摘 要 福岛核事故后，极端事故叠加导致全厂断电的超设计基准事故给核电行业敲响了警钟。本文对SBO事故进行简要介绍，并对秦山一厂应对SBO事故的诸项举措和福岛核事故后的改进方向进行简要分析。
关键词 SBO；AAC电源；非能动消氢；严重事故
中图分类号TM623 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）95-0106-02
0引言
2011年3月11日，日本东部海域发生了里氏9级超强地震，并由之引发巨大海啸。地震摧毁了大面积的外部电网，导致福岛第一核电厂自动停堆并失去了全部的外部供电。失去全部厂外电源后，应急柴油发电机组自启动供电，但接踵而至的海啸远远大于电站防御设施的抵御等级，海啸淹没了部分厂房，导致应急柴油发电机瘫痪，电厂丧失全部交流电源，仅靠蓄电池组来维持，在没有更好外部干预措施的情况下，蓄电池组丧失供电后出现了全厂断电事故。应急堆芯冷却系统失去对堆芯的冷却，堆芯的释热导致一回路水温、压力持续升高。压力容器水位逐渐降低，导致燃料组件裸露并发生熔毁，大量反射性物质外泄，对周边环境造成放射性污染。高温的水蒸气还与锆合金包壳发生反应产生大量氢气，导致后续的氢氧复合爆炸。福岛事故成为了继三哩岛和切尔诺贝利核事故后又一大震惊世界的核事故，再次给核电行业敲响了警钟，证明了地震、海啸这种极端事故叠加导致全厂断电的超设计基准的事故是可能发生的。本文从一名核电从业者的角度对福岛事故后秦山核电一厂在应对SBO事故中的诸项举措进行简要分析，与大家交流学习。
1 SBO事故简要分析
假设秦山核电厂在极端恶劣的自然灾害下发生全厂断电，失去全部厂外电源后，发电机带厂用电失败。应急柴油发电机组瘫痪，反应堆停堆。
如果此时柴油机辅助给水泵无法启动，蒸发器将丧失全部给水，二次侧出现烧干，自然循环中断，压力逐渐上升，大气释放阀和安全阀打开向外界排汽。随着二次侧热阱的丧失，一回路热量无法及时排出，一回路压力急剧上升，导致稳压器卸压阀、安全阀开启。大量冷却剂排放至安全壳中，水和蒸汽在安全壳内迅速扩散导致安全壳内压力迅速上升。一回路的高温冷却水很快威胁到主泵密封，热应力使得主泵密封的完整性丧失，从而形成一回路破口。由于一回路冷却剂通过主泵轴封破口和安全阀的流失，一回路水装量不断减少，导致堆芯裸露，在衰变热的作用下堆芯部件的温度升高，由于主泵轴封处的泄漏也使压力容器内压力迅速降低，如果一回路压力降到安注箱启动压力阈值，安注箱启动向一回路冷管段注入含硼水，进而使堆芯水位出现振荡。随着安注箱的排空，一回路水装量无法得到补充，堆芯余热没有及时排出，燃料温度上升导致堆芯熔化并坍塌。如果没有实行事故缓解措施，堆芯熔化最终会引起堆芯熔融物塌落到压力容器下封头，威胁到压力容器的完整性。同时锆合金与水蒸汽发生剧烈反应，产生大量氢气，在安全壳内不断积聚，最终可能发生氢爆，使安全壳超压失效，导致放射性物质无法控制。
2如果交流电源长时间无法恢复，柴油机辅助给水泵可用，设法建立主系统自然循环，建立主系统自然循环后主系统温度可控，但主泵轴封和主系统部分管线无法隔离，一回路冷却剂通过主泵轴封破口处流失，主系统水装量无法维持，待安注箱水注完后，无法再恢复水装量，可能依然会导致堆芯裸露
3秦山一厂SBO应对措施
根据秦山一厂规程《ECA-0.0丧失全部交流电源》指导，需稳定电厂状态，设法恢复应急柴油发电机组的运行，恢复至少一路外电源，尽快隔离主泵轴封回流管道和主系统快速冷却降压。
值长根据应急行动水平及应急初始条件判断应急状态：
应急待命：安全母线上全部厂外电源丧失，时间超过15分钟；
厂房应急：只有一路交流电源可用，以致任何单个交流电源供电失效都将导致全厂断电， 时间超过15分钟；
场区应急：丧失全部厂内和厂外交流电源，时间超过15分钟；
场外应急：长时间丧失全部厂内和厂外交流电源；
操纵员设法恢复应急柴油发电机组的运行，密切监视EDG运行状态，若EDG自/手动均启动不成功，则立即组织抢修，尽快恢复EDG的运行，恢复6KV安全母线供电。通知一回路隔离主泵轴封回流管线，防止冷却剂通过轴封回流管线泄漏、主系统水装量减少。
关注乏池水位及温度，废燃料池的液位下降而电源短时无法恢复，如燃料通道有水，则用吊桶将其中的水打至废燃料池。如燃料通道没有水，则打开废燃料池净化泵出口放气阀，组织人力接水，运往废燃料池，确保废燃料池水位。
若柴油机辅助给水泵可用，利用柴油机辅助给水泵建立主系统有效自然循环，主系统快速冷却降压。若柴油机辅助给水泵不可用，可考虑在适当时候开启稳压器泄压阀，对主系统进行卸压，以便安注箱水尽早注入。
切除部分一回路直流蓄电池负荷，如部分厂房照明，以延长一回路直流蓄电池供电时间；若一回路直流蓄电池电压下降，切除二回路直流负荷，停用一回路直流蓄电池，并将一回路直流B母/二回路直流联络运行。
