦 峰，侯秦脉，车树伟（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

核电厂丧失厂外电的经验反馈

焦 峰，侯秦脉，车树伟
（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

核电厂厂用电系统的功能是为核电厂设施提供安全可靠的电源，核电厂供电安全对核安全至关重要。福岛第一核电厂就是在丧失厂用电及最终热阱的情况下发生了严重的核事故。厂用电系统具备两列相互独立的厂外电源作为工作电源和辅助电源。文章通过收集国内外运行核电厂丧失厂外电事件，对运行核电厂丧失厂外电的机组状态、事件发生原因进行了分析，提出了应对厂外电失效的改进措施和建议。

丧失厂外电源；运行经验反馈

1 核电厂厂用电系统设计要求

厂用电系统的主要功能是在正常或事故工况下，为核电厂的附属设备提供安全可靠的电源，并为与核安全相关的系统和设备提供应急电源，以保证核电厂的安全运行。

核电厂输电系统将发电机所产生的电力通过主变压器输送给电网，并通过降压变压器输送给厂用电设备。主变压器将发电机与主开关站相连，并通过主开关站与电网相连。

在正常运行条件下，所有附属设备配电系统由机组母线经过厂用变压器供电。该母线在机组运行时，由核电厂发电机供电；而当发电机停运时，则由超高压电网经过主变压器降压供电。如果母线失去电源或者失去厂用变压器，则由电网辅助电源经辅助变压器向核电厂供电。如果主电源和辅助电源均失去，即丧失全部厂外电（LOOP）时，则由应急柴油发电机组向核安全相关系统供电。若应急柴油发电机也失效则核电厂进入全厂断电（SBO）事故状态[1]。

2 我国运行核电厂丧失厂外电事件

运行核电厂厂外电源由输电电网提供，涉及输电电网、开关站、厂内输变电设备等多个电气系统，由于系统故障导致核电厂丧失厂外电的事件时有发生。文章通过对1991—2012年我国核电厂运行事件的调研以及参考电厂的反馈资料，收集到13起与丧失厂外电源有关的运行事件。按机组状态可划分为以下4种工况：功率运行、正在停堆、换料/维修、正在启动。其中功率运行5起，占38.5%；正在停堆1起，占7.6%；换料/维修5起，占38.5%；正在启动2起，占15.4%，如图1所示。

图1 丧失厂外电按机组状态分类Fig.1 Plant status when lose of offsite power supply

核电厂机组大部分时间处于功率运行状态，在该工况下发生丧失厂外电事故将导致机组降功率至带厂用电运行模式，严重的事件将迫使机组进入停机停堆状态，对核电厂经济性及安全性构成威胁。尽管换料/维修状态在核电厂运行周期中所占时间较短，但换料/维修状态下发生丧失厂外电事件与功率运行状态比例相当。换料/维修过程中包含电气设备检修及定期试验，在试验过程中由于人因失误导致偏离试验程序或风险分析、预防措施不到位，容易触发外电网跳闸。例如在“秦山一期2P59线路断路器事故跳闸导致失去所有厂外电源事件”中，由于母差保护传动时跳闸信号误触发导致2P59断路器跳闸。当母差保护传动时，由于相关隔离措施不完善，可能在接线的过程中误碰了2P59的跳闸压板，导致了2P59开关跳闸。换料/维修状态时发生丧失厂外电事件概率较高的另一个原因是，在换料/维修期间，一路外电源可能由于检修而停用，失去了两路厂外电的冗余。但是由于在换料/维修状态下核电厂安全保护措施相比功率运行状态下更少，一旦发生事故风险将更大，应当引起营运单位和核安全监管当局的高度重视。

上述运行核电厂丧失厂外电事件的事件原因包括：外电网线路故障、输变电设备故障、规程不完善及人因失误等，各部分事件原因所占比例如图2所示。

（1）外电网线路故障引起丧失厂外电

图2 丧失厂外电事件的原因归类Fig.2 Cause classification for loss of offsite power supply

由于核电厂外部电网故障导致丧失厂外电的事件有4起，占丧失厂外电原因的30.8%。4起事件包括：大亚湾核电站的220 kV坪核线N14塔A、C两相遭受雷击，导致大亚湾核电站2号机组失去所有外电源；秦山三期秦重5421线路差动保护动作导致丧失500 kV一路外电源；田湾核电站1号机组因核云4911线距离保护动作导致失去厂外电源事件；秦山三期山火导致2号机组出线秦重5422线路保护动作跳闸。针对外电网输电线所经的山林火灾，营运单位应积极沟通，完善山林区域的管理，消除火灾安全隐患。核电厂外部电网供电由电网公司运营，涉及不同地域、部门，同时其跨度大、里程长，容易受到气候和人为因素影响，对于这类原因导致的丧失厂外电事件采取有效的针对性措施难度很大，建议运行核电厂做好灾害预警，合理安排生产和试验计划，做好应急准备。核电厂应与设备制造商、外部电网公司、地方政府加强交流，加强外电网供电的可靠性。

