CN111738557A - 一种用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，该方法从运行角度出发，从功能分析、任务分析和使用策略三方面形成了详细准确、清晰明了的给水控制功能的分析思路，包括针对每项提供蒸汽发生器二次侧给水功能的工艺系统进行功能分析，针对事故工况对工艺系统相关子功能的投运需求开展任务分析，基于功能分析和任务分析的结果，形成事故处理中给水相关功能的使用策略，从而能够充分确保设计得到的给水控制策略的准确性和完备性，提高核电厂运行的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法。
背景技术
堆芯有效冷却是实现核电厂安全运行所必须确保的反应堆安全功能。蒸汽发生器所提供的二次侧热阱，是实现核电厂堆芯冷却的重要途径；蒸汽发生器二次侧给水控制则是保障二次侧热阱功能的关键环节。为提高核电运行安全性，确保反应堆安全，提高堆芯排热能力，先进压水堆核电厂设计了正常给水和应急给水相结合、能动给水和非能动给水相结合的给水系统配置，从而增强给水功能的可靠性和多样性。
核电厂的事故处理和事故规程是纵深防御的重要组成部分。征兆导向法事故规程，是一项具有良好包络性假设和人因特征的现代事故规程技术。它基于各类事故瞬态的典型征兆对事故以最优的方式进行电厂恢复操作，并通过控制关键安全功能将反应堆机组始终维持在安全状态。征兆导向事故处理策略将二次侧热阱功能作为独立的一项关键安全功能状态进行监视，在功能恢复及最佳恢复事故处理策略中，给水的使用是确保二次侧热阱功能的关键内容。因而在征兆导向事故处理策略中，给水的使用需要开展深入优化分析，以形成可靠和有效的给水控制策略，进而为导则和规程的开发设计提供指导。
发明内容
本发明的目的在于根据先进压水堆核电厂给水系统设计特性和征兆导向事故处理要求，提供一种用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，充分发挥给水系统功能特性和征兆导向事故处理优势，从而提高核电厂运行的可靠性和安全性。
本发明的技术方案如下：一种用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，包括：
(1)针对每项提供蒸汽发生器二次侧给水功能的工艺系统进行功能分析，分析形成工艺系统的各运行模式下每项功能可用性要求、系统关键设备的可靠性以及失效影响、系统投运和正常运行的支持性需求；
(2)针对在事故处理中，事故工况对工艺系统相关子功能的投运需求开展任务分析；
(3)基于功能分析和任务分析的结果，形成事故处理中给水相关功能的使用策略，并分析策略的适用工况、策略目标，设计策略的诊断方法、操作内容；
(4)基于形成的使用策略，经过验证和确认，得到最终的给水控制策略。
进一步，如上所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，步骤(1)中的功能分析从系统功能、系统配置、系统设计基准三方面开展，包括：
分析和梳理与蒸汽发生器二次侧给水控制相关的子功能，并分析每项子功能的安全相关和非安全相关的属性，形成系统子功能清单；
结合给水控制相关的子功能清单，分析与给水控制相关的阀门、管线、泵、换热器承担功能的关键设备的选型、系统投运前后的设备状态、是否存在冗余设计信息，形成每项子功能对应的关键设备清单；
结合给水控制相关的子功能，梳理系统设计基准信息，包括：梳理与给水控制相关子功能的设计能力；梳理单一故障准则的应用情况；梳理与给水控制相关的系统仪控设计；梳理系统正常运行的温度压力条件要求。
进一步，如上所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，步骤(2)中任务分析的项目包括工艺系统自动投运工况、征兆导向法事故处理对蒸汽发生器二次侧给水控制要求、事故处理对子系统能力要求。
更进一步，工艺系统自动投运工况分析涉及自动投运的事故工况，以及每类事故工况中自动投运的系统设备配置；
