AAC电源可行性与优点浅析

单志明+刘慧银+初德月+张冀兰

摘 要：由于全厂断电（Station Blackout，简称SBO）是一个超设计基准事故，发生SBO后，冷却反应堆堆芯的能力和安全壳的完整性只能依靠那些不需要交流电源的系统以及电厂以适当的方式恢复交流电源的能力。如果在恢复交流电源前，不需要交流电源的系统由于没有能量的补充而全部消耗，则反应堆堆芯失去冷却能力，就会发生熔堆事故。因此增设AAC电源，是提高电厂应付全厂断电事故的一个重要手段。文中对AAC电源可行性和优点进行了阐述。

关键词：AAC  福岛  断电  SBO

中图分类号：TM62   文献标识码：A       文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0056-02

1 AAC电源的必要性

2011年日本福岛“3·11”事故以来，核电安全更加重要。SBO是一个超设计基准工况，发生SBO后，冷却反应堆堆芯的能力和安全壳的完整性只能依靠那些不需要交流电源的系统的可利用性以及电厂以适当的方式恢复交流电源的能力。不需要交流电源的系统有：蓄电池、柴油机辅助给水、压缩空气、应急水箱等，这些系统在没有交流电源的情况下，工作的时间是有限的;适当的方式恢复交流电源的能力有：尽快恢复外电源或厂内应急电源。如果在恢复交流电源前，不需要交流电源的系统由于没有能量的补充而全部消耗，则反应堆堆芯失去冷却能力，就会发生熔堆事故。

初步PSA研究表明：发生SBO后，一小时内不能恢复电源的事件对反应堆发生熔堆事故（CDF）的贡献因子最大，占到约40%。

虽然SBO的后果严重，但发生SBO的概率很小，所以我厂在设计时没有考虑SBO的情况。但目前核电厂对SBO问题的关注在不断提升，主要是关于交流电源可靠性的经验的积累。许多运行电厂有过失去全部厂外电源的经历，在所有这些经历中，大多数的现场应急电源可以马上向安全相关设备供电，但是，在一些案例中，有一台现场应急电源不能用，在很少的几个案例中，发生了失去所有交流电源的情况，但是这些案例中的现场应急电源都在很短的时间内恢复了，没有造成严重的后果。运行的核电厂里有更多的事例在试验时应急电源启动和运行失败。这些关于交流电源可靠性的经验的积累，引起了对SBO问题的关注的提升。

2 对SBO的应付能力的分析和评价的方法

根据厂外电源的可靠度;厂内应急电源的冗余度、厂内应急电源的可靠度，计算核电厂的最小全厂断电时限。再根据核电厂的实际系统设备如：蓄电池、压缩空气、应急水箱的容量来分析电厂实际的应付SBO的时间。二者进行比较，如果电厂实际的全厂断电应付时间大于最小全厂断电时限，则认为电厂发生SBO后，能够保证反应堆的安全;反之，则认为反应堆是不安全的，需要有改进措施来保证反应堆的安全。

具体改进措施有：

提高厂内应急电源的可靠度和冗余度，可以减少最小全厂断电时限。

提高蓄电池、应急给水箱、压缩空气等的容量，以增加电厂实际的应付SBO的能力。

增设AAC电源—— 增加一台非安全级的发电机，在发生SBO后，能在1 h内手动启动并带上保证反应堆安全的负载。

根据我厂实际情况，初步估算其需要的最小全厂断电时限是4 h;实际应付能力中，蓄电池（含UPS蓄电池）、压缩空气的容量不能在SBO后坚持4 h。所以秦山核电厂必须有改进措施来对付SBO。

主要的改进措施有：

提高厂内应急电源的可靠度：应急柴油机的可靠性不是很高，还有提高的潜力。应急柴油机的辅机系统存在设计和设备的原因，存在许多不足之处，需要改进。

应急柴油机的电气系统，设备老化，缺陷较多，许多设备由于当时的条件，没有进行严格的1E级鉴定，影响安全功能。需要该为严格符合1E级的、可靠的设备。

增设替代交流电源（Alternate AC，简称AAC）：由于电厂实际的SBO应付能力较短，必须增加AAC电源，增加一台非安全级的柴油发电机，平时不与电厂系统设备相联，在发生SBO时，手动启动，在1 h内带载，给保证反应堆安全需要的负荷供电。

综上所述，增设AAC电源是应付SBO的最有效方法，保证反应堆的安全。

3 AAC电源设计方案

AAC柴油发电机组经出口开关接至6 kV AAC段，正常工况时AAC柴油发电机组在热备用。

6 kV AAC段经开关接至6 kV公用Ⅰ段，正常工况时开关处于合闸状态。该回路的作用如下：

（1）正常工况时，6 kV AAC段由6kV公用Ⅰ段供电，6 kV AAC段经6.3/0.4kV配电变压器向AAC低压开关柜供电，该低压开关柜组给AAC柴油发电机组辅助系统及直流充电器等供电，以维持机组处于热备用状态;

