CN114464334A - 一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，包括如下步骤：S1，确定反应堆衰变热移出途径；S2，识别应急电源潜在用户；S3，确认应用场景电力负荷；S4，定量评估应用场景对电厂安全性的影响；S5，制定应急电源功率。本发明通过核电厂需要结合自身设计，配置功率合理的应急电源，达到既满足基本安全需求，又节约成本的目的；对提高核电厂的安全性和经济性具有重要价值。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂电源配置技术领域，具体为一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法。
背景技术
核电厂在停堆状态下反应堆持续产生衰变热，如果热量无法被及时排出，会导致反应堆损伤；正常情况下，停堆期间依靠外电网向厂内设备供电，执行包括冷却反应堆在内的众多功能；如果外电网供电丧失，需要由厂内应急电源提供备用电，但应急电源对保障核电厂安全具有重要作用；
另一方面，应急电源价格昂贵，对于核级应急电源，输出功率每提高1kW，成本增加约1万元人民币。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，以解决上述背景技术中提出的使用应急电源会影响核电厂的安全性和经济性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，包括如下步骤：
S1，确定反应堆衰变热移出途径；
S2，识别应急电源潜在用户；
S3，确认应用场景电力负荷；
S4，定量评估应用场景对电厂安全性的影响；
S5，制定应急电源功率。
优选的，所述S1中，首先结合电厂设计，确定所有的反应堆衰变热移出途径；热量从反应堆传递至环境热阱过程中经过的一系列系统组合被定义为一个衰变热移出途径；电厂通常具备多个衰变热移出途径以满足多样性的安全设计原则。
优选的，所述典型第二代压水堆核电厂的衰变热移出途径：
1)二回路冷却，通过向蒸汽发生器二次侧供水冷却反应堆；
2)余热排出系统，核电厂通常设置特定系统执行正常工况下的反应堆冷却功能；
3)一回路注射冷却，通过直接向一回路注水冷却反应堆；对于第三代非能动压水堆核电厂，在上述途径的基础上还存在其他非能动的衰变热移出途径。
优选的，所述S2中，识别每个衰变热移出途径下应急电源的潜在用户；所有失电后会影响该衰变热移出途径可用性的设备都会被识别为潜在用户，它们一起构成了一个应急电源的应用场景，以保障反应堆冷却功能。
优选的，所述识别过程要注意以下几点：
1)潜在用户识别范围应当包括直接参与传热过程的前沿系统以及保障前沿系统正常运行所需的支持系统，如控制系统、冷却系统等；
2)参与冷却反应堆的部分设备可以是非能动设备，如止回阀等；此类设备不需要供电，应在识别潜在用户过程中筛除；
3)参与冷却反应堆的部分设备可以是需要供电的能动设备，但满足失电安全设计，失电后设备状态会自动保持在系统运行所需状态；如某些气动阀失去控制电源后会自动开启或闭合，此类设备也应在识别潜在用户过程中筛除。
优选的，所述S3中，在完成识别应急电源潜在用户后，结合电厂实际情况确认每个应用场景的电力负荷；每个应用场景的电力负荷等于该应用场景下各设备的总额定功率。
优选的，所述S4中，为了最大程度地发挥应急电源的作用，本发明采用概率安全评价(PSA)方法定量评估每个应用场景对电厂安全性的影响；堆芯损坏频率(CDF)和大量放射性释放频率(LRF)是衡量电厂安全性的主要指标，二者的定义分别为单位时间内预计发生堆芯损坏的次数和单位时间内预计发生大量放射性释放的次数；考虑到预防堆芯损坏是防止大量放射性释放的基本措施，本发明重点关注应急电源对CDF的影响；条件堆芯损坏概率(CCDP)表示特定事故条件下电厂发生堆芯损坏的可能性，丧失厂外电导致的CCDP数学表达式为：
CCDPLOOP＝CDFLOOP/IELOOP (1)。
优选的，所述CCDPLOOP表示丧失厂外电导致的条件堆芯损坏概率；CDFLOOP表示丧失厂外电导致的CDF，单位通常是1/堆年；IELOOP表示丧失厂外电发生频率，单位和CDFLOOP相同；以不设置应急电源条件下的CCDPLOOP作为基准值，各应用场景下CCDPLOOP相对基准值的降幅可以反映该应用场景中应急电源对电厂安全性的提升程度：
其中，Δ表示特定应用场景下的CCDPLOOP相对基准值的降幅，下标m表示第m个应用场景；降幅越大，应急电源的作用越显著显著。
优选的，所述S5中，从两个维度制定应急电源功率：
1)丧失厂外电后，应急电源可以满足至少一条衰变热缓解途径正常运行；
2)应急电源可以最大程度保障核电厂的安全性；
对于维度1)，所有应用场景都可以满足维度1)的要求；
