CANDU机组48 V直流电源C通道失电影响和处理

王宏亮

（中核辽宁核电有限公司，辽宁葫芦岛 125112）

1 核电机组48 V直流电源系统

1.1 系统概述

CANDU机组的48 V直流电源系统主要用于向控制逻辑、报警回路和设备状态指示供电。该系统分为3 个相互独立的通道（A、B、C通道），每个通道包括一条48 V直流母线、2 个100%容量的充电器和1 个蓄电池组。充电器的电源来自对应通道的MCC（Motor Control Center，电机控制中心）。正常状态下，2个充电器同时运行，单个充电器即可满足运行要求；蓄电池组处于浮充状态，在失去三级电源（MCC 失电）的情况下可以至少维持60 min 的供电。

1.2 48 V直流电源C通道可能存在的失效原因

作为不间断电源，CANDU机组的48 V直流电源系统拥有两个100%容量的充电器和一个蓄电池组，具有较高的可靠性。然而在某些特定条件下，48 V直流电源系统仍可能出现以下故障：

（1）失去三级电源，同时蓄电池过渡消耗之后。（2）母线故障，比如火灾等导致整条母线丧失。（3）负荷盘台故障，导致母线上向就地负荷盘供电的开关过流保护动作，使单个负荷分配盘失电。

（4）查找接地、维修等工作时，人因失误导致单独某负荷盘失电。

（5）地震后（48 V直流电源系统不是抗震系统），可能出现48 V直流电源系统故障失效的情况。

从电压角度看，48 V直流C通道蓄电池组共有24 组蓄电池，每个蓄电池电压降低到1.75 V，也就是母线电压降低到24×1.75＝42 V 后，蓄电池会加速消耗，很快造成C通道完全失去48 V直流电源。因此，很有必要开发失去48 V直流电源后的响应，以免在真正发生类似事件后手足无措，没有规程可以依据和处理。

2 失去48 V直流电源对设备控制的影响

CANDU机组中，直接影响机组控制的设备包括：泵、风机、阀门等。这些设备在失去48 V直流电源以后，将会受到直接影响并发生状态或控制上的改变，而这些响应有一些共性，以下将对设备分类并分析其响应上的共性。

2.1 MCC 供电的设备

对于MCC 供电的设备，失去48 V直流电源以后，接触器将失电，即MCC 将不能向设备供电。因此，设备将失去控制，不能如预期动作。典型设备如机组各种电动阀以及MCC 供电的电机等。

对于电动阀而言，如核岛的应急堆芯冷却系统（ECC）高压安注隔离阀3432-MV80、常规岛的高加3B 抽汽电动隔离阀4311-MV4104 等，在失去48 V直流电源以后，电动阀将既无法电动开启，也无法电动关闭，只能依靠手动开启或关闭。

对于电机而言，在失去48 V直流控制电源以后，接触器无法吸合，电机将会停运。比如：核岛的重水泄漏收集泵3381-P2、常规岛的主密封油泵B（41340-P5302）等。

2.2 400 V 母线断路器供电的设备

对于使用400 V 母线断路器供电的设备，在失去48 V直流控制电以后，由于控制断路器分合闸的3C、3TR 继电器失电无法动作，断路器将无法手动分合，也就是说，设备将无法从主控启动或停运，即设备失去控制。另外，设备工艺系统上的逻辑保护通常也是通过48 V直流控制回路控制3C、3TR 继电器实现的，因此，设备在工艺系统上的逻辑保护也同时失效。

需要注意的是，由于400 V 母线断路器的电气保护模块直接作用于220 V直流动力回路中，因此，设备的电气保护仍然有效，在发生电气故障如过流时，断路器仍可以保护跳闸；而且断路器本体上的手动分合闸按钮因也直接作用于220 V直流回路，其分合闸功能也仍有效，不过合闸前需要进行手动储能。

典型设备如端屏蔽泵，在失去48 V直流控制电以后，端屏蔽泵将无法从主控室手动启停。

2.3 11.6 kV/6.3 kV 母线供电的设备

同400 V 母线断路器供电的设备类似，6.3 kV/11.6 kV 母线供电的设备在失去48 V直流控制电以后，控制断路器分合闸的3C、3TR 继电器失电无法动作，断路器将无法手动分合，工艺系统的逻辑控制也同时失效，设备失去控制；设备的电气保护仍然有效；在断路器本体面板上的手动分合闸仍有效。

典型设备如主给水泵，在失去48 V直流控制电以后，主给水泵将无法从主控启动或停运，当除氧器水位低于1000 mm 以后，主给水泵也无法跳闸。

2.4 气动阀

气动阀在失去48 V直流电以后，其状态的变化较复杂，不能一概而论，需要视其气源具体配置情况而定。但不管气动阀失去48 V直流控制电以后状态如何改变，其最后的状态在CANDU机组的设计上，力求使其处于安全状态。

