CN111028969B

CN111028969B - 核电厂安全壳控制策略的设计方法

Info

Publication number: CN111028969B
Application number: CN201911101852.9A
Authority: CN
Inventors: 李原野; 杨庆明; 李力; 易珂; 孙涛
Original assignee: China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Current assignee: China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2039-11-12
Also published as: CN111028969A

Abstract

本公开提供一种核电厂安全壳控制策略的设计方法，所述方法包括：划分安全壳功能异常的类别；基于所述安全壳功能异常的类别确定用于恢复相应安全壳功能的安全壳控制子策略的类型；以及确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件；确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单；针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段；基于所有安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略。本公开实施例提供的安全壳控制策略的设计方法，更加科学、合理，且适用性、包容性更强，可应用于不同堆型的压水堆核电厂。

Description

核电厂安全壳控制策略的设计方法

技术领域

本公开涉及核安全控制技术领域，尤其涉及一种核电厂安全壳控制策略的设计方法。

背景技术

纵深防御是核动力厂设计安全规定(HAF系列标准)贯彻始终的安全设计要求。事故处理规程作为纵深防御原则的第三道防线，对限制事故发展，保证反应堆安全起着至关重要的作用。其中，确保包容放射性核素不向外释放是保证核电厂安全的三大安全功能之一，安全壳是事故处理中核电厂阻止放射性物质向外扩散的最后一道屏障，确保安全壳完整性和安全壳功能是事故处理中的一项基本要求。

征兆导向事故处理策略综合了事件导向事故规程和状态导向事故规程两者的优点，以征兆导向事故处理为主干，提供多层次诊断、多手段对策，重点抓关键安全功能，既可以在事故征兆明显时通过事件导向快速采用最佳恢复规程进行事故缓解和处理，又可以在发生始料未及的事故或者叠加事故时通过关键安全功能状态树导向功能恢复导则保证电厂各屏障安全，以达到释放到环境中的放射性最小的目的。

核电厂复杂程度较高，对于压水堆核电厂而言，除了核蒸汽供应系统和热力系统外，为了确保安全，还设置了若干专设安全设施。如考虑各种辅助系统和支持系统，核电厂的系统数量达到数百。

征兆导向事故导则安全壳控制涉及核电厂大量系统和设备，策略中各个步骤相互影响和关联，需要基于科学合理的设计方法分析确定。因此，提出一种合理设计核电厂安全壳控制策略的方案是目前亟待解决的问题。

发明内容

本公开提供了一种核电厂安全壳控制策略的设计方法，以提供合理、科学的安全壳控制策略。

本公开实施例提供的一种核电厂安全壳控制策略的设计方法，包括：

划分安全壳功能异常的类别；

基于所述安全壳功能异常的类别确定用于恢复相应安全壳功能的安全壳控制子策略的类型；

确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件；

确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单；

针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段；以及，

基于所得到的每个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件、执行条件及事故处理手段形成各个类型的安全壳子策略，并基于所有安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略。

