一種電源系統喪失及後果的分析方法與流程
2023-10-04 23:02:14
本發明屬於核電廠設計技術，具體涉及一種核電廠電源系統喪失及後果的分析方法。
背景技術：
核電廠一般基於成熟技術和安全考慮，或批量建設，或參考小改建設。對於壓水堆系列核電廠，電廠的系統和設備設施設計，包括電源系統的設計大致相同。同時，核電廠的運行規程，包括電源系統相關的運行規程的制定也是參考小改，沒有進行支持分析的需求。隨著核電技術的發展，核電廠的系統設備設計並不是一成不變。但由於核電廠安全的重要性，人們往往對設計改進持非常謹慎的態度。這其中有一種核安全文化的概念，即採用經過實踐檢驗的技術是最安全的。另外，如何論證新技術的安全性和可靠性，如何評價新技術存在的風險，這也是對設計提出的比較確實的挑戰。對於電源系統設計改進或者其相關的異常處理方法的改變，也存在這樣的設計難題。電源系統是核電站的重要組成部分，包括中低壓交流電源系統和直流電源系統，其功能是向核電站所有用電負荷供電。涉及的用電負荷廣泛，包括了安全級和非安全級的電氣機械設備和控制機櫃。電源系統喪失影響到反應堆冷卻劑系統、反應堆保護系統響應、核安全和輔助系統、二迴路系統、發電輸電系統和廠內電氣系統等全廠範圍方面的安全和運行。可見，電源系統的設計和可靠性，直接影響著核電站的安全和運行，需要制定完備的電源系統喪失的異常處理方法加以應對風險。對於技術進步等原因採用不同電源供應系統的設計，則帶來了設計合理性的問題，而且從縱深防禦方面來說，帶來了新設計的影響特別是喪失後果變化和處理方法的問題。核電站的電源系統組成複雜，其供電負荷多種多樣，其中包括與核電站安全相關的反應堆停堆保護系統、專設安全設施，以及控制事故發展的系統和設備運行。由此可見，核電站電源系統的可靠性影響著核電站的安全，特別是對於電源系統喪失的影響，應進行全面分析、梳理關鍵後果，對電源系統及其供電設計進行評價，同時提出應對方案，用於有針對性地制定運行規程。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對核電廠電源系統設計的需要，提供一種電源系統喪失及後果的分析方法，從而解決電源系統設計改動帶來的不確定性影響。該方法可以有效避免各專業之間系統設計和電氣設計相對獨立而產生的設計考慮不周的情況，可以作為供電設計的一種補充設計方式。本發明的技術方案如下：一種電源系統喪失及後果的分析方法，包括如下步驟：（1）分析電源系統結構和可能發生的故障；（2）分析列出電源系統的所有用戶；（3）基於供電開關種類設計，獲得各用戶設備的供電狀況；（4）從供電狀況，結合用戶本身設備種類，得到用戶設備運行狀況；（5）分析用戶設備所在系統或子系統功能由於用戶設備運行狀況變化的響應和影響；（6）對與電源系統相關聯的眾多系統或子系統功能響應和影響進行綜合分析和評價，得到該電源系統喪失的關鍵後果；（7）如果發現電源系統喪失引起的關鍵後果超出核電廠的設計要求和指標，則進一步研究設計修改完善的可能性，提出設計完善方案；（8）形成研究分析報告，用於異常運行處理規程制定。進一步，如上所述的電源系統喪失及後果的分析方法，其中，步驟（1）中所述的可能發生的故障包括失去交流電源、交流和直流母線短路、充電器故障、母線電壓低。進一步，如上所述的電源系統喪失及後果的分析方法，其中，步驟（3）中所述的供電狀況包括受電或失電。進一步，如上所述的電源系統喪失及後果的分析方法，其中，步驟（4）中所述的用戶設備運行狀況包括保持當前運行狀況或停止運行，以及是否可監控。本發明的有益效果如下：1、可以用於研究和評價設計變化的可靠性和風險，以結果導向的方式驗證新技術或技術改進的適用性，從而保證核電廠的安全性。2、對電源系統全面和有條理的分析和研究，可以得到完善的、分解性的電源系統全方位的闡述資料，為其制定異常運行規程提供了理想輸入，可以保證運行規程制定的正確性。3、綜合分析和評價，可以起到反向設計的作用，有利於進一步保證電源系統設計的合理性，甚至起到推動採用新設計的作用。4、應用該電源系統喪失及後果的分析方法得到的材料，可以用於學習培訓目的，提高對電源系統和核電廠其他系統、設計和運行領域之間聯繫的認識。附圖說明圖1為本發明的方法流程圖。具體實施方式如圖1所示，本發明所提供的電源系統喪失及後果的分析方法，包括如下步驟：（1）分析電源系統結構和可能發生的故障；（2）分析列出電源系統的所有用戶；（3）基於供電開關種類設計，獲得各用戶設備的供電狀況，包括受電或失電；（4）從供電狀況，結合用戶本身設備種類，得到用戶設備運行狀況，包括保持當前運行狀況或停止運行，以及是否可監控；（5）分析用戶設備所在系統或子系統功能由於用戶設備運行狀況變化的響應和影響；（6）對與電源系統相關聯的眾多系統或子系統功能響應和影響進行綜合分析和評價，得到該電源系統喪失的關鍵後果；關鍵後果指對核電廠的生產運行造成影響程度較高的後果，甚至影響安全。例如會造成電廠處於較大的瞬態（如緊急停堆），這對設備是不利的，儘管有的無法避免，但不應超過設計初衷；再例如造成核電廠運行方式比較大的變化，如由於主泵停運，主迴路從強迫循環運行變為了自然循環，降溫降壓的方式就會發生改變。