核电厂运行技术规格书附加柴油机相关内容的现状和优化方向

核电厂运行技术规格书附加柴油机相关内容的现状和优化方向

卢勇 黄永恩1

广西防城港核电有限公司，广西防城港市 538000

摘要：由于近年来核电厂换料大修工作的持续优化，核电厂对附加柴油机替代应急柴油机进行维修的需求时间有所增加，现场工作需求与运行技术规格书要求出现矛盾；此外部分核电厂附加柴油机通过改进，其替代应急柴油机执行安全功能的能力也有所提升。针对上述情况，本文结合运行技术规格书相关规定来源和附加柴油机的改进情况，分析运行技术规格书规定是否存在优化空间，以在保证核电厂电源安全可靠的前提下提升维修活动的灵活性。

关键词：附加柴油机 运行技术规格书 优化

Current Status and Optimization Direction of Additional Diesel Engine Related Contents in Nuclear Power Plant Operation Technical Specification

LU Yong, HUANG Yongen

（Guangxi Fangchenggang Nuclear Power Co.,Ltd. , Fangchenggang 538000, China）

Abstract: Due to the continuous optimization of the refueling and overhaul work of nuclear power plants in recent years, the time required for nuclear power plants to replace emergency diesel engines with additional diesel engines for maintenance has increased, and the actual work requirements on site are contradictory to the provisions of the operating technical specifications; at the same time, with the continuous improvement of additional diesel engines for some nuclear power units, their ability to replace emergency diesel engines to perform safety functions has also improved. In view of the above situation, this paper combines the sources of relevant provisions of the operating technical specifications and the improvement of additional diesel engines to analyze whether there is optimization space in the operating technical specifications, so as to improve the flexibility of maintenance activities on the premise of ensuring the safety and reliability of nuclear power plants.

Key words: Additional diesel engine, operation specification, optimization

1. 概述

国家核安全局（NNSA）于2016年10月批准发布新版部门规章HAF102《核动力厂设计安全规定》^[1]，针对应对丧失场外电源的设计，要求核动力厂应设有应急动力源，以在任何预计运行事件或设计基准事故下一旦丧失场外电源时提供必要的动力供应。还应设有替代动力源，以在设计扩展工况下提供必要的动力供应。

以目前国内核电厂M310/CPR1000机组为例，每台机组各配置两台应急柴油发电机组，在丧失厂外电的情况下向应急母线供电，以确保安全相关系统和设备正常运行。此外，还配置一台附加柴油发电机组，当某台机组发生全厂断电事故（SBO）时，向机组安全设施供电；正常运行工况下，还可以用附加柴油发电机替代一台退出运行的应急柴油发电机，以进行维修工作。从最早的M310机组到后续改进型的CPR1000机组，附加柴油机经过了从无到有，以及多次的设计改进，安全性能得到不断提高。本文针对运行技术规格书中附加柴油机相关规定与现场工作需求的矛盾，结合附加柴油机的改进，分析运行技术规格书附件柴油机相关规定的合理性和优化方向，为核电厂对替代动力源的管理提升提供可行思路和方案。

2. 核电厂替代动力源的法规要求和配置情况

   1. 核安全法规和规范对替代动力源的要求

美国核管理委员会（NRC）发布和实施的联邦法规10 CFR 50.63《失去全部交流电源》^[2]以及相关技术文件规定，核电厂必须配置用于核电厂全厂断电事故时提供替代动力电源，以显著提高了核电厂应对全厂断电事故的能力。

法国900MW 压水堆核电站系统设计和建造规则RCC-P（1991年版）^[3]规定，每个厂区有一个附加电源，它在前面所述的丧失全部交流电源的情况下，可以给其中一个6.6KV应急配电盘恢复供电。

NNSA于2002年发布《新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策》的通知中明确要求研究全厂断电事故的可能性和处理措施。

NNSA于2004年4月批准发布的部门规章HAF102《核动力厂设计安全规定》^[4]，要求在任何运行状态或设计基准事故下并在假设同时发生丧失厂外电源的情况应急动力供应满足要求。

NNSA于2016年10月批准发布新版部门规章HAF102《核动力厂设计安全规定》，明确提出应设置替代动力源，以在设计扩展工况下提供必要的动力供应。同时，针对应急动力源和替代动力源列举了几种手段，包括柴油机、蓄电池、水轮机、汽轮机或燃气轮机。