在一种实施方式中，所述分析安全壳功能异常的类别，包括：

基于关键状态参量对安全壳功能异常的类别进行划分，所述关键状态参量用于反映安全壳功能。

在一种实施方式中，所述关键状态参量包括：安全壳压力、安全壳温度、安全壳放射性以及安全壳地坑水位；

所述基于能够反映安全壳功能的关键状态参量，对安全壳功能异常的类别进行划分，具体为：

基于安全壳压力以及安全壳温度的异常情况将安全壳功能异常划分为高压工况类别；

基于安全壳放射性指标的异常情况将安全壳功能异常划分为安全壳放射性工况类别；以及，

基于安全壳地坑水位的异常情况将安全壳功能异常划分为安全壳水淹工况类别；

所述基于所述安全壳功能异常的类别确定用于恢复相应安全壳功能的安全壳控制子策略的类型，具体为：

确定用于应对安全壳高压工况的安全壳完整性控制子策略；

确定用于应对安全壳放射性工况的安全壳放射性环境控制子策略；以及，

确定用于应对安全壳水淹工况的安全壳水位控制子策略。

在一种实施方式中，所述设计方法还包括：

基于核电厂工艺设计，确定所述关键状态参量的正常运行阈值范围；

所述确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件，具体为：

判断各个类别的安全壳功能异常的关键状态参量是否高于各自的正常运行阈值范围；以及，

若高于所述正常运行阈值范围，则获取相应类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件。

在一种实施方式中，所述确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单，具体为：

基于事故安全分析、概率分析以及相关模拟计算，确定影响相应安全壳功能的各类始发事故工况；以及，

将影响相应安全壳功能的各类始发事故工况的集合，作为用于恢复该安全壳功能的安全壳控制子策略的始发事故清单。

在一种实施方式中，在确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单之后，以及针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析之前，还包括：

判断同一类事故工况是否出现在多个安全壳控制子策略的始发事故清单中；以及，

若同一类事故工况出现在多个安全壳控制子策略的始发事故清单中，则基于该类事故工况所对应的相应安全壳功能的恢复情况确定各个安全壳控制子策略的执行优先级。

在一种实施方式中，所述针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段，具体为：

确定每类事故工况的事故处理目标；

基于所述事故处理目标查询用于处理相应事故工况的核电厂工艺的可用系统及设备；以及，

基于所述可用系统及设备确认相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段。

在一种实施方式中，所述确定每类事故工况的事故处理目标，具体为：

基于每类事故的恶劣程度分别确定每类事故工况的处理目标。

在一种实施方式中，在基于各个安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略之后，所述设计方法还包括：

验证所述安全壳控制策略是否满足核电厂事故工况的处理要求；以及，

若不满足核电厂事故工况的处理要求，则返回划分安全壳功能异常的类别的步骤，重新制定安全壳控制策略。

在一种实施方式中，所述验证所述安全壳控制策略是否满足核电厂事故工况的处理要求，具体为：

初步审查所述安全壳控制策略的书面正确性；

若书面正确性确认通过，则模拟相关事故初始工况，并依据所述安全壳控制策略进行处理；以及，

判断所述处理结果是否满足核电厂事故工况的处理要求。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的核电厂安全壳控制策略的设计方法，以事故征兆出发，根据安全壳功能异常的类型对安全壳控制方式进行分类，以确定安全壳控制策略的各个子策略，并对各个子策略进行分析得出其执行条件以及处理手段，以形成最终的安全壳控制策略，相较于相关技术对安全壳的控制策略方案更加科学、合理，且适用性、包容性更强，可应用于不同堆型的压水堆核电厂。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。

图1为本公开实施例提供的核电厂安全壳控制策略的设计方法的一种流程示意图；

图2为本公开实施例提供的核电厂安全壳控制策略的设计方法的另一种流程示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，在本公开实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

请参照图1，图1为本公开实施例提供的核电厂安全壳控制策略的设计方法的一种流程示意图，本实施例以事故征兆出发，根据安全壳功能异常的类型对安全壳控制方式进行分类，以确定安全壳控制策略的各个子策略，并对各个子策略进行分析得出其执行条件以及处理手段，以形成最终的安全壳控制策略，相较于相关技术对安全壳的控制策略方案更加科学、合理，且适用性、包容性更强，可应用于不同堆型的压水堆核电厂，具体地，所述方法包括以下步骤S101-S106。可以理解的是，在一些示例中，不限于以下步骤顺序。

在步骤S101中，划分安全壳功能异常的类别。

在一种具体的实施方式中，步骤S101具体包括：

其中，以某压水堆核电厂为例，所述关键状态参量包括安全壳压力、安全壳温度、安全壳放射性以及安全壳地坑水位。

在一些实施方式中，除了能够反映安全壳功能的关键状态参量外，一些关键状态设备也纳入考量范围，其中关键状态设备与关键状态参量相对应，包括安全壳压力仪表、安全壳温度仪表、安全壳放射性仪表以及安全壳地坑水位仪表。关键设备状态在制定策略时，用于确定事故工况对仪表精度的影响。

