CN103065694A - 核电厂严重事故仪表可用性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种适用于核电厂严重事故下仪表可用性的分析方法。该方法首先应确定严重事故管理所需设备、仪表清单，然后确定严重事故下这些设备、监测仪表可能所处的环境条件，根据仪表分析要素，结合严重事故环境条件，选择基于环境条件包络值的分析方法或者基于时间窗口及环境条件曲线的分析方法对仪表进行可用性分析。本发明的分析结论可用于指导运行核电厂进行系统化的严重事故薄弱环节评估，寻求合理可行的改进措施，增强严重事故管理，进一步提高运行核电厂的总体安全水平。

Description

核电厂严重事故仪表可用性分析方法
技术领域
本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种适用于核电厂严重事故下仪表可用性的分析方法。
背景技术
我国的核安全法规对严重事故条件下的核电厂状态监视有明确的要求。ＨＡＦ102《核动力厂设计安全规定》中，在仪表、控制和控制室设计方面，6.4.1.2节要求“仪表和记录装置必须足以为严重事故期间确定核动力厂状态和为事故管理期间作出决策提供尽实际可能的信息”。
为了满足核安全法规要求，提高核安全水平，考虑严重事故下的仪表的可用性，是确保为操作员提供真实可信的监视手段和所需的信息所必要的。
同时，为了使严重事故管理导则能够有效地在实际的严重事故工况发挥作用，需要对严重事故管理所需的设备、监测仪表在严重事故工况下的可用性进行分析评估，这关系到严重事故管理导则中的严重事故管理策略在实际中能否真正实现。
但在核电厂的设计阶段，世界各国对严重事故的研究尚处于起步阶段，电站原始设计对严重事故对策的设计考虑仅是初步的和不完整的。
随着对核电厂严重事故下仪表可用性分析认识的深入，虽展开了在现有条件下进行的仪表可用性分析，但是仅在仪表鉴定条件与严重事故环境条件包络值之间进行了对比，并不能充分分析在严重事故后需要仪表投入运行且执行功能的阶段是否明确可用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于核电厂严重事故下仪表可用性的分析方法，能够对运行及在建电站的严重事故用仪表进行可用性分析。
本发明的技术方案如下：一种核电厂严重事故仪表可用性分析方法，包括如下步骤：
（1）确定严重事故管理所需设备、监测仪表清单；
（2）确定严重事故下所述设备、监测仪表所处的环境条件；
（3）根据环境条件是否随时间变化的特点，确定进行仪表可用性分析方法的类型；
（4）确定仪表可用性分析的要素；
（5）根据确定的分析方法的类型和分析要素，对仪表进行可用性分析。
进一步，如上所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，步骤（3）中所述的分析方法的类型包括基于环境条件包络值的分析方法、基于时间窗口及环境条件曲线的分析方法。
进一步，如上所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，步骤（4）中所述的分析要素包括仪表安装布置情况、仪表可用时间窗口、仪表供电情况、信号采集和处理、仪表鉴定情况以及仪表工作原理。
进一步，如上所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，步骤（5）中采用基于环境条件包络值的分析方法如下：首先需要确定仪表安装位置的严重事故环境条件边界值，将其与仪表鉴定试验数据或严重事故环境条件曲线中的极值进行比较，如鉴定试验数据可以完全包络严重事故的环境条件边界值，则可以证明仪表可以耐受严重事故的环境条件，具备进一步根据其它要素进行分析的前提；确定仪表鉴定试验数据可以包络严重事故环境条件边界值后，进而通过严重事故工况下仪表安装位置是否存在水淹风险、仪表供电是否可靠、电缆鉴定及连接情况以及贯穿件鉴定（如适用）情况来判断在严重事故下，仪表测量信号能否正确传递到指定位置，提供必需的信息。