从上述国际和国内法规和规范要求来看，为应对全厂断电事故（SBO），国际和国内的法规均明确要求设置替代动力源。

1. 2. 核电厂附加动力源配置和改进情况

国内的核安全法规规范针对附加动力源的形式列举了几种，包括柴油机、蓄电池、水轮机、汽轮机或燃气轮机。M310/CPR1000机组设计上选择使用柴油发电机作为附加动力源。最初M310机组在设计时未考虑配置附加动力源，后续根据国家监管要求设计增加了一台附加柴油机。CPR1000机组在初始设计阶段即参考M310机组配置附加柴油机。由于法规和规范对该附加柴油机的安全等级没有要求，因此M310机组附加柴油机相关设施以及厂房抗震能力不是完全按照应急柴油机标准设计。CPR1000机组建设过程中对附加柴油机相关设施以及厂房进行逐步改进，改进后附加柴油机相关设施安全等级和厂房抗震性能与应急柴油机基本接近一致，根据最终安全分析报告说明，改进目的是为了增加附加柴油机替代应急柴油机执行安全功能的能力。

3. 运行技术规格书对替代动力源的规定存在的问题和改进方向

在M310机组增加附加柴油机后，将附加柴油机纳入运行技术规格书进行管理，允许附加柴油机替代一台应急柴油机进行预防性维修和纠正性维修。针对替代期限，国内某M310核电厂于2005年向NNSA申请附加柴油发电机组替代两台应急柴油发电机组进行维修的年度总累计时间最长为30天，该申请未获得NNSA批准，最终NNSA评审批准替代期限最长为14天。后续CPR1000机组运行技术规格书与之保持一致，附加柴油机替代一台应急柴油机进行预防性维修和纠正性维修的替代期限最长为14天。

国内某CPR1000核电厂于2018年针对附加柴油发电机组替代两台应急柴油发电机组进行维修的年度总累计时间延长进行论证工作，使用概率安全评价（PSA）方法分析附加柴油机替代应急柴油机时间延长到30天所引入的风险满足NNSA-0147和NNSA-0148风险可接受准则的要求，且留有一定的裕度。NNSA评审认为基于NRC对替代电源的管理和外部实践，在现有技术规格书、事故规程和风险管理水平下，不同意将附加柴油机替代时间延长至30天。

目前所有M310/CPR1000机组运行技术规格书允许附加柴油机替代一台应急柴油机进行预防性维修和纠正性维修，每台机组两台应急柴油机被附加柴油机替代总时间不超过14天。如果附加柴油机不可用，由于附加柴油机属于补充工况要求设备，因此需要在30天内恢复可用。

根据上述规定，附加柴油机替代一台应急柴油机进行维修的平均时间为不超过7天。如果大修期间使用附加柴油机替代应急柴油机进行预防性维修工作的时间过长，如果一台应急柴油机发生故障，附加柴油机将不能替代其进行维修，导致机组被迫后撤的情况出现。

通过调研核电厂对替代动力源的设计以及技术规格书附加柴油机相关规定的合理性，发现存在下述3.1和3.2小节描述的两点不足。

1. 1. M310/CPR1000机组在设计上对替代动力源的考虑不足

结合国外国际的实际情况，核电厂替代动力电源（AAC）的形式很多，包括如下几种形式，可是单独柴油机、燃气轮机，也可以是相邻机组EDG，或者外部电源等，接入方式也有很多种，直接连接应急母线、或者机组母线等，AAC可以是安全级，也可以是非安全级。

• AAC Configuration 1A：Non-Class 1E Power Source（柴油机连接到一条非应急母线）

• AAC Configuration 1B：DG Class 1E or Non-Class 1E（柴油机连接到一条应急母线）

• AAC Configuration 2A：Swing Diesel（柴油机连接到两条应急母线）

• AAC Configuration 2B：Dedicated Diesel with Cross-tie at Multiunit Site（两台机组的应急母线相互连接）

• AAC Configuration 3A：Nearby Power Source Connected to Non-Class 1E BUS（厂外电源连接到一条非应急母线）

• AAC Configuration 3B：Nearby Power Source Connected to a Class 1E BUS（厂外电源连接到一条应急母线）

• AAC Configuration 4A：Onsite IC Turbine Connected to a Non-Class 1E BUS（燃气轮机连接到一条非应急母线）

• AAC Configuration 4B：Onsite IC Turbine Connected to a Class 1E BUS（燃气轮机连接到一条应急母线）

在M310/CPR1000机组最终安全分析报告中，全厂断电事故分析中恢复供电的最后手段为另一机组的应急柴油机，即AAC Configuration 2B的形式，而不是附加柴油机。

M310机组最初选择新增附加柴油发电机作为替代动力源以满足法规规范的要求，并实现对应急柴油发电机的维修替换。实际上，目前M310/CPR1000机组同时具备AAC Configuration 1B和AAC Configuration 2B两种替代动力源形式，而在设计文件上仅考虑将附加柴油机作为替代动力源。

