一种电源系统丧失及后果的分析方法

摘要

本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种核电厂电源系统丧失及后果的分析方法。该方法首先分析电源系统结构和可能发生的故障，列出电源系统的所有用户，基于供电开关种类设计，获得各用户设备的供电状况，从供电状况得到用户设备运行状况，分析用户设备所在系统或子系统功能由于用户设备运行状况变化的响应和影响，对与关联的众多系统或子系统功能响应和影响进行综合分析和评价，得到该电源系统丧失的关键后果，完善设计方案。本发明可以有效避免各专业之间系统设计和电气设计相对独立而产生的设计考虑不周的情况，可以作为供电设计的一种补充设计方式。并且，该方法可以用于核电站异常处理方法制定的领域，解决运行规程编写依据的问题。

说明书

技术领域

本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种核电厂电源系统丧失及后果 的分析方法。

背景技术

核电厂一般基于成熟技术和安全考虑，或批量建设，或参考小改建设。对 于压水堆系列核电厂，电厂的系统和设备设施设计，包括电源系统的设计大致 相同。同时，核电厂的运行规程，包括电源系统相关的运行规程的制定也是参 考小改，没有进行支持分析的需求。

随着核电技术的发展，核电厂的系统设备设计并不是一成不变。但由于核 电厂安全的重要性，人们往往对设计改进持非常谨慎的态度。这其中有一种核 安全文化的概念，即采用经过实践检验的技术是最安全的。另外，如何论证新 技术的安全性和可靠性，如何评价新技术存在的风险，这也是对设计提出的比 较确实的挑战。对于电源系统设计改进或者其相关的异常处理方法的改变，也 存在这样的设计难题。

电源系统是核电站的重要组成部分，包括中低压交流电源系统和直流电源 系统，其功能是向核电站所有用电负荷供电。涉及的用电负荷广泛，包括了安 全级和非安全级的电气机械设备和控制机柜。电源系统丧失影响到反应堆冷却 剂系统、反应堆保护系统响应、核安全和辅助系统、二回路系统、发电输电系 统和厂内电气系统等全厂范围方面的安全和运行。可见，电源系统的设计和可 靠性，直接影响着核电站的安全和运行，需要制定完备的电源系统丧失的异常 处理方法加以应对风险。

对于技术进步等原因采用不同电源供应系统的设计，则带来了设计合理性 的问题，而且从纵深防御方面来说，带来了新设计的影响特别是丧失后果变化 和处理方法的问题。核电站的电源系统组成复杂，其供电负荷多种多样，其中 包括与核电站安全相关的反应堆停堆保护系统、专设安全设施，以及控制事故 发展的系统和设备运行。由此可见，核电站电源系统的可靠性影响着核电站的 安全，特别是对于电源系统丧失的影响，应进行全面分析、梳理关键后果，对 电源系统及其供电设计进行评价，同时提出应对方案，用于有针对性地制定运 行规程。

发明内容

本发明的目的在于针对核电厂电源系统设计的需要，提供一种电源系统 丧失及后果的分析方法，从而解决电源系统设计改动带来的不确定性影响。 该方法可以有效避免各专业之间系统设计和电气设计相对独立而产生的设计 考虑不周的情况，可以作为供电设计的一种补充设计方式。

本发明的技术方案如下：一种电源系统丧失及后果的分析方法，包括如 下步骤：

（1）分析电源系统结构和可能发生的故障；

（2）分析列出电源系统的所有用户；

（3）基于供电开关种类设计，获得各用户设备的供电状况；

（4）从供电状况，结合用户本身设备种类，得到用户设备运行状况；

（5）分析用户设备所在系统或子系统功能由于用户设备运行状况变化 的响应和影响；

（6）对与电源系统相关联的众多系统或子系统功能响应和影响进行综 合分析和评价，得到该电源系统丧失的关键后果；

（7）如果发现电源系统丧失引起的关键后果超出核电厂的设计要求和 指标，则进一步研究设计修改完善的可能性，提出设计完善方案；

（8）形成研究分析报告，用于异常运行处理规程制定。

进一步，如上所述的电源系统丧失及后果的分析方法，其中，步骤（1） 中所述的可能发生的故障包括失去交流电源、交流和直流母线短路、充电器 故障、母线电压低。

进一步，如上所述的电源系统丧失及后果的分析方法，其中，步骤（3） 中所述的供电状况包括受电或失电。

进一步，如上所述的电源系统丧失及后果的分析方法，其中，步骤（4） 中所述的用户设备运行状况包括保持当前运行状况或停止运行，以及是否可 监控。

本发明的有益效果如下：

1、可以用于研究和评价设计变化的可靠性和风险，以结果导向的方式 验证新技术或技术改进的适用性，从而保证核电厂的安全性。

2、对电源系统全面和有条理的分析和研究，可以得到完善的、分解性 的电源系统全方位的阐述资料，为其制定异常运行规程提供了理想输入，可 以保证运行规程制定的正确性。

3、综合分析和评价，可以起到反向设计的作用，有利于进一步保证电 源系统设计的合理性，甚至起到推动采用新设计的作用。

4、应用该电源系统丧失及后果的分析方法得到的材料，可以用于学习 培训目的，提高对电源系统和核电厂其他系统、设计和运行领域之间联系的 认识。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提供的电源系统丧失及后果的分析方法，包括如 下步骤：