具体地，基于上述关键状态参量，安全壳功能异常可以划分为以下类别，安全壳控制策略的设计可基于以下三类进行开展：

1)安全壳完整性受到威胁，以安全壳压力或安全壳温度超过正常运行范围为依据；

2)安全壳内放射性环境条件恶劣，以安全壳放射性超过正常运行范围为依据；

3)安全壳内遭受水淹，以安全壳地坑水位超过正常运行范围为依据。

在一种具体的实施方式中，所述基于能够反映安全壳功能的关键状态参量，对安全壳功能异常的类别进行划分，具体为以下步骤：

基于安全壳放射性指标的异常情况将安全壳功能异常划分为安全壳放射性工况类别；

基于安全壳地坑水位的异常情况将安全壳功能异常划分为安全壳水淹工况类别。

具体地，为了便于后续对安全壳功能异常征兆的事故工况进行分析，首先依据安全壳功能异常的影响和相关征兆，对需要应对的安全壳相关事故工况进行分类，包括安全壳高压工况、安全壳高放射性工况和安全壳水淹工况：

在步骤S102中，基于所述安全壳功能异常的类别确定用于恢复相应安全壳功能的安全壳控制子策略的类型。

在一种具体的实施方式中，所述基于所述安全壳功能异常的类别确定用于恢复相应安全壳功能的安全壳控制子策略的类型，具体为以下步骤：

确定用于应对安全壳高压工况的安全壳完整性控制子策略；以及，

确定用于应对安全壳水淹工况的安全壳水位控制子策略。

在步骤S103中，确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件。

本实施例中，关键状态参量作为安全壳控制策略的征兆，基于核电厂工艺设计，确定上述关键状态参量的正常运行范围，以事故工况中安全壳关键状态参量偏离正常范围作为安全壳控制策略的征兆入口条件。具体地，本实施例还包括以下步骤：

其中，所述确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件，具体为以下步骤：

判断各个类别的安全壳功能异常的关键状态参量是否高于各自的正常运行阈值范围；

以某压水堆核电厂为例进行说明：

根据核电厂工艺设计，设定安全壳压力的正常运行范围为小于或等于定值A1以内、温度的正常运行范围为小于或等于定值A2、放射性物质的正常范围为小于或等于定值B以及地坑水位的正常范围为小于或等于定值C，在实际应用中，A1、A2、B、C的具体数值根据相关核电厂工艺进行适应性设置。

安全壳完整性受到威胁：当安全壳压力高于定值A1或安全壳温度高于定值A2时，说明此时安全壳处于超出设计允许的条件，存在造成安全壳损伤的可能性，安全壳损伤进而可引发安全壳泄漏后果，安全壳完整性控制子策略的征兆入口条件开启。

安全壳放射性环境条件恶劣：安全壳内放射性高于定值B，安全壳放射性环境控制子策略的征兆入口条件开启。

安全壳内遭受水淹：安全壳地坑水位高于定值C，安全壳地坑水位控制子策略的征兆入口条件开启。

在步骤S104中，确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单。

其中，始发事故清单划定安全壳控制策略需要考虑应对的具体始发事故工况范围，本实施例通过确定各个安全壳控制子策略需要应对的相关工况类别的具体始发事故清单，以提高安全壳控制策略对事故处理的包容性。