1. 2. 运行技术规格书对附加柴油机替代时间的规定过于保守

法国电力公司（EDF）运行技术规格书中规定附加柴油机替代两台应急柴油机的允许时间最长为10天，该时间为考虑到法国核电厂附加柴油机不具备抗震能力，因此替代应急柴油机执行安全功能的能力有限，因此不能无限期替代应急柴油机。目前CPR1000机组附加柴油机经过改进，在抗震性能上已经有较大提高，替代应急柴油机执行安全功能的能力提升较大。以国内某M310核电厂概率安全分析（PSA）计算结果为例，附加柴油机替代应急柴油机时间的最大可接受时间为43.7天，将运行技术规格书中附加柴油机替代应急柴油机时间延长到30天所引入的风险满足NNSA-0147和NNSA-0148风险可接受准则的要求，且有一定的裕度。CPR1000机组在抗震性能改进后，PSA计算的结果的附加柴油机替代应急柴油机时间的最大可接受时间应该更长。当前技术规格书中规定的两台机组共14天的替代时间过于保守，应该附加柴油机的安全性能改进优化。

M310/CPR1000核电机组使用的法系运行技术规格书在编写时主要使用确定论分析方法，概率安全分析（PSA）方法在法系运行技术规格书中的实际应用较少，此外评审机构对PSA应用于具体事件条款后撤时间的认可度还不够。目前M310/CPR1000核电厂正在进行法系技术规格书转中系技术规格书的工作，随着后续中系技术规格书的投用和PSA方法的成熟应用，该状况应该会得到明显改善。

针对上述存在的问题，为解决附加柴油机替代应急柴油机的需求与技术规格书允许替代时间的矛盾，可以考虑下述3.3小节的几种解决方案。

1. 3. 附加柴油机替代应急柴油机的需求与允许替代时间的矛盾的解决方案

（1）修改设计文件，增加附加动力源的形式，明确另一台机组应急柴油机也是附加动力源的形式之一。以另一台机组应急柴油机作为附加动力源缓解SBO事故后果，而附加柴油机可同时执行附加动力源和替代电源的双重功能。

（2）可以考虑新建一台应急柴油机，完全替代需要维修的应急柴油机，附加柴油机作为附加动力源应对SBO。该方案适合较多机组共用一台附加柴油机的情况。

（3）改进附加柴油机与应急柴油机等级一致，新增其它附加动力源。针对机组数量较少的核电厂，从可用率和成本角度考虑新增一台应急柴油机的方案可行性较低，因此，该方案适合机组数量较少的核电厂。

针对上述方案，以一个内电源故障（执行LHP/Q1条款）为例，分别分析其对运行技术规格书（以国内某CPR1000核电厂为例）的影响如下：

针对第一种情况，附加柴油机可执行附加动力源和替代电源的双重功能。在该设计背景下，后续推动在中系技术规格书管理模式下，根据PSA分析结论对应急柴油机替代时间进行优化，适当延长替代时间。

针对第二种情况，新增应急柴油机可以完全替代故障的应急柴油机，实现完全替代。使用应急柴油机替代后，机组可以消除记录的事件（LHP/Q1）。附加柴油机保持备用状态。

针对第三种情况，提高附加柴油机等级后，附加柴油机可以完全替代故障的应急柴油机，使用附加柴油机替代后，机组可以消除记录的事件（LHP/Q1）。此时，附加柴油机对其它机组不可用，根据运行技术规格书，应该在30天内恢复其可用性。此时如果某台机组发生SBO，可以将附加柴油机解除替代，并连接到发生SBO机组的应急母线。

4. 结束语

从上文的分析可知，目前国内M310/CPR1000核电厂运行技术规格书中附加柴油机替代时间的相关规定过于保守，应考虑在当前我国核电监管部门推动PSA方法应用的情况下继续推进优化，或者考虑通过新增应急柴油机或者附加柴油机安全等级提升的改进，在增加核电厂电源安全水平的同时优化运行技术规格书中附加柴油机相关规定，以解决目前核电厂运行技术规格书的要求与现场维修工作需求矛盾的问题。

5. 参考文件

[1] 国家核安全局，HAF102，核动力厂设计安全规定 [S] .北京：国家核安全局，2016.

[2] EDF，FRAMATOME，RCCP-P 1991，Design and Construction Rules for System Design of 900 MW PWR Nuclear Power Plants，France，EDF，1991.

[3] 美国 10 CFR Part 50.63“Domestic Licensing of Production and Utilization Facilities”，1991年8月.

[4] 国家核安全局，HAF102，核动力厂设计安全规定 [S] .北京：国家核安全局，2004.

1作者简介：卢 勇（1987—），男，湖北公安人，工程师，大学本科，从事核电站安全监督、评价及运行优化工作