核电厂安全系统冗余度研究

核电厂安全系统冗余度研究

樊晓辉 吴绳龙

福建福清核电有限公司 福建省福州市 350300

摘要：本文主要对核电厂安全系统的冗余度概念进行分析和澄清，并对国际上的安全系统以及冗余度进行简单介绍，对冗余度与运行灵活性之间的关系进行分析，在冗余度研究的过程中应该以我国以及国际的核安全法规以及相关的文件作为研究的基础保障，对此，笔者主要以冗余度的概念以及核电机型的安全系统进行分析，并对安全系统冗余度以及运行灵活性进行分析，对其相关的规定和要求进行阐述。

关键词：核电厂，安全系统，冗余度

引言：

核安全是核电厂在设计过程中的主要工作内容，并对核电厂的设计安全性进行评分，确保符合核安全的目标，以主要分析方法以确定论以及概率论为主。根据冗余性能够引出冗余度的概念，在实际运行中技术人员对冗余度的重要性以及认知概念存在一定的偏差，应该将冗余度作为安全系统优化配置的基础方案以及重要的决定因素，对此，应该对核电厂安全系统的冗余度概念进行明确阐述，并针对以上提出的两种方案选择合适的安全系统。

1冗余度的概念

在对安全系统进行冗余度设置的过程中可以按照单一故障的要求原则开展，并通过相关的说法进行指代，如若核电厂在运行的过程中某项功能对安全要求较高，在设计的过程中都要增加一套配置，其设计的冗余度可以表示为N+1，如若多增加两套配置，其表示为N+2。冗余度的表示方法知识俗成的表示方法，并没有专业的文献对其进行严格的定义，对此N的表示概念为完成特定安全所需要的最少配套设备。从深层含义进行分析和理解，在核电站运行的过程中安全系列有可能会出现实效问题，至少需要另外一个或多个安全系列进而保障其运行安全，进而可以将其成为安全功能运行所需要的最少设备。

在冗余度计算的过程中不能够将安全系列的数量作为冗余度计算的要求标准，要结合系统运行以及设计进行合理的判断。在设计中要保障有两个安注系列才能够确保其设备使用的安全功能，在每个系列上都都具有较多的注入点，冗余度在确定的过程中要保障安全系统设计的基本要求，进而才能够保障其运行安全和稳定。

2主要核电机型的安全系统冗余度

从以上内容对安全系统冗余度概念的分析，核电机型在选择的过程中也应该对国际上的安全系统冗余度要求标准进行了解，并参照到机型选择上。同一个堆型期间，安全系统包含一个安全系统以及多个子系统，其之间的安全系列配置都存在一定的区别。安注系统与回路的压力边界连接，进而要对单一故障的动能设备进行考虑，并对能动安注字系统的配置进行合理分析。对三环路压水堆进行分析，安全系统配置在设计的过程中应该考虑母管设计为标准，两种配置的冗余度相同，符合单一故障准则的设计要求标准。如若一个系列满足其设计要求，另一列就能够以百分百的容量进入到环路的堆芯中。三个安注系列分别与三个环路进行连接，如若一个系列出现失效问题，另一个系列符合设计要求，剩余的一个系列也能够满足执行的容量要求标准。二环路以及四环路压水堆安全系统配置也以母管设计为标准，如若一个系列为维修状态，另一个系列也因为事件问题处于失效状态，第三个系列为单一故障，剩余的一个系列也能够正常投入使用，并进行安全功能系统运行。其配置在设计以及使用的过程中能够进行安全系统设备的运行维修，以保障其运行的要求标准，也能够提高运行的安全。通过以上内容的分析以及定义，N+1的设计标准主要以实现单一故障准则。N+2的设计标准主要是实现在线维修工作。通过对以上配置方案的分析，允许安全系统设备在线维修的情况下冗余度可以设计为N+1合理。