对于维度2)，理论上Δ越大，应急电源越能保障电厂安全性；但如果2个(或多个)排序最靠前的应用场景的Δ取值接近，为了提高电厂经济性，可以选择电源功率需求最小的方案；本发明规定：如果在区间[Δmax，Δmax-5％]范围内存在多个供电方案，选取其中电源功率需求最小的方案；如果在区间[Δmax，Δmax-5％]范围内只有唯一方案，则直接采用该方案；其中，Δmax表示CCDPLOOP相对基准值的最大降幅。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
核电厂需要结合自身设计，配置功率合理的应急电源，达到既满足基本安全需求，又节约成本的目的；对提高核电厂的安全性和经济性具有重要价值。
附图说明
图1为本发明应急电源输出功率制定流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，包括如下步骤：
S1，确定反应堆衰变热移出途径；
S1中，首先结合电厂设计，确定所有的反应堆衰变热移出途径；热量从反应堆传递至环境热阱过程中经过的一系列系统组合被定义为一个衰变热移出途径；电厂通常具备多个衰变热移出途径以满足多样性的安全设计原则；
典型第二代压水堆核电厂的衰变热移出途径：
1)二回路冷却，通过向蒸汽发生器二次侧供水冷却反应堆；
2)余热排出系统，核电厂通常设置特定系统执行正常工况下的反应堆冷却功能；
3)一回路注射冷却，通过直接向一回路注水冷却反应堆；对于第三代非能动压水堆核电厂，在上述途径的基础上还存在其他非能动的衰变热移出途径；
S2，识别应急电源潜在用户；
S2中，识别每个衰变热移出途径下应急电源的潜在用户；所有失电后会影响该衰变热移出途径可用性的设备都会被识别为潜在用户，它们一起构成了一个应急电源的应用场景，以保障反应堆冷却功能；
识别过程要注意以下几点：
1)潜在用户识别范围应当包括直接参与传热过程的前沿系统以及保障前沿系统正常运行所需的支持系统，如控制系统、冷却系统等；
2)参与冷却反应堆的部分设备可以是非能动设备，如止回阀等；此类设备不需要供电，应在识别潜在用户过程中筛除；
3)参与冷却反应堆的部分设备可以是需要供电的能动设备，但满足失电安全设计，失电后设备状态会自动保持在系统运行所需状态；如某些气动阀失去控制电源后会自动开启或闭合，此类设备也应在识别潜在用户过程中筛除；
S3，确认应用场景电力负荷；
S3中，在完成识别应急电源潜在用户后，结合电厂实际情况确认每个应用场景的电力负荷；每个应用场景的电力负荷等于该应用场景下各设备的总额定功率；
S4，定量评估应用场景对电厂安全性的影响；
S4中，为了最大程度地发挥应急电源的作用，本发明采用概率安全评价(PSA)方法定量评估每个应用场景对电厂安全性的影响；堆芯损坏频率(CDF)和大量放射性释放频率(LRF)是衡量电厂安全性的主要指标，二者的定义分别为单位时间内预计发生堆芯损坏的次数和单位时间内预计发生大量放射性释放的次数；考虑到预防堆芯损坏是防止大量放射性释放的基本措施，本发明重点关注应急电源对CDF的影响；条件堆芯损坏概率(CCDP)表示特定事故条件下电厂发生堆芯损坏的可能性，丧失厂外电导致的CCDP数学表达式为：
CCDPLOOP＝CDFLOOP/IELOOP (1)；
CCDPLOOP表示丧失厂外电导致的条件堆芯损坏概率；CDFLOOP表示丧失厂外电导致的CDF，单位通常是1/堆年；IELOOP表示丧失厂外电发生频率，单位和CDFLOOP相同；以不设置应急电源条件下的CCDPLOOP作为基准值，各应用场景下CCDPLOOP相对基准值的降幅可以反映该应用场景中应急电源对电厂安全性的提升程度：
其中，Δ表示特定应用场景下的CCDPLOOP相对基准值的降幅，下标m表示第m个应用场景；降幅越大，应急电源的作用越显著显著；
S5，制定应急电源功率；
10.S5中，从两个维度制定应急电源功率：
1)丧失厂外电后，应急电源可以满足至少一条衰变热缓解途径正常运行；
2)应急电源可以最大程度保障核电厂的安全性；
对于维度1)，所有应用场景都可以满足维度1)的要求；
对于维度2)，理论上Δ越大，应急电源越能保障电厂安全性；但如果2个(或多个)排序最靠前的应用场景的Δ取值接近，为了提高电厂经济性，可以选择电源功率需求最小的方案；本发明规定：如果在区间[Δmax，Δmax-5％]范围内存在多个供电方案，选取其中电源功率需求最小的方案；如果在区间[Δmax，Δmax-5％]范围内只有唯一方案，则直接采用该方案；其中，Δmax表示CCDPLOOP相对基准值的最大降幅；
在该种决策方法的作用下，配置功率合理的应急电源，达到既满足基本安全需求，又节约成本的目的；对提高核电厂的安全性和经济性具有重要价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，确定反应堆衰变热移出途径；
S2，识别应急电源潜在用户；