若一回路压力边界泄漏，短期内无法恢复供电，安全壳内压力以及氢气浓度将逐渐上升，安全壳存在放射性物质外泄和氢爆的风险。应考虑派人手动开启消氢系统管路阀门，若安全壳内压力上升及氢气积聚，则通过消氢风机利用静压向烟囱排气，消除氢爆的危险。
监视关键安全功能状态数，若出现“二次热阱”关键安全功能状态树的红灯工况，执行规程《失去二次热阱响应》。
通过外部手段征调消防车：如乏池长时间失去冷却，则考虑利用消防车向乏池注水，保证乏池的水装量。若柴油机辅助给水泵无法启动或启动后失效，则考虑通过消防车从向SG注入消防水。并根据情况开启大气释放阀，降低SG二次侧背压以使得消防水能够顺利注入SG。
尽快调用移动式电源，根据电源容量及电压等级接入安全级交流配电系统。
4福岛核事故后改进方向
4.1 增设AAC电源
为提高核电厂应对SBO的能力，除应急柴油机发电机组作为核电厂应急备用电源外，考虑增设AAC电源，作为失去全厂交流电源工况下，及时向能确保反应堆安全停堆及反应堆余热的排出，保证安全壳的适当完整性的载荷供电的电源。AAC电源为非1E级柴油发电机系统，采用和应急柴油发电机组不同型式的产品，最大限度地降低或消除共因故障。AAC电源具有接入一个或多个安全母线的手段，并且至少保证8小时满功率运行的能力，具有独立的燃油供应系统、冷却水系统、通风系统及压缩空气启动系统。
4.2 增设非能动消氢
非能动氢复合器为非能动设备，没有任何转动部件，也不需要电源或其他支持系统。布置在安全壳内各个隔间。电站正常运行工况，非能动氢复合器处于备用状态。严重事故后，一旦安全壳内氢浓度超过复合器的启动阈值，复合器将自动启动，在催化剂作用下利用氢氧复合原理去除安全壳大气中的氢气，保证安全壳内的氢气浓度不超过爆炸限值，不会发生威胁安全壳完整性的氢爆燃或爆炸。
福岛事件后，秦山一厂计划对消氢系统进行改造，增设非能动消氢器保障消氢系统满足：1）在设计基准事故后，安全壳内的氢气浓度保持在最低可燃浓度以下；2）在严重事故后，即使 100%燃料包壳金属-水反应产生的氢气在安全壳内均匀分布的浓度也不超过 10%，不会发生威胁安全壳完整性的氢气爆燃或爆炸，以保证维持安全壳结构的完整性。
4.3 主泵轴封供水系统
在发生SBO时，丧失了冷却水，一回路高温水很快威胁到主泵轴密封，导致主泵密封的完整性丧失，从而形成一回路破口，一回路水装量不断减少造成堆芯裸露。为此考虑增设SBO情况下的主泵轴封供水系统。轴封注水泵由柴油机独立供电，柴油机容量按照160KW设计，放置在02#厂房西大门外。
4.4 一回路应急补水
考虑到在上述SBO事故工况下，当安注箱注水完成后，主系统丧失了冷却水，导致堆芯熔化，秦山一厂计划进行二回路向一回路注水改造，其注入路径为通过管道将二回路注水泵接在安注泵出口管线处，然后通过安注管线注入堆芯，其流量相当于辅助给水泵流量。二回路补水的水源首选仍用应急水箱和除盐水箱，该注入方式可以通过显热吸收堆芯衰变热，从而使得堆芯升温速率变慢，避免造成事故无法控制状态。
4.5安全壳卸压系统
安全壳作为阻止放射性物质释放到外界环境的最后一道屏障，如何保证严重事故时安全壳的完整性，是重中之重的问题，秦山一厂控制安全壳内压力的通风系统为安全壳清洗进风系统和安全壳清洗排风系统。
大风量系统在反应堆冷停堆及换料检修期间运行，小风量系统在反应堆功率运行期间间歇运行。此系统的风管在安全壳内外各设置了安全壳隔离阀，阀门形式为失效关闭，且隔离阀为能动部件，即需要电源供给来开启。
即当丧失电源时，安全壳隔离阀处于关闭状态。福岛事件之后，基于现有通风系统无法控制安全壳内的压力状况。特委托相关设计院对增设安全壳卸压系统的必要性进行分析，设计院在考虑到上述AAC电源的增设，一回路补水系统的改造后等措施，认为事故后的3天内，即使出现安全壳内压力超出安全壳设计压力的情况，但远未达到安全壳最大承载压力。
根据保守的外推，安全壳在严重事故5.5天后达到其最大承载压力。
5总结
通过以上对秦山一厂30万机组面对SBO现有应对措施的分析和针对性改进方向的介绍，随着核安全意识的提高和各种整改措施的有效实施，秦山核电一厂将大大提高应对SBO和各种严重事故的能力，保障核电机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]蔡剑平，梁军等.技术规格书.
[2]秦山核电厂最终安全分析报告.
[3]万新勇.功率运行期间全厂断电应急预案.
[4]上海核工程研究设计院. 非能动氢复合器采购规范书.
[5]上海核工程研究设计院.增设严重事故工况下安全壳卸压系统必要性评估报告.
[6]728院.一回路应急补水方式可行性研究与改进项目设计方案.
[7]上海核工程研究设计院.C-2项目AAC电源系统.