在一种具体的实施方式中，所述确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单，具体为以下步骤：

基于事故安全分析、概率分析以及相关模拟计算，确定影响相应安全壳功能的各类始发事故工况；

具体地，基于上述对各类安全壳功能异常的工况分类，再对每类工况进行始发事故清单进行确定，例如，对安全壳高压事故工况，其始发事故清单为：

1)LOCA事故(Loss of Coolant Accident，管断裂失水事故)；2)安全壳内蒸汽管道破裂事故；3)蒸汽发生器传热管破裂事故。

在一种实施方式中，每项始发事故工况对安全壳造成的影响，一般不会仅限于体现在一项征兆上，但出于指定安全壳控制策略的需要，应按事故影响轻重缓急的考虑，针对一项始发事故工况考虑优先应用的控制子策略。本实施例在确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单(即，步骤S104)之后，以及针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析(即，步骤S105)之前，还包括以下步骤：

判断同一类事故工况是否出现在多个安全壳控制子策略的始发事故清单中；

以高压工况的典型的始发事故工况举例：

安全壳策略制定时，对安全壳功能的恢复按照以下优先顺序开展，即各个安全壳控制子策略的执行优先级如下：

可以理解的是，始发事故清单用于在安全壳控制策略分析设计阶段、安全壳控制策略验证与确认阶段，确保策略的正确性和完备性。

在步骤S105中，针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段。

在一种具体的实施方式中，所述针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段，具体为以下步骤：

确定每类事故工况的事故处理目标；

基于所述事故处理目标查询用于处理相应事故工况的核电厂工艺的可用系统及设备；

具体地，针对每类安全壳事故工况的安全壳控制子策略，从以下方面进行分析考虑：

(1)事故处理目标

事故处理中，安全壳的关键状态参量应恢复到的目标，并作为安全壳控制策略执行完成的依据。

具体地，考虑到每类事故工况的恶劣程度不同，所需要采取的安全控制子策略方式也不同，本实施例中所述确定每类事故工况的事故处理目标，具体包括：

以高压工况为例，基于安全壳压力，安全壳高压工况的事故处理策略按照恶劣程度可以分为偏离正常状态和超出涉及状态两项子策略进行设计。其中，偏离正常状态至安全壳压力高于正常运行压力但未达到设计压力，该子策略以减压和确保无放射性释放为基本目标；超出涉及状态指安全壳压力高于设计压力，该子策略以确保安全壳完整性为基本目标，可以考虑使用有控制放射性排放的手段。

(2)诊断策略

各项征兆的诊断逻辑和优先诊断顺序，基于各项关键状态参量和核电厂工艺设计确定的具体入口条件。

(3)可用系统和设备(核电厂工艺设计中专设系统、辅助系统、支持系统等)

(4)可用的恢复手段和适用条件。

在实际应用中，为了使控制策略能够满足三类安全壳事故工况下所有可能工况的事故处理需求，需要考虑始发事故清单分析安全壳控制策略对应的典型工况的包容性，如不能匹配或者包容，则需要对事故处理策略进行调整以匹配所有典型工况。

以安全壳高压工况的控制子策略为例进行说明：

对于安全壳高压事故工况，经分析需要采取的措施主要包括安全壳隔离、安全壳热量导出、隔离质量或能量释放途径、检查安全壳内可燃气体浓度并采取相应的措施。另外，进一步分析安全壳高压工况事故出率策略对其它典型工况的包容性。

在步骤S106中，基于所得到的每个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件、执行条件及事故处理手段形成各个类型的安全壳子策略，并基于所有安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略。

本实施例基于安全壳丧失影响对征兆进行分类，并且分别进行处理，其设计方法更加科学、合理，可以广泛适用于不同堆型的的压水堆核电厂。

在一种具体的实施方式中，为了保证策略的正确性及科学性，在基于各个安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略(即，步骤S106)之后，还包括以下步骤：