征兆导向法事故处理对蒸汽发生器二次侧给水控制要求分析，将事故处理分为最佳恢复和功能恢复两部分；首先，在事故处理策略中对于需要应用蒸汽发生器二次侧热阱功能的部分(即，需要投运蒸汽发生器及二回路，或者检查确认蒸汽发生器二次侧热阱功能可用并需要继续维持当前的二回路导热方式，或者需要恢复蒸汽发生器二次侧热阱功能)，从给水控制目标(操作目的)、操作内容、给水控制功能要求进行分析；然后，对给水控制功能要求和操作相近的要点进行归并，形成给水控制要点清单，并给出每项给水控制要点需求的给水子功能；
事故处理对子系统能力要求分析是基于给水控制要点清单，借助热工计算分析方法，得出在各类事故工况的处理中，维持蒸汽发生器二次侧热阱所需的子功能能力的最低要求。
进一步，如上所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，步骤(3)中每项策略基于一项对应的给水控制要点得出。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提出了一套用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，达到充分发挥新建核电项目中给水系统设计改进的效果，为核电厂增强运行安全性；
2、本方法可用于指导征兆导向事故处理导则和规程文件中蒸汽发生器二次侧给水控制内容的设计和优化，可从策略和措施上完善事故规程，特别是对于处理叠加复杂事故工况的事故规程；
3、本发明提出策略方法可适用于三代核电机组；
4、本发明提出的功能分析方法，可以深化对蒸汽发生器二次侧给水功能相关工艺系统的使用方法的分析，基于此功能分析方法，可以形成详细准确、清晰明确的给水控制功能的分析，从而能够充分确保设计得到的给水控制策略的准确性；
5、本发明提出的任务分析方法，基于功能分析和征兆导向法事故处理策略，可以确保在事故处理中给水控制系统的功能和改进设计得到充分利用，从而能够充分确保设计得到的给水控制策略的完备性。
附图说明
图1为本发明核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法流程图。
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。
蒸汽发生器二次侧给水控制是保障二次侧热阱功能的关键环节；先进压水堆核电厂针对给水系统引入了多项能动与非能动相结合的设计改进，从而使得事故工况中确保给水功能的手段更为丰富有效。在征兆导向事故处理策略中，给水控制策略不仅是确保二次侧热阱关键安全功能的重要手段，还广泛应用于功能恢复及最佳恢复部分。
为形成并完善用于指导征兆导向事故处理导则和规程开发设计的给水控制策略，并充分发挥新建核电项目中给水系统设计改进为核电厂运行带来的增强安全性的效果，本发明从运行角度出发，从功能分析、任务分析和使用策略三个方面，具体说明了用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法。
(1)功能分析
核电厂提供蒸汽发生器二次侧给水功能的工艺系统通常有多项，针对每项工艺系统开展功能分析，功能分析结论作为给水控制策略中系统使用方法的依据。工艺系统的功能分析，从系统功能、系统配置、系统设计基准的分析三个方面开展，并结合电厂运行要求，分析形成工艺系统的各运行模式下每项功能可用性要求、系统关键设备的可靠性以及失效影响、系统投运和正常运行的支持性需求。
1)系统功能
分析和梳理与蒸汽发生器二次侧给水控制相关的子功能，并分析每项子功能的安全相关和非安全相关的属性。分析形成系统子功能清单：
表1：一个工艺系统的给水控制相关子功能清单
| 子功能项 | 与安全相关性 | 子功能描述 |
| 子功能1 | 安全相关 | …… |
| …… | …… | …… |
| 子功能i | …… | …… |
2)系统配置
结合给水控制相关的子功能清单，分析与给水控制相关的阀门、管线、泵、换热器等承担功能的关键设备的选型、系统投运前后的设备状态、是否存在冗余设计等信息。分析形成每项子功能对应的关键设备清单。
3)系统设计基准
结合给水控制相关的子功能，梳理系统设计基准信息，包括：梳理与给水控制相关子功能的设计能力，例如二次侧热阱排热能力、给水流量、设备容积储量等；梳理单一故障准则的应用情况；梳理与给水控制相关的系统仪控设计；梳理系统正常运行的温度压力条件要求等内容。