（2）设备故障导致丧失厂外电

受输变电设备故障影响导致丧失厂外电的运行事件有3起，占丧失厂外电原因的23.1%。3起事件包括：大亚湾核电站“同步并网系统低空气压力”信号与逆功率信号组合使400 kV断路器跳闸导致失去厂外主电源和反应堆紧急停堆、秦山三期由于发电机备用保护装置元件故障导致失去厂外电源反应堆停堆和田湾核电站1号机组由于变压器突发性故障导致反应堆自动保护停堆。为应对电气设备故障，运行部门应严格执行定期试验要求，加强电气设备巡检，及时消除缺陷。电气设备涉及专业面广，在处理电气设备故障时，应全方面考虑，避免不恰当的维修或改造引入新的设备缺陷。

（3）规程不完善引起丧失厂外电

由于调试、试验规程不完善导致触发厂外电跳闸的事件有5起，占丧失厂外电原因的38.5%。5起丧失厂外电事件包括：大亚湾核电站失去全部厂外电源且A通道柴油机不可用；大亚湾核电站由于发电机和输电保护系统（GPA）100%定子接地故障保护动作失去厂外主电源，引起反应堆紧急停堆；秦山一期2001M低频跳闸导致电厂交流电源全部丧失；秦山一期2P59线路断路器事故跳闸导致失去所有厂外电源和岭澳核电站2号机组丧失两路外电源。

在国内运行核电厂丧失厂外电的原因中，试验规程管理不完善所占比重较大，说明部分运行核电厂的试验规程中存在一定缺陷，建议营运单位或核安全监管部门审查现有电气设备相关的调试程序、试验规程和隔离规程，对其进行充分的风险分析。在进行试验前做好工作准备，防止在设备安装、调试和试验时由于操作规程不完善造成电力供应失效。

（4）人因失误导致厂外电丧失

由于人因失误导致厂外电丧失事件1起，即大亚湾核电站误合发电机负荷开关导致主变跳闸主厂外电源丧失。人因失误占丧失厂外电原因的7.6%。针对人因失误，应提高运行检修人员的风险意识，做好操作自检，对操作人员进行电气系统相关的培训，加强经验交流，减小人因失误。

3 国际运行核电厂丧失厂外电事件

根据IAEA运行核电厂经验反馈体系的报告，核电厂丧失厂外电事件在各国发生较为频繁，收集该体系1990年至2010年发生的丧失厂外电事件共计15起，其运行事件的原因主要包括：外电网线路故障和设备故障。其中外电网线路故障导致运行核电厂丧失厂外电事件总计7起，占所有事件原因的47%；电气设备失效导致丧失厂外电事件共计8起，占所有事件原因的53%。

1993年8月24日，西班牙VANDELLOS 2号机组完全丧失厂外400 kV电网供电，其原因是该电网受到雷击[2]，与2010年5月7日大亚湾核电站的220 kV坪核线N14塔A、C两相遭受雷击，导致大亚湾核电站2号机组失去所有外电源的情况类似。

厂用电系统的设备故障主要发生在核电厂输变电和开关站内。1993年12月27日，美国MCGUIRE 2号机组发生丧失厂外电的事件是由于绝缘故障导致两路525 kV母线中的一路丧失[3]。2004年6月14日，美国PALO VERDE核电厂由于230 kV绝缘皮的外部污损导致了500 kV开关站的断开，从而切断了3台核电机组的全部外电源供应[4]。1991年4月12日，芬兰OLKILUOTO核电厂2号机组一开关设备房间由于连接器受损，端子短路产生了电弧放电，并引发火灾，火灾扩散到相邻的3间开关设备房间，造成110 kV和400 kV厂外电力丧失7.5 h[5]。绝缘故障可导致输电线保护动作或引发相—电弧放电及火灾，容易引发更严重的事故。建议定期检查输电线路系统的绝缘可靠性，及时更换存在缺陷的设备或接线，防止绝缘老化失效。