对于普通气动阀，在失去48 V直流电源以后，其气动控制回路的电磁阀将失电，气回路也将因此失气或供气，气动阀也将因此保持开启或关闭的状态。而在开启还是关闭的问题上，CANDU机组的设计意图力求让该阀处于“失效安全”的状态。比如：汽轮机抽汽止回阀，在失去48 V直流控制电以后，抽汽止回阀自动关闭，防止汽轮机脱扣以后由于蒸汽回流而超速。然而，由于机组状态不同，气动阀对于系统、机组，其安全的状态并不固定。例如，ECC 泵的入口气动阀3432-PV2，在气动阀失去48 V直流控制电以后，其“失效安全”是开启，以保证机组在LOCA（失去冷却水）事故工况下，ECC 泵可以通过该阀从反应堆厂房的地坑吸水以保证低压安注的有效。但在机组正常运行时，如果3432-PV2 开启，喷淋水箱中的水将经由3432-V99直接流入反应堆厂房地坑，这样将造成喷淋系统因水箱中的水排空而失效，同时也使ECC 系统的中压安注失效。因此，对于气动阀失电以后状态的改变，必须结合机组和系统的状态加以具体分析。

对于一些重要系统的气动阀，为防止失电对系统功能造成重大影响，其气动回路上配有多道供气回路，而且其不同供气回路的电磁阀分别由不同通道的控制电源供电。这样，在失去一个通道的控制电源以后，仍能保证气动阀的安全状态不受失电影响。典型设备如主热传输泵的轴封回流阀3334-PV6，失去48 V直流C通道的控制电后，因A通道控制电仍有效，3334-PV6 仍保持开启状态。

分析完失去48 V直流电源对设备的主要影响后，将对失去48 V直流电源对电站系统的影响作进一步分析。以下分析均建立在机组满功率正常运行的基础上，不考虑多重故障。

3 整个48 V直流电源C通道失电后的电站整体评价

3.1 失去48 V直流电源C通道后电站的重要自动响应

在整个48 V直流电源C通道电源全部失去以后，汽轮机因1～4号蒸汽发生器（SG）高液位出口总继电器失电而脱扣，线性降功率（SETBACK）触发。由于蒸汽旁排阀（CSDVs）同时被闭锁开启，将导致蒸汽发生器压力高也触发SETBACK，大气释放阀（ASDV）将打开，反应堆功率降至8%满功率（FP），最终无法维持将导致反应堆停堆。1号停堆系统（SDS#1）F通道，2号停堆系统（SDS#2）J通道，ECC M通道自动脱扣，安全壳隔离系统偶系列安全壳隔离法自动关闭，喷淋水箱中的水通过3432-PV2 流向反应堆厂房底层，就地空气冷却器7311-LAC1 到LAC16转低速运行、消氢点火器偶系列点燃。

慢化剂净化系统自动隔离，慢化剂覆盖气体将泄压，反应堆厂房氚水平上升，环隙气体系统可能停运（如果该系统2号压缩机处于运行状态），液体区域控制系统能实现正常功能；控制计算机（DCC）Y 死机，对换料造成影响。

主给水泵备用冷却水丧失，2号主给水泵再循环阀打开，2号主凝泵和辅凝泵不可操作，低加B 列无法自动隔离，而在实际紧急停堆过程中，低加往往出现高液位需隔离的情况，需要现场关注低加液位。

由于汽轮机抽汽止回阀的隔离阀失去控制不能关闭，低加B 列不能自动隔离，因此汽轮机脱扣后的超速风险增加；CSDVs不能自动开启，在汽轮机脱扣时蒸汽发生器压力会升高。

再循环冷却水（RCW）系统失去正常除盐水补水，但生活水补水可用，同时生活水通过应急补水进入到RCW 泵吸入口母管，RCW 水质将受到影响。海水循环冷却水（RSW）系统如果在两泵运行模式，由于奇偶配置，运行的1号或3号RSW 泵出口电动阀会关小到42%开度的节流位置。

仪表压空机失去冷却水，且不能自动切换到备用生活水冷却，如干预不及时，压空机可能由于冷却水温度高而停运，有失去仪表压空的风险。

在模拟机上，通过断开48 V直流C通道充电器和蓄电池的开关，模拟失去48 V直流C通道电源，其自动动作和上述分析结果一致。

3.2 失去48 V直流C通道后对机组安全状态的影响分析

3.2.1 反应性控制和停堆系统的有效性

反应性控制系统控制的液体区域控制系统虽然发生小的系统扰动，但依然可用。同时线性降功率、阶跃降功率等功能仍旧可以提供保护。SDS#1 停堆系统的偶系列棒位指示不可信，无法准确判断停堆动作后的有效性，但其自动动作的可靠性不受影响。同时SDS#2 仍旧可以可靠动作并准确判断停堆有效。