针对每项工艺系统，基于第一步对功能、配置、设计基准的分析得到的子功能清单、关键设备清单、系统设计基准，结合运行技术规格书等电厂运行文件的要求，开展功能可用性要求、关键设备可靠性要求和系统投运支持性要求分析。
a)功能可用性要求
基于工艺系统的子功能清单，结合运行技术规格书在每种电厂运行模式下对系统可用性的规定，形成针对每项子功能在各正常运行模式或事故运行中的可用性要求分析。
b)关键设备的可靠性要求及失效影响
基于工艺系统的子功能清单，针对系统泵、阀门等关键设备的供电、压缩空气或冷却等支持系统，分析因上述支持系统失效而影响到功能的事故工况，并分析设备失效后对系统给水功能的影响。
c)系统投运的支持性需求
基于工艺系统的子功能清单，系统投运以及维持正常运行所需的供电、压缩空气或冷却等支持系统。分析形成系统投运支持性需求清单：
表2：工艺系统的投运支持性需求清单
| 支持系统 | 作用 |
| 支持系统1 | …… |
| …… | …… |
| 支持系统i | …… |
(2)任务分析
任务分析针对在事故处理中，事故工况对工艺系统相关子功能的投运需求开展分析。分析项目包括工艺系统自动投运工况、征兆导向法事故处理对蒸汽发生器二次侧给水控制要求、事故处理对子系统能力要求等方面内容。
工艺系统自动投运工况分析涉及自动投运的事故工况，以及每类事故工况中自动投运的系统设备配置。基于工艺系统的设计和反应堆保护系统的自动逻辑设计，基于子功能清单，分析工艺系统自动投运的所有具体工况或自动投运条件，并分析自动投运的关键设备配置。
征兆导向法事故处理策略，将事故处理分为最佳恢复和功能恢复两部分。首先，在事故处理策略中对于需要应用蒸汽发生器二次侧热阱功能的部分(即，需要投运蒸汽发生器及二回路，或者检查确认蒸汽发生器二次侧热阱功能可用并需要继续维持当前的二回路导热方式，或者需要恢复蒸汽发生器二次侧热阱功能)，从给水控制目标(操作目的)、操作内容、给水控制功能要求进行分析。在此基础上，对给水控制功能要求和操作相近的要点进行归并，形成给水控制要点清单，并给出每项给水控制要点需求的给水子功能。
事故处理中系统能力要求分析在各类事故工况中给水相关的子功能能力。基于给水控制要点清单，借助热工计算分析等方法，得出在各类事故工况的处理中，维持蒸汽发生器二次侧热阱所需的子功能能力的最低要求。
(3)使用策略
基于功能分析和任务分析得到的子功能清单、系统可用性要求、给水控制要点清单等内容，形成事故处理中给水相关功能的使用策略。每项给水控制策略基于一项对应的给水控制要点而来，并分析策略的适用工况、策略目标，设计策略的诊断方法、操作内容。
每项给水控制策略包括适用事故工况、策略目标、诊断及操作内容。每项策略配合以下两栏式操作说明：
表3：给水控制策略的操作说明
(4)基于上述已完成的工作，可得到适用于征兆导向法事故处理策略的给水控制策略初稿；对给水控制策略的初稿进行验证和确认，对于验证确认过程中发现的问题进行反馈和修改，得到最终的给水控制策略。
实施例
以下通过辅助给水系统实例对本发明的方法进行举例说明。
(1)功能分析
1)系统功能。分析梳理辅助给水系统功能，子功能清单如下：
表4：系统子功能清单
| 子功能项 | 与安全相关性 | 子功能描述 |
| 储水功能 | 安全相关 | 辅助给水池的储水功能。 |
| …… | …… | …… |
2)系统配置。结合辅助给水系统的子功能，主要关键设备包括除氧装置、辅助给水池、辅助给水泵、辅助给水流量调节阀、辅助给水隔离阀。
3)系统设计基准。以确定辅助给水池的最低储备水量为例，在出现例如未失电时的丧失给水的运行II类工况时，水的贮存量应足以使反应堆冷却剂系统转换到余热排出系统接入状态。
4)功能可用性要求。以储水功能的可用性要求为例，要求在运行模式a，b，c，d，e中，辅助给水池水装量≥定值1，水温处于定值2～定值3范围内；并确定出辅助给水池的正常水位区间和各关键水位定值对事故处理的影响。
5)关键设备的可靠性要求及失效影响。辅助给水系统的关键设备包括辅助给水池、电动泵、汽动泵、流量调节阀、隔离阀等。以储水功能为例，与之相关的设备可靠性要求和失效影响，即辅助给水池的补水方式分析如下：
表5：储水功能相关的关键设备可靠性分析(辅助给水池补水方式分析)