（7）如果發現電源系統喪失引起的關鍵後果超出核電廠的設計要求和指標，則進一步研究設計修改完善的可能性，提出設計完善方案；（8）形成研究分析報告，用於異常運行處理規程制定。應用這項電源系統喪失及後果的分析方法，可以解決設計改動帶來的不確定性影響。這種分析方法建立了系統性的評價方式，從更全局的角度對設計進行考量，可以有效避免各專業之間系統設計和電氣設計相對獨立而產生的設計考慮不周的情況，可以作為供電設計的一種補充設計方式。同時，此項技術可以用於核電站異常處理方法制定的領域，包括核電站異常處理方法變更，用於研究電源系統喪失的影響和故障運行是否可接受、可控制、可處理，解決運行規程編寫依據的問題。由於此項技術提供了一種強有力的分析和評價，它還可以起到消除核電站設計中是否採用新電源系統設計和結構的顧慮的作用。本方法可以用於核電廠所有電源系統的研究和評價，包括：6.6kV動力電源、220VUPS電源、125V(或110V)直流電源、48V直流電源。下面以125V直流電源系統喪失為例，對本發明進行詳細描述。首先研究125V直流電源系統的設計組成和功能。125V直流系統，分為A列和B列。每列電源由兩臺充電器和一個蓄電池組組成。兩臺充電器並行運行，其中一個充電器由380V應急交流電源供電，當一臺充電器發生故障時，自動切換到另一臺。蓄電池組端電壓維持不變，或者處於浮充狀態。正常運行時，電池僅需提供瞬時尖峰負荷。主要向以下用戶提供125V直流電：6.6kV斷路器的儲能電機和控制線圈、6.6kV和380V交流接觸器的控制線圈、6.6kV和380V交流配電盤儀表、控制棒電源系統和反應堆保護系統的控制電源、220VUPS逆變器。研究125V直流電源系統故障，包括失去交流電源、交流和直流母線短路、充電器故障、母線電壓低。其中，直流母線短路和母線電壓低將導致125V直流電源系統喪失。喪失故障可以通過電壓低故障報警診斷，並通過停堆斷路器故障等信號確認。研究用戶設備運行狀態。根據125V直流配電盤出線表，分析列出用戶負荷和其供電開關類型。其中用戶為配電盤的，進一步從中壓或低壓配電盤出線表找出具體用戶設備。供電開關類型有斷路器、接觸器、閉鎖型接觸器，喪失125V控制電源時其動作分別為：保持原位、斷開、保持原位。機械設備方面，失去125V時轉動設備（如泵、風機）電機跳閘，電動閥門保持原位。研究電廠系統的運行後果和響應。用戶設備的運行狀態影響所在系統的功能，包括主要的電氣系統和設備：主變壓器、汽輪發電機組、中壓電源系統自動動作、控制棒電源系統；機械系統和設備有：反應堆冷卻劑系統三臺主泵，化學和容積控制系統A列上充泵，安全廠用水和設備冷卻水系統、輔助給水系統、蒸汽排放系統、反應堆硼和水補給系統等。根據上述125V電源喪失的後果和響應，主要從廠外主電源喪失和部分中壓電源切換到由輔助電源供電、汽輪發電機組跳閘、控制棒電源系統和反應堆保護系統、主泵停運、A列廠用設備停運等方面進行綜合分析，這些後果涉及到汽輪機跳閘、控制棒落下和緊急停堆、自然循環、A/B列設備切換等關鍵後果。對於125V直流電源系統，失去125VA列，會導致汽輪發電機組跳閘、電網線路斷路器跳閘、控制棒電源系統失電、A列上充泵停運、A列設備冷卻水泵停運、主控室通風A列風機停運等等。汽輪機跳閘對於二迴路運行來說是關鍵後果，意味著二迴路運行改變，包括冷凝器運行、給水供應、蒸汽排放。電網線路斷路器跳閘，導致電廠廠外主電源喪失，6.6kV中壓配電盤自動切換到輔助電源，這是對電氣系統運行的關鍵後果。控制棒電源系統失電會導致控制棒落下、即緊急停堆，也是關鍵後果。而A列上充泵停運的影響比較局限在系統級，可以通過切換到投運B列上充泵處理。A列設備冷卻水泵停運，意味著A列廠用設備運行受影響，這涉及眾多設備要切換到B列，影響也較大。對於電源喪失處理來說，總的應對方案就需要考慮上述汽輪發電機組跳閘、電網線路斷路器跳閘、控制棒電源系統失電、A列設備冷卻水泵停運這些關鍵後果提出。進而，主要從瞬態事件分類和事故後運行操作可行性和複雜性等方面進行後果綜合評價。瞬態事件分類方面，電源系統喪失事件一般屬於二類工況，計算分析結果應滿足二類工況準則，不應導致更高層次事故發生。事故後運行操作可行性方面，首先是執行反應堆安全功能的系統和設備的可運行性和替補手段，其次是保障這些系統和設備運行操作的系統和設備的可運行性，以及有關系統和設備的恢復和維修要求。如果綜合分析和評價認為電源系統喪失導致了運行操作過於繁瑣或複雜或者安全退防狀態不穩定，則應從供電設計和用戶系統設計上研究改善的可行性。這種設計改善可能是系統級的或者是設備級的。經過全面的研究分析，結合異常運行處理方法要求，編纂分析評價報告，可以作為依據用於編制異常處理方法，藉此確定響應策略和處理方法。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其同等技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。