3.2.2 燃料的冷却

主热传输系统的压力控制，虽然有2 个加热器不可用，但只要适当控制降压速率，压力仍旧可以有效维持。主系统的装量控制几乎不受影响。4 台主泵保持对主系统热量的传输，蒸汽发生器水位仍旧可以控制。虽然CSDVs 不可用，但停堆系统动作后，依靠奇系列ASDVs 或可用的主蒸汽安全阀（MSSVs）仍旧可以保持对主系统的冷却。停冷系统偶系列不可用，但停堆6 h 后，依靠停冷系统的奇系列可以保证对主系统的良好冷却。应急堆芯冷却系统M通道自动脱扣，偶系列阀门以及到每个集管的重水隔离阀不可用，降低了ECC 动作后的有效性。有5 个主蒸汽安全阀MSSV8#4,MSSV8#3，MSSV5#3，MSSV6#3，MSSV7#3不能依靠逻辑打开，在ECC 或二次侧快速冷却（SCC）动作时，仍旧能满足至少7 个MSSVs 开启的要求。在自动降压逻辑动作时，只有4 个要求中的MSSVs 能够打开，在停堆以后，4 个MSSVs 能够保证对SG 二次侧有效降压。同时所有主蒸汽安全阀在SG 压力高时都可以自动打开。

3.2.3 放射性的包容

由于燃料有效和主系统的压力装量控制良好，不会使燃料发生破损和主系统压力边界受到影响。安全壳系统的所有偶系列阀门自动失效关闭，Q通道自动失效脱扣，N通道和P通道仍旧保持正常待命状态，其可用性不受影响。因此，整个安全壳的完整性和动作仍旧可靠，不会造成放射性向环境的释放。

3.3 48 V直流电源C通道失电后的应对措施

失去48 V直流电源C通道以后，机组应在8 h 内恢复48 V直流电源，否则必须立即进入模式5B。这主要是受技术规格书中有关反应堆厂房空气冷却器（LAC）限制，由于失去48 V直流电源C通道后，偶系列LACs 均不可用，需8 h 内恢复，否则立即进入模式5B；另外，在失去48 V直流电源单通道母线后，需在24 h 内恢复，否则在8 h 内进入模式2 并在随后24 h 内进入模式4。

通过上述分析可知，在失去48 V直流电源C通道以后，运行人员必须及时干预以缓解事件后果。因此根据48 V直流电源C通道失电后的机组响应，特制定失去48 V直流C通道电源响应标准流程（图1），以便运行人员及时正确干预。

图1 失去48 V UPS C通道电源响应标准工作流程

3.3.1 立即行动

（1）确认48 V直流电源C通道电压为0，SDS#1 F通道、SDS#2 J通道、ECC M通道脱扣，偶回路MCCs 均出现失电报警，从而判断失去48 V直流电源C通道。

（2）手动脱扣SDS#2，确认停堆并执行应急响应规程EOP-001，常规岛操纵员确认汽轮发电机脱扣并执行综合运行规程GOP 附录A。

（3）立即派现场操纵员到现场检查48 V直流电源C通道故障原因，并确保A/B通道电源工作正常。

（4）确认发电机密封油泵A 泵或应急密封油泵运行正常，否则需紧急排氢。

（5）打开仪表压空压缩机冷却水旁路阀以保证仪表压空运行正常。

（6）立即关闭3432-V99 和3432-PV75 以避免喷淋水箱中的水流到反应堆厂房零层。

3.3.2 短期行动

（1）根据失电原因判断能否在8 h 内恢复48 V直流电源C通道，否则尽快进行主系统降温降压，并建立保证停堆状态（GSS）。

（2）启动应急电源EPS，将5561-PL1586C/1588C 切到EPS供电。

（3）确认3498-CP1 或CP3 运行。

（4）手动隔离安全壳。

（5）监视主系统压力和重水储存箱液位。

（6）通知换料人员DCC Y 不可用。

4 结论

通过对CANDU机组48 V直流电源C通道的负荷失电后机组的影响分析，可以得到以下结论：

（1）失去48 V直流C通道电源以后，反应堆的反应性处于受控状态，堆芯热量可以有效排出，放射性可以被安全壳有效包容。

（2）失去48 V直流C通道电源以后，由于电站失效安全的设计，不会立即导致电站安全系统不可用或功能降级，但如果不加以人为干预，最终可能导致部分安全功能失效。

（3）失去48 V直流C通道电源以后，机组将发生停机、停堆，运行人员须立即做出响应以缓解事件后果，否则事故将恶化，如失去仪表压空，RCW 温度可能因RSW 流量不足而升高影响设备冷却，最终将影响反应堆安全。

（4）失去48 V直流C通道电源以后，主控出现大量真实的和虚假的报警，偶系列设备EMI 指示不可信，偶回路阀门、泵、风机等设备在主控无法控制，给操纵员带来严重干扰，影响操纵员正确判断和及时响应。

因此，CANDU机组失去48 V直流C通道电源以后，必须依赖运行人员正确有效处理，否则将导致严重后果，根据失去48 V直流C通道电源响应标准流程，可方便运行人员处理事件，保障机组安全稳定运行。