进一步，如上所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，步骤（5）中采用基于时间窗口及环境条件曲线的分析方法如下：严重事故序列中采用以确定的时间窗口为基础进行分析，针对严重事故发展的不同阶段定义不同的时间窗口，给出每个时间窗口的环境条件边界值并定义在该时间窗口内的仪表是用于诊断、趋势显示还是执行其功能，对于要求正确执行功能的仪表还要给出执行功能的持续时间；时间窗口定义后，分别给出安全壳内、安全壳外严重事故环境条件各参数的包络曲线，对于辐照，需明确剂量率和累积剂量，结合仪表持续可用的时间将仪表鉴定的试验曲线或数据与严重事故环境条件曲线进行详细的对比，通过曲线的包络程度来评价仪表在该时间窗口内的可用性。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的分析方法通过对严重事故环境条件和仪表的特性通过必要的试验和充分的分析，对仪表是否能在严重事故需要该仪表正确执行功能期间执行其功能的能力进行评价，并将严重事故仪表可用性的分析结论为完全可用、趋势可用以及不可用。完全可用是指仪表按照严重事故环境条件要求进行了环境忍耐性试验，各项指标均满足要求，确保可在严重事故下能够正常工作；趋势可用是指仪表的鉴定低于严重事故环境条件要求，但仪表可以在需要工作的时间窗口内持续稳定工作一段时间；不可用指仪表的鉴定低于严重事故环境条件要求，且未到仪表需要工作的时间窗口时仪表已不能正常工作。本发明可用于指导运行核电厂进行系统化的严重事故薄弱环节评估，寻求合理可行的改进措施，增强严重事故管理，进一步提高运行核电厂的总体安全水平。
附图说明
图1为严重事故仪表可用性分析方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明所提供的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，包括如下步骤：
（1）确定严重事故管理所需设备、监测仪表清单；
（2）确定严重事故下所述设备、监测仪表所处的环境条件；
（3）根据环境条件是否随时间变化的特点，确定进行仪表可用性分析方法的类型；
（4）确定仪表可用性分析的要素；
（5）根据确定的分析方法的类型和分析要素，对仪表进行可用性分析。
该方法首先应确定严重事故管理所需设备、仪表清单。严重事故下需要使用的设备和仪表是根据严重事故的缓解需要确定的，具体表现为在严重事故管理导则的执行过程中所需的支持设备和仪表。
另外根据严重事故管理能用则用的原则，在发生严重事故后，考虑电厂的已有能力，包括超越其预定功能和设计基准时利用某些系统的可能，以及利用某些专设系统使电厂恢复到受控状态并减轻事故的后果，即为了缓解严重事故，可动用一切可使用的系统和设备，包括核级以及非核级的系统和设备。这些设备和仪表在严重事故下能否可用直接关系到严重事故管理的可行性和有效性，是进行事故缓解的基础。
而后，为了完成严重事故下重要设备、监测仪表的可用性评估，必须确定严重事故下这些设备、监测仪表可能所处的环境条件。
仪表可用性分析的要素主要包括：仪表安装布置情况、仪表可用时间窗口、仪表供电情况、信号采集和处理、仪表鉴定情况以及仪表工作原理。
根据仪表鉴定情况等分析要素，结合严重事故环境条件，选择基于环境条件包络值的分析方法或者基于时间窗口及环境条件曲线的分析方法对仪表进行可用性分析。
基于环境条件包络值的分析方法：在进行仪表可用性分析时首先需要确定仪表装位置的严重事故环境条件边界值，将其与仪表鉴定试验数据或曲线中的极值进行比较，如鉴定数据可以完全包络严重事故的环境条件边界值，则可以证明仪表可以耐受严重事故的环境条件，具备进一步根据其它要素进行分析的前提。但值得注意的是，仪表的鉴定条件极值通常是根据特定标准确定后而应用于仪表型式试验的，并不是仪表真正可以耐受的条件极值，所以即使鉴定极值不能完全包络环境条件的边界值，也不能说明仪表不可用。可以通过补充试验/鉴定的方法或者分析其失效机理以及对仪表在事故中应用的时间窗口进一步评估其可用性。确定仪表鉴定试验数据可以包络严重事故环境条件边界值后，进而通过严重事故工况下仪表安装位置是否存在水淹风险、仪表供电是否可靠、电缆鉴定及连接情况以及贯穿件鉴定（如适用）情况来判断在严重事故下，仪表测量信号能否正确传递到指定位置，提供必需的信息。