3安全系统冗余度与运行灵活性

不同的冗余度对核电厂运行的灵活性会产生直接的影响，对此，笔者主要对其运行灵活性产生的影响进行详细分析，为核电厂安全系统安全运行奠定良好的基础保障。

3.1故障维修灵活性

故障维修主要是针对核电站正常运行的状态下进行维修，在核电站运行的状况下突然某一设备出现故障需要对其设备进行维修，其故障维修工作较为简单，也容易在维修中对故障进行修复。在冗余度为N+1的核电厂运行技术修复工作中主要有以下几点要求。其一，同一个系列不可用的修复工作中应该在三天之内对其进行维修，如若超出三天的范围应该进行停堆后撤处理。其二，两个系列以上存在不可用的维修过程中应该在一个小时以内进行停堆后撤。核电厂在运行的过程中其故障存在随机性，操作人员和维修人员的维修时间为三天，三天的时间范围可以对常见性故障进行维修。在冗余度为N+2核电厂安全设备发生故障对其进行维修的过程中也有以下几点要求。其一，同一个系列出现不可运行的过程中其检修时间为一个月，如若在规定期限没有完成维修工作应该开展停堆后撤。其二，两个系列及以上不可运行期间，应该在一个小时之内开展停堆后撤。其核电厂的维修运行时间为一个月，通常情况下能够对故障进行有效维修。

3.2预防性维修灵活性

预防性维修主要是提高设备运行的可靠性为基础工作对核电厂相关设备进行检查以及零件老化、损坏更换，其维修工作需要的时间较长，工作量较大。在N+1冗余度核电厂预防性维修工作中，可以对能动设备进行预防性维修工作，不会影响设备的正常运行。在N+2冗余度核电厂设备维修的工作所需时间较长，换料大修的期间内不能对所有能动设备完成维修工作，但可以减少一个系列的维修工作。

4安注系列的母管问题

三环路压水堆安注系统属于N+1冗余度配置，符合单一故障的运行设计要求标准，每个安注系列在设计的过程中要注重对注入点的数量进行分析，确保设计的合理性。安注系列在配置的过程中主要以母管设计为要求，确保每个系列最少拥有一个注入点，进而能够有效避免在始发时间产生之后仍然有安全系列稳定运行。三个系列独立的进行环路连接，每个系列都要保障具备一个注入点，其配置设计方案也能够符合冗余度的要求标准，也能够保障其设备运行的安全。两个系列的母管方案在设计的过程中也有多种设计方式，第一种设计以安全系列管线为主进行子管分开，将不同系列的子管合并为母管，之后注入到同一个环路之后。第二种设计为将两个安全系列管线进行合并，之后分出子管分别注入环路中。

5相关规定和要求

5.1我国核安全法规

我国有关核安全设计的法规中对冗余度没有明确的要求 标准，但在设计的过程中以及核电厂运行的过程中都会利用较多中措施保障核动力安全，进而对安全系统进行合理的维修和试验，原则上冗余度的方案是对核电站运行技术的明确要求标准，对此N+1的冗余度标准能够满足其要求。在非能动部件的单一故障的要求标准下，对非能动部件在设计、制造以及维修的过程中其要求标准都较高，也要保障其不会受到假设事发事件的影响，进而保障核电厂的安全运行。

5.2IAEA核安全标准

在2016版的核电厂安全设计要求标准中没有详细的冗余度要求标准，但在设计的过程中要确保安全系统的运行稳定，更要保障其在线维修以及试验工作被删除，但对于非能动部件单一故障的规定要求仍然依旧，要确保其不会受到始发事件的影响。

5.3我国行业标准

核动力院以及核电厂公司对核电厂的单一故障准则中明确提出，事故长期发生的过程中要对单一故障以及非能动故障问题进行分析排除，如若非动能故障经过检测发现其处于泄露状态，就应该对故障泄露流量进行统计，并制定合理的维修方案，以保障运行的安全。

结束语：

在核电厂安全系统运行以及设计的过程中要对冗余度进行重视，并根据核电厂设计的实际要求以及运行安全要求标准对冗余度进行合理的控制，提高冗余度的合理性的同时也能够满足核电厂安全运行的强制性要求，也保障核电厂各个设备运行灵活的要求标准，核电厂运行更为安全稳定，也能够保障其经济效益，对社会安定发展也能够奠定良好的基础保障。

参考文献；

[1] 张宁,郑华,牛文华,等.核电厂安全系统的系列配置对可靠性与机组安全的影响方案研究[J].核安全.2014,(4):16.

[2] "第二代改进型核电厂安全水平的综合评估"课题组.第二代改进型核电厂安全水平的综合评估[J].核安全.2007,(4):1.