（2）当机组停机时，出现失去全部厂外电源但厂内应急电源可用的事故工况，可启动AAC柴油发电机组，向6 kV公用Ⅰ段、工作Ⅰ段母线供电，维持部分重要负荷运行。

6 kV AAC段经开关接至6 kV安全Ⅰ（Ⅱ）段母线，正常工况时，开关在冷备用状态。在SBO工况下，可启动AAC柴油发电机组，向6 kV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供电。

6 kV AAC段经开关接至移动电源车中压接线箱，作为中压移动电源接口。正常工况时，开关在冷备用状态。事故工况下可接入中压移动电源车，向6 kV安全Ⅰ（或Ⅱ）段供电。

4 增设AAC电源的优点

（1）由于AAC电源的重要性，在其设计时就会考虑诸多问题，以下为其的设计原则：

①AAC电源系统的安全等级为非IE级。

②AAC电源不考虑机械设备误操作或故障及地震的影响。

③AAC电源系统按照电厂的隔离准则，与安全相关设备保持隔离。endprint

④正常时AAC电源不与厂外优先电源及厂内应急交流电力系统相连接 ，更不会自动带载上述系统，并通过合适的隔离装置保持电气隔离。

⑤AAC电源应免受可能导致失电的气候相关事件的影响。

⑥同优先电源及厂内应急交流电源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天气或单一故障导致厂内应急电源的任何一部分或优先电源和AAC电源同时故障的个别缺陷;AAC电源的支持系统不依靠优先电源或应急交流电源。

⑦AAC电源设置独立的控制电源系统。

⑧在全厂断电发生后，AAC电源应可以适时的被利用。

⑨AAC电源应有足够的容量用于应付SBO所需的所有系统运行直至反应堆安全停堆。

⑩AAC电源应能够被检查、维修，并能够进行周期性的试验以证明可运行性和可靠性。

AAC电源的可靠性必须大于0.95。

二AAC电源柴油发电机组安装在隔离的厂房内。

AAC电源柴油发电机组配备独立的空气（或直流）起动系统;该系统有能力在不中途充气（充电）的情况下保证柴油发电机组连续3次起动。

AAC电源柴油机配备有独立的外部冷却系统。

在电厂正常运行工况下，AAC柴油发电机组系统应对其冷却水和润滑油进行持续的预加热和和预循环，以确保柴油发电机组处于热备用状态。

（2）设置AAC电源是提高电厂安全性的行之有效的手段，也是提高电厂纵深防御能力的一个行之有效的措施。有分析表明，AAC电源可以有效减小CDF（堆芯熔化概率）。

如不设置AAC电源，CDF为5.91E-6（1/堆年），而设置AAC电源则为3.96E-6（1/堆年），CDF变化百分比（以不设置为基准）为49.2%。可以看出AAC电源对降低堆芯熔化概率的显著贡献。综上所述，增设AAC 电源有以下优点：

①显著降低堆芯熔化概率;

②提高电厂纵深防御能力;

③提高电厂备用电源的多样性;

④满足RGI.155及10CFR50.63的法规要求。

5 结语

福岛事故发生以来，世界对核电的安全要求更加严格，由于早期核电厂都设计于80年代，当时没有考虑超基准事故，随着时代的发展，核电技术日益精进，对核电的要求越来越高，安全在人民心中越来越重，中核核电运行管理有限公司（一厂）坚持核无小事和安全生产的理念，特别针对福岛事故增设AAC电源来应付SBO事故，减少堆芯熔化概率，保证反应堆安全。

参考文献

[1] 张宪.复杂性视角下基于Agent的建设工程项目集成管理模型研究[D].天津大学，2011.

[2] 李珠峰.基于多目标的我国外资建设工程项目管理模式选择研究[D].华东理工大学，2010.endprint

④正常时AAC电源不与厂外优先电源及厂内应急交流电力系统相连接 ，更不会自动带载上述系统，并通过合适的隔离装置保持电气隔离。

⑤AAC电源应免受可能导致失电的气候相关事件的影响。

⑥同优先电源及厂内应急交流电源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天气或单一故障导致厂内应急电源的任何一部分或优先电源和AAC电源同时故障的个别缺陷;AAC电源的支持系统不依靠优先电源或应急交流电源。