S3，确认应用场景电力负荷；
S4，定量评估应用场景对电厂安全性的影响；
S5，制定应急电源功率。
2.根据权利要求1所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述S1中，首先结合电厂设计，确定所有的反应堆衰变热移出途径；热量从反应堆传递至环境热阱过程中经过的一系列系统组合被定义为一个衰变热移出途径；电厂通常具备多个衰变热移出途径以满足多样性的安全设计原则。
3.根据权利要求2所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述典型第二代压水堆核电厂的衰变热移出途径：
1)二回路冷却，通过向蒸汽发生器二次侧供水冷却反应堆；
2)余热排出系统，核电厂通常设置特定系统执行正常工况下的反应堆冷却功能；
3)一回路注射冷却，通过直接向一回路注水冷却反应堆；对于第三代非能动压水堆核电厂，在上述途径的基础上还存在其他非能动的衰变热移出途径。
4.根据权利要求1所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述S2中，识别每个衰变热移出途径下应急电源的潜在用户；所有失电后会影响该衰变热移出途径可用性的设备都会被识别为潜在用户，它们一起构成了一个应急电源的应用场景，以保障反应堆冷却功能。
5.根据权利要求4所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述识别过程要注意以下几点：
1)潜在用户识别范围应当包括直接参与传热过程的前沿系统以及保障前沿系统正常运行所需的支持系统，如控制系统、冷却系统等；
2)参与冷却反应堆的部分设备可以是非能动设备，如止回阀等；此类设备不需要供电，应在识别潜在用户过程中筛除；
3)参与冷却反应堆的部分设备可以是需要供电的能动设备，但满足失电安全设计，失电后设备状态会自动保持在系统运行所需状态；如某些气动阀失去控制电源后会自动开启或闭合，此类设备也应在识别潜在用户过程中筛除。
6.根据权利要求1所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述S3中，在完成识别应急电源潜在用户后，结合电厂实际情况确认每个应用场景的电力负荷；每个应用场景的电力负荷等于该应用场景下各设备的总额定功率。
7.根据权利要求1所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述S4中，为了最大程度地发挥应急电源的作用，本发明采用概率安全评价(PSA)方法定量评估每个应用场景对电厂安全性的影响；堆芯损坏频率(CDF)和大量放射性释放频率(LRF)是衡量电厂安全性的主要指标，二者的定义分别为单位时间内预计发生堆芯损坏的次数和单位时间内预计发生大量放射性释放的次数；考虑到预防堆芯损坏是防止大量放射性释放的基本措施，本发明重点关注应急电源对CDF的影响；条件堆芯损坏概率(CCDP)表示特定事故条件下电厂发生堆芯损坏的可能性，丧失厂外电导致的CCDP数学表达式为：
CCDPLOOP＝CDFLOOP/IELOOP (1)。
8.根据权利要求7所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述CCDPLOOP表示丧失厂外电导致的条件堆芯损坏概率；CDFLOOP表示丧失厂外电导致的CDF，单位通常是1/堆年；IELOOP表示丧失厂外电发生频率，单位和CDFLOOP相同；以不设置应急电源条件下的CCDPLOOP作为基准值，各应用场景下CCDPLOOP相对基准值的降幅可以反映该应用场景中应急电源对电厂安全性的提升程度：
其中，Δ表示特定应用场景下的CCDPLOOP相对基准值的降幅，下标m表示第m个应用场景；降幅越大，应急电源的作用越显著显著。
9.根据权利要求1所述的一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法，其特征在于，所述S5中，从两个维度制定应急电源功率：
1)丧失厂外电后，应急电源可以满足至少一条衰变热缓解途径正常运行；
2)应急电源可以最大程度保障核电厂的安全性；
对于维度1)，所有应用场景都可以满足维度1)的要求；
对于维度2)，理论上Δ越大，应急电源越能保障电厂安全性；但如果2个(或多个)排序最靠前的应用场景的Δ取值接近，为了提高电厂经济性，可以选择电源功率需求最小的方案；本发明规定：如果在区间[Δmax，Δmax-5％]范围内存在多个供电方案，选取其中电源功率需求最小的方案；如果在区间[Δmax，Δmax-5％]范围内只有唯一方案，则直接采用该方案；其中，Δmax表示CCDPLOOP相对基准值的最大降幅。
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