6)系统投运的支持性需求。以维持储水功能支持性设备为例，即为补水水源，包括凝结水、除盐水、消防水等。储水功能所需的支持性需求梳理如下：
表6：储水功能的支持性需求
| 序号 | 支持系统 | 作用 |
| 1 | 凝结水 | 提供直接补充除盐除氧水的水源。 |
| 2 | …… | …… |
(2)任务分析
1)事故工况需求的供水能力。在失去全部外电源事故工况中，供给至少2台蒸汽发生器的流量最小为定值4。
2)依据征兆导向法事故处理策略，辅助给水系统的给水控制功能要求包括维持辅助给水池充分水装量、根据工况调节辅助给水流量以维持蒸汽发生器水位在目标区间内。
3)辅助给水系统自动投运的工况包括安注工况、主给水泵跳闸、蒸汽发生器水位低低等工况。以安注工况为例，辅助给水自动投运后启动两台电动泵。
(3)辅助给水系统使用策略
策略1：检查为辅助给水池补水。确认辅助给水池储水充足：检查是否应为辅助给水池补水；如需补水，补水的方法、选择补水方式，依据操作规程实施；若水位降至水位定值6且无法补水，则必须手动停运辅助给水泵。
表7：使用策略的操作模块
(4)基于前面确定的策略，经验证和确认后，得到最终的给水控制策略。
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)
1.一种用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，包括：
(1)针对每项提供蒸汽发生器二次侧给水功能的工艺系统进行功能分析，分析形成工艺系统的各运行模式下每项功能可用性要求、系统关键设备的可靠性以及失效影响、系统投运和正常运行的支持性需求；
(2)针对在事故处理中，事故工况对工艺系统相关子功能的投运需求开展任务分析；
(3)基于功能分析和任务分析的结果，形成事故处理中给水相关功能的使用策略，并分析策略的适用工况、策略目标，设计策略的诊断方法、操作内容；
(4)基于形成的使用策略，经过验证和确认，得到最终的给水控制策略。
2.如权利要求1所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，其特征在于：步骤(1)中的功能分析从系统功能、系统配置、系统设计基准三方面开展，包括：
分析和梳理与蒸汽发生器二次侧给水控制相关的子功能，并分析每项子功能的安全相关和非安全相关的属性，形成系统子功能清单；
结合给水控制相关的子功能清单，分析与给水控制相关的阀门、管线、泵、换热器承担功能的关键设备的选型、系统投运前后的设备状态、是否存在冗余设计信息，形成每项子功能对应的关键设备清单；
结合给水控制相关的子功能，梳理系统设计基准信息，包括：梳理与给水控制相关子功能的设计能力；梳理单一故障准则的应用情况；梳理与给水控制相关的系统仪控设计；梳理系统正常运行的温度压力条件要求。
3.如权利要求1或2所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，其特征在于：步骤(2)中任务分析的项目包括工艺系统自动投运工况、征兆导向法事故处理对蒸汽发生器二次侧给水控制要求、事故处理对子系统能力要求。
4.如权利要求3所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，其特征在于：
所述的工艺系统自动投运工况分析涉及自动投运的事故工况，以及每类事故工况中自动投运的系统设备配置；
所述的征兆导向法事故处理对蒸汽发生器二次侧给水控制要求分析，将事故处理分为最佳恢复和功能恢复两部分；首先，在事故处理策略中对于需要应用蒸汽发生器二次侧热阱功能的部分，从给水控制目标、操作内容、给水控制功能要求进行分析；然后，对给水控制功能要求和操作相近的要点进行归并，形成给水控制要点清单，并给出每项给水控制要点需求的给水子功能；
所述的事故处理对子系统能力要求分析是基于给水控制要点清单，借助热工计算分析方法，得出在各类事故工况的处理中，维持蒸汽发生器二次侧热阱所需的子功能能力的最低要求。
5.如权利要求1或2所述的用于核电厂征兆导向事故处理的给水控制策略设计方法，其特征在于：步骤(3)中每项策略基于一项对应的给水控制要点得出。
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