⑦AAC电源设置独立的控制电源系统。

⑧在全厂断电发生后，AAC电源应可以适时的被利用。

⑨AAC电源应有足够的容量用于应付SBO所需的所有系统运行直至反应堆安全停堆。

⑩AAC电源应能够被检查、维修，并能够进行周期性的试验以证明可运行性和可靠性。

AAC电源的可靠性必须大于0.95。

二AAC电源柴油发电机组安装在隔离的厂房内。

AAC电源柴油发电机组配备独立的空气（或直流）起动系统;该系统有能力在不中途充气（充电）的情况下保证柴油发电机组连续3次起动。

AAC电源柴油机配备有独立的外部冷却系统。

在电厂正常运行工况下，AAC柴油发电机组系统应对其冷却水和润滑油进行持续的预加热和和预循环，以确保柴油发电机组处于热备用状态。

（2）设置AAC电源是提高电厂安全性的行之有效的手段，也是提高电厂纵深防御能力的一个行之有效的措施。有分析表明，AAC电源可以有效减小CDF（堆芯熔化概率）。

如不设置AAC电源，CDF为5.91E-6（1/堆年），而设置AAC电源则为3.96E-6（1/堆年），CDF变化百分比（以不设置为基准）为49.2%。可以看出AAC电源对降低堆芯熔化概率的显著贡献。综上所述，增设AAC 电源有以下优点：

①显著降低堆芯熔化概率;

②提高电厂纵深防御能力;

③提高电厂备用电源的多样性;

④满足RGI.155及10CFR50.63的法规要求。

5 结语

福岛事故发生以来，世界对核电的安全要求更加严格，由于早期核电厂都设计于80年代，当时没有考虑超基准事故，随着时代的发展，核电技术日益精进，对核电的要求越来越高，安全在人民心中越来越重，中核核电运行管理有限公司（一厂）坚持核无小事和安全生产的理念，特别针对福岛事故增设AAC电源来应付SBO事故，减少堆芯熔化概率，保证反应堆安全。

参考文献

[1] 张宪.复杂性视角下基于Agent的建设工程项目集成管理模型研究[D].天津大学，2011.

[2] 李珠峰.基于多目标的我国外资建设工程项目管理模式选择研究[D].华东理工大学，2010.endprint

④正常时AAC电源不与厂外优先电源及厂内应急交流电力系统相连接 ，更不会自动带载上述系统，并通过合适的隔离装置保持电气隔离。

⑤AAC电源应免受可能导致失电的气候相关事件的影响。

⑥同优先电源及厂内应急交流电源共模故障的可能性最小，不存在可能由于天气或单一故障导致厂内应急电源的任何一部分或优先电源和AAC电源同时故障的个别缺陷;AAC电源的支持系统不依靠优先电源或应急交流电源。

⑦AAC电源设置独立的控制电源系统。

⑧在全厂断电发生后，AAC电源应可以适时的被利用。

⑨AAC电源应有足够的容量用于应付SBO所需的所有系统运行直至反应堆安全停堆。

⑩AAC电源应能够被检查、维修，并能够进行周期性的试验以证明可运行性和可靠性。

AAC电源的可靠性必须大于0.95。

二AAC电源柴油发电机组安装在隔离的厂房内。

AAC电源柴油发电机组配备独立的空气（或直流）起动系统;该系统有能力在不中途充气（充电）的情况下保证柴油发电机组连续3次起动。

AAC电源柴油机配备有独立的外部冷却系统。

在电厂正常运行工况下，AAC柴油发电机组系统应对其冷却水和润滑油进行持续的预加热和和预循环，以确保柴油发电机组处于热备用状态。

（2）设置AAC电源是提高电厂安全性的行之有效的手段，也是提高电厂纵深防御能力的一个行之有效的措施。有分析表明，AAC电源可以有效减小CDF（堆芯熔化概率）。

如不设置AAC电源，CDF为5.91E-6（1/堆年），而设置AAC电源则为3.96E-6（1/堆年），CDF变化百分比（以不设置为基准）为49.2%。可以看出AAC电源对降低堆芯熔化概率的显著贡献。综上所述，增设AAC 电源有以下优点：

①显著降低堆芯熔化概率;

②提高电厂纵深防御能力;

③提高电厂备用电源的多样性;

④满足RGI.155及10CFR50.63的法规要求。

5 结语

福岛事故发生以来，世界对核电的安全要求更加严格，由于早期核电厂都设计于80年代，当时没有考虑超基准事故，随着时代的发展，核电技术日益精进，对核电的要求越来越高，安全在人民心中越来越重，中核核电运行管理有限公司（一厂）坚持核无小事和安全生产的理念，特别针对福岛事故增设AAC电源来应付SBO事故，减少堆芯熔化概率，保证反应堆安全。

参考文献

[1] 张宪.复杂性视角下基于Agent的建设工程项目集成管理模型研究[D].天津大学，2011.

[2] 李珠峰.基于多目标的我国外资建设工程项目管理模式选择研究[D].华东理工大学，2010.endprint