2000年9月27日，美国Diablo Canyon核电厂非安全母线失效导致火灾并丧失厂外电[6]。我国秦山三期2号机组2003年10月23日发生了一起类似事件，6.3 kV母线D进线变压器5314-T4因变压器C相至B相绕组之间的电缆接头发热熔断，被烧断的电缆摆动造成相间间断性短路，变压器跳闸。6.3 kV母线D的主要负荷2号循环水泵和2号主凝结水泵跳闸。短路过程中造成系统低电压，仪用压空空压机跳闸。秦山三期的运行事件并未导致丧失厂外电，但与美国Diablo Canyon核电厂丧失厂外电事件发生原因类似，即电缆接头采用安装螺栓压接式接头、绕组和电缆都是铜导体但采用铝接头，接头松动造成接触不良；另一方面接头材料的选择不当造成接触电阻大，同时两种不同的材料热效应差异也会造成连接的松动问题。

4 经验反馈及建议

可靠的厂用电系统对于降低运行核电厂事故风险至关重要。通过以上核电厂丧失厂外电事件的统计分析，根据发生事件的原因，提出以下几点建议：

1）根据国内外经验反馈，外电网易受气候及人为因素影响，建议运行核电厂做好气象灾害预警，合理安排生产、试验计划，做好应急准备。核电厂应与设备制造商、外部电网公司、地方政府加强交流，提高外电网供电可靠性。

2）核电厂应完善外电网输电线路所经过的山林区域的管理，消除火灾安全隐患，确保输电线路可靠运行。

3）运行部门应严格执行定期试验要求，加强电气设备巡检，及时消除缺陷。电气设备涉及专业面广，在处理电气设备故障时，应全方面考虑，避免不恰当的维修或改造引入新的设备缺陷。

4）校核母线电流负荷及热负荷，提高线路裕度。对输电线路薄弱点进行改进，防止局部热负荷过高；定期检查输电线路系统的绝缘可靠性，及时更换存在缺陷的设备或接线，防止绝缘老化失效。

5）做好电气设备房间的火灾预防、隔离，及时灭火，防止火灾通过通风系统或输电线缆扩散到其他房间引起更严重的事故。

6）营运单位或核安全监管部门应审查现有电气设备相关的调试程序、试验规程和隔离规程，对其进行充分的风险分析。在进行试验前做好工作准备，防止在设备安装、调试和试验时由于操作规程不完善造成电力供应失效。

7）提高运行检修人员的风险意识，做好操作自检，对操作人员进行电气系统相关的培训，加强经验交流，减小人因失误。

[1] 广东核电培训中心.900 MW压水堆核电站系统与设备（第1版）[M].北京：原子能出版社，2007.1.（Training Center Of Guangdong Nuclear Power. Devices & Systems of 900MW PWR[M]. Beijing: Atomic Energy Press，2007.1）

[2] IRS Number:1365，PARTIAL LOSS OF OFFSITE POWER，INTERNATIONAL INCIDENT REPORTING SYSTEM (IRS)，Date of Receipt: 1993-09-06.

[3] IRS Number:1502，EXCESSIVE COOLDOWN AND DEPRESSURIZATION OF THE REACTOR COOLANT SYSTEM FOLLOWING A LOSS OF OFFSITE POWER (NRC INFORMATION NOTICE 95-04)，Date of Receipt: 1995-06-19.

[4] IRS Number:7712，THREE-UNIT TRIP AND LOSS OF OFFSITE POWER AT PALO VERDE NUCLEAR GENERATING STATION (NRC INFORMATION NOTICE 2005-15)，Date of Receipt: 2005-08-22.

[5] IRS Number:1183，SHORT CIRCUIT IN 6.6 kV BUSBAR BY ARCING AND FIRE IN SWITCHGEAR CUBICLES，Date of Receipt:1992-01-06.

[6] IRS Number:7410，NON-VITAL BUS FAULT LEADS TO FIRE AND LOSS OF OFFSITE POWER (NRC INFORMATION NOTICE 2000-14)，Date of Receipt: 2000-12-20.

Operating Experience Feedback on Lose of Offsite Power Supply for Nuclear Power Plant

JIAO Feng，HOU Qin-mai，CHE Shu-wei
(Nuclear and Radiation Safety Center, Ministry of Environment Protection，Beijing 100082, China)

The function of the service power system of a nuclear power plant is to provide safe and reliable power supply for the nuclear power plant facilities. The safety of nuclear power plant power supply is essential for nuclear safety. The serious accident of Fukushima Daiichi nuclear power plant occurred due to loss of service power and the ultimate heat sink. The service power system has two independent offsite power supplies as working power and auxiliary power. This article collected events of loss of offsite power supply in operating nuclear power plants at home and abroad, and analyzed the plant status and cause of loss of offsite power supply events, and proposed improvement measures for dealing with loss of offsite power supply.

lose of offsite power supply；operating experience feedback

TM623 Article character: A Article ID:1674-1617(2013)02-0186-04

TM623

A

1674-1617(2013)02-0186-04

2013-03-27

焦 峰（1985—），男，山西晋城人，工程师，热能工程专业。