基于时间窗口及环境条件曲线的方法：严重事故序列中采用以确定的时间窗口为基础进行分析是该方法的前提条件。应针对严重事故发展的不同阶段定义不同的时间窗口，给出每个时间窗口的环境条件边界值并定义在该时间窗口内的仪表是用于诊断、趋势显示还是执行其功能，对于要求正确执行功能的仪表还要给出执行功能的持续时间。时间窗口定义后，还应分别给出安全壳内、安全壳外严重事故环境条件各参数的包络曲线，对于辐照，需明确剂量率和累积剂量。严重事故仪表可用性分析可以结合仪表持续可用的时间将仪表鉴定的试验曲线或数据与严重事故环境条件曲线进行详细的对比，通过曲线的包络程度来评价仪表在该时间窗口内的可用性。
最终需要确定进行仪表可用性分析的要素及方法，由于严重事故期间辐照剂量明显增加，安全壳内产生大量高温、高压蒸汽和可燃气体，这种恶劣的环境条件可能会造成安全壳内仪表的失效。
实施例
以福清核电厂一期工程为例，对本发明的实现方式进行进一步的描述。
1、仪表清单确定
根据严重事故管理导则、严重事故现象分析以及电厂的具体设计情况确定的设备和仪表清单如下：
Figure BDA00002638377400061
2、环境条件
严重事故环境条件为：
由于目前该项目严重事故序列中并未以确定的时间窗口为基础进行分析，且提供的环境条件仅为各项参数的包络值。在目前已经确定的条件下，采用环境条件包络值的分析方法。
3、仪表各要素分析
下面以安全壳地坑水位使用的仪表EAS003MN，EAS004MN为例，通过对仪表安装布置位置、仪表供电情况、仪表信号的采集和处理、仪表试验鉴定情况、显示地点及方式几个方面进行严重事故工况下的可用性分析举例。
EAS003MN,EAS004MN安装在安全壳内1R130、2R160房间（辐射分区为黄区）地坑的抗震仪表支架上，仪表架底标高为-1200mm，根据CA-5安全壳水位与体积中考虑换料水箱+安注箱注水对应的安全壳水位为-1750mm，因此该安装位置可以保证仪表在严重事事故工况下不会被水淹没。地坑下部侧壁安装有托架，固定毛细管远传膜片。托架上部装有保护管用来保护毛细管不被损坏，另外还可避免地坑液位波动带来毛细管位置变化对测量产生影响。EAS003MN、EAS004MN分属不同的保护组IP、IVP。
EAS003、004MN分别由保护组IP、IVP DCS机柜供电。
地坑液位信号由变送器输出经K1接线盒及K1电缆转接至电气贯穿件。EAS003MN、EAS004MN分属两个保护组、安全列，他们之间进行了实体、电气隔离，电缆沿不同的路径、不同的防火区域敷设在封闭的桥架内。信号经隔离分配后分别送入保护组IP,IVP机柜KCS013AR、KCS043AR进行处理后送非安全级的全功能工作站KIC指示，同时也送安全级工作站SVDU进行显示；为进一步确保指示的可靠，主控制室后备盘BUP上还有常规指示仪表004ID、005ID指示。考虑到可能的保护系统的共模失效故障，另外设计有多样化保护系统（DAS）进行信号采集和处理，信号送非安全级工作站KIC的显示。
EAS003、004MN仪表依据RCCE相关要求采用试验方法通过K1鉴定。其中LOCA试验温度压力极值分别为155℃，0.55MPa，事故后辐照剂量为6×105Gy，抗震试验ZPA：4g。仪表分别在主控室和应急停堆控制室的非安全级操作员站KIC和安全级SVDU上有画面显示，在主控室常规仪表后备盘上BUP 405ID进行显示。
为确保检测仪表的可靠性，壳内确定选择K1鉴定等级的仪表，且从仪表K1接线盒至贯穿件K1鉴定等级的测量电缆。
在选择仪表量程是考虑到严重事故工况下地坑水位的变化范围将测量范围确定为0～2.5m。
仪表的安装位置高于换料水箱+安注箱注水对应的安全壳水位，因此该安装位置可以保证仪表在严重事事故工况下不会被水淹没，进而保证仪表的测量精度。
4、仪表的可用性分析