验证所述安全壳控制策略是否满足核电厂事故工况的处理要求；

具体地，所述验证所述安全壳控制策略是否满足核电厂事故工况的处理要求，具体为以下步骤：

初步审查所述安全壳控制策略的书面正确性；

判断所述处理结果是否满足核电厂事故工况的处理要求。

完成上述安全壳控制策略的设计后，本实施例还需要开展验证与确认的工作。其一，书面审查策略的正确性；其二，模拟典型事故初始工况，按照安全壳控制策略的处理手段进行处理，确认安全壳压力、安全壳温度、安全壳放射性、安全壳地坑水位等参数的控制效果，以确认安全壳控制策略是否满足设计要求，如果不满足则需要重新确定安全壳控制策略。

为更好地理解本公开实施例，请结合图2，图2为本公开实施例提供的核电厂安全壳控制策略的设计方法的另一种流程示意图，包括以下步骤SA-SG：

在步骤SA中，安全壳功能异常分类分析，其包括：

Sa：安全壳压力异常；Sb：安全壳温度异常；Sc：安全壳放射性异常；Sd：安全壳地坑水位异常；

基于是上述的功能异常分类分析，可以将安全壳事故工况分为Sa1：安全壳高压工况；Sc1：安全壳高压工况安全壳放射性工况；Sd1：安全壳水淹工况。并基于上述分类结果制定相应的安全壳控制子策略。

在步骤SB中，分析针对安全壳相关事故的典型事故工况，并罗列事故清单。

在步骤SC中，对安全壳控制策略进行分析，其包括：

Se：诊断策略设计；Sf：事故处理目标；Sg：针对安全壳功能异常程度分析处理策略；Sh：可用恢复手段和适用条件。

在步骤SD中，分析诊断策略和处理策略的定值。

在步骤SE中，分析事故处理策略对安全壳控制的其它典型工况的包容性。

在步骤SF中，安全壳控制策略验证和确认。

在步骤SG中，形成安全壳控制策略。

综上所述，本公开实施例提供的核电厂安全壳控制策略的设计方法，首先通过划分安全壳功能异常的类别，并基于所述安全壳功能异常的类别确定用于恢复相应安全壳功能的安全壳控制子策略的类型，以及确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件，确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单，然后，针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段，最终基于所有安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略。本公开实施例以事故征兆出发，根据安全壳功能异常的类型对安全壳控制方式进行分类，以确定安全壳控制策略的各个子策略，并对各个子策略进行分析得出其执行条件以及处理手段，以形成最终的安全壳控制策略，相较于相关技术对安全壳的控制策略方案更加科学、合理，且适用性、包容性更强，可应用于不同堆型的压水堆核电厂。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种核电厂安全壳控制策略的设计方法，其特征在于，包括：

划分安全壳功能异常的类别；

确定各个类型的安全壳控制子策略的征兆入口条件；

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述划分安全壳功能异常的类别，包括：

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述关键状态参量包括：安全壳压力、安全壳温度、安全壳放射性以及安全壳地坑水位；

基于能够反映安全壳功能的关键状态参量，对安全壳功能异常的类别进行划分，具体为：

确定用于应对安全壳高压工况的安全壳完整性控制子策略；

确定用于应对安全壳水淹工况的安全壳水位控制子策略。

4.根据权利要求2或3所述的设计方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单，具体为：

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，在确定各个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单之后，以及针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析之前，还包括：

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述针对每个类型的安全壳控制子策略需要应对的始发事故清单中的每类事故工况对相应类型的安全壳控制子策略进行分析，得到相应类型的安全壳控制子策略的执行条件以及事故处理手段，具体为：

确定每类事故工况的事故处理目标；

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述确定每类事故工况的事故处理目标，具体为：

9.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在基于各个安全壳子策略形成最终的安全壳控制策略之后，还包括：

10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，所述验证所述安全壳控制策略是否满足核电厂事故工况的处理要求，具体为：

初步审查所述安全壳控制策略的书面正确性；

若书面正确性确认通过，则模拟相关事故初始工况，并依据所述安全壳控制策略进行处理，得到处理结果；以及，

判断所述处理结果是否满足核电厂事故工况的处理要求。