可以判定严重事故工况下安全壳地坑液位测量仪表EAS003MN、EAS004MN可以耐受严重事故工况下的压力与温度，但鉴定时的事故辐照累积剂量为60Mrad，从试验数据本身看尚未达到严重事故工况下的剂量要求，但是鉴定试验均考虑的是γ辐射，根据仪表鉴定情况，同时参考严重事故环境条件，仪表应该可以使用比较长的时间，但是还应根据事故后辐射剂量的监控，判断仪表可信的时间长度，同时考虑仪表失效的精度下降及突变性，可以得到仪表的可信时间范围。
仪表所用电缆及贯穿件为满足K1鉴定的设备，同上所述，这些设备应能满足严重事故的温度压力条件，在辐照影响方面虽有一定欠缺，但是辐照剂量将随着严重事故进程逐渐累积，故能够判定该仪表通道基本可以满足严重事故后1000小时的运行要求，随着严重事故的发展，根据事故处理进程，辐照强度，以及信号的变化趋势方能确定仪表指示信息的可用性及精确度。
严重事故仪表可用性的分析结论包括完全可用、趋势可用以及不可用。完全可用是指仪表按照严重事故环境条件要求进行了环境忍耐性试验，各项指标均满足要求，确保可在严重事故下能够正常工作；趋势可用是指仪表的鉴定低于严重事故环境条件要求，但仪表可以在需要工作的时间窗口内持续稳定工作一段时间；不可用指仪表的鉴定低于严重事故环境条件要求，且未到仪表需要工作的时间窗口时仪表已不能正常工作。通过对于该仪表的供电、及信号显示单元，及其所处环境及冗余设计等情况分析，从而最终得出仪表通道的可用性情况分析结果为趋势可用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种核电厂严重事故仪表可用性分析方法，包括如下步骤：
（1）确定严重事故管理所需设备、监测仪表清单；
（2）确定严重事故下所述设备、监测仪表所处的环境条件；
（3）根据环境条件是否随时间变化的特点，确定进行仪表可用性分析方法的类型；
（4）确定仪表可用性分析的要素；
（5）根据确定的分析方法的类型和分析要素，对仪表进行可用性分析。
2.如权利要求1所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，其特征在于：步骤（3）中所述的分析方法的类型包括基于环境条件包络值的分析方法、基于时间窗口及环境条件曲线的分析方法。
3.如权利要求1或2所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，其特征在于：步骤（4）中所述的分析要素包括仪表安装布置情况、仪表可用时间窗口、仪表供电情况、信号采集和处理、仪表鉴定情况以及仪表工作原理。
4.如权利要求3所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，其特征在于：步骤（5）中采用基于环境条件包络值的分析方法如下：首先需要确定仪表安装位置的严重事故环境条件边界值，将其与仪表鉴定试验数据或严重事故环境条件曲线中的极值进行比较，如鉴定试验数据可以完全包络严重事故的环境条件边界值，则可以证明仪表可以耐受严重事故的环境条件，具备进一步根据其它要素进行分析的前提；确定仪表鉴定试验数据可以包络严重事故环境条件边界值后，进而通过严重事故工况下仪表安装位置是否存在水淹风险、仪表供电是否可靠、电缆鉴定及连接情况以及贯穿件鉴定情况来判断在严重事故下，仪表测量信号能否正确传递到指定位置，提供必需的信息。
5.如权利要求3所述的核电厂严重事故仪表可用性分析方法，其特征在于：步骤（5）中采用基于时间窗口及环境条件曲线的分析方法如下：严重事故序列中采用以确定的时间窗口为基础进行分析，针对严重事故发展的不同阶段定义不同的时间窗口，给出每个时间窗口的环境条件边界值并定义在该时间窗口内的仪表是用于诊断、趋势显示还是执行其功能，对于要求正确执行功能的仪表还要给出执行功能的持续时间；时间窗口定义后，分别给出安全壳内、安全壳外严重事故环境条件各参数的包络曲线，对于辐照，需明确剂量率和累积剂量，结合仪表持续可用的时间将仪表鉴定的试验曲线或数据与严重事故环境条件曲线进行详细的对比，通过曲线的包络程度来评价仪表在该时间窗口内的可用性。
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