（1）分析电源系统结构和可能发生的故障；

（2）分析列出电源系统的所有用户；

（3）基于供电开关种类设计，获得各用户设备的供电状况，包括受电 或失电；

（4）从供电状况，结合用户本身设备种类，得到用户设备运行状况， 包括保持当前运行状况或停止运行，以及是否可监控；

（5）分析用户设备所在系统或子系统功能由于用户设备运行状况变化 的响应和影响；

（6）对与电源系统相关联的众多系统或子系统功能响应和影响进行综 合分析和评价，得到该电源系统丧失的关键后果；

关键后果指对核电厂的生产运行造成影响程度较高的后果，甚至影响安 全。例如会造成电厂处于较大的瞬态（如紧急停堆），这对设备是不利的， 尽管有的无法避免，但不应超过设计初衷；再例如造成核电厂运行方式比较 大的变化，如由于主泵停运，主回路从强迫循环运行变为了自然循环，降温 降压的方式就会发生改变。

（7）如果发现电源系统丧失引起的关键后果超出核电厂的设计要求和 指标，则进一步研究设计修改完善的可能性，提出设计完善方案；

（8）形成研究分析报告，用于异常运行处理规程制定。

应用这项电源系统丧失及后果的分析方法，可以解决设计改动带来的不确 定性影响。这种分析方法建立了系统性的评价方式，从更全局的角度对设计进 行考量，可以有效避免各专业之间系统设计和电气设计相对独立而产生的设计 考虑不周的情况，可以作为供电设计的一种补充设计方式。同时，此项技术可 以用于核电站异常处理方法制定的领域，包括核电站异常处理方法变更，用于 研究电源系统丧失的影响和故障运行是否可接受、可控制、可处理，解决运行 规程编写依据的问题。由于此项技术提供了一种强有力的分析和评价，它还可 以起到消除核电站设计中是否采用新电源系统设计和结构的顾虑的作用。

本方法可以用于核电厂所有电源系统的研究和评价，包括：6.6kV动力电源、 220V UPS电源、125V(或110V)直流电源、48V直流电源。下面以125V直流电源 系统丧失为例，对本发明进行详细描述。

首先研究125V直流电源系统的设计组成和功能。125V直流系统，分为A列 和B列。每列电源由两台充电器和一个蓄电池组组成。两台充电器并行运行， 其中一个充电器由380V应急交流电源供电，当一台充电器发生故障时，自动切 换到另一台。蓄电池组端电压维持不变，或者处于浮充状态。正常运行时，电 池仅需提供瞬时尖峰负荷。主要向以下用户提供125V直流电：6.6kV断路器的 储能电机和控制线圈、6.6kV和380V交流接触器的控制线圈、6.6kV和380V交 流配电盘仪表、控制棒电源系统和反应堆保护系统的控制电源、220V UPS逆变 器。

研究125V直流电源系统故障，包括失去交流电源、交流和直流母线短路、 充电器故障、母线电压低。其中，直流母线短路和母线电压低将导致125V直流 电源系统丧失。丧失故障可以通过电压低故障报警诊断，并通过停堆断路器故 障等信号确认。

研究用户设备运行状态。根据125V直流配电盘出线表，分析列出用户负荷 和其供电开关类型。其中用户为配电盘的，进一步从中压或低压配电盘出线表 找出具体用户设备。供电开关类型有断路器、接触器、闭锁型接触器，丧失125V 控制电源时其动作分别为：保持原位、断开、保持原位。机械设备方面，失去 125V时转动设备（如泵、风机）电机跳闸，电动阀门保持原位。

研究电厂系统的运行后果和响应。用户设备的运行状态影响所在系统的功 能，包括主要的电气系统和设备：主变压器、汽轮发电机组、中压电源系统自 动动作、控制棒电源系统；机械系统和设备有：反应堆冷却剂系统三台主泵， 化学和容积控制系统A列上充泵，安全厂用水和设备冷却水系统、辅助给水系 统、蒸汽排放系统、反应堆硼和水补给系统等。

根据上述125V电源丧失的后果和响应，主要从厂外主电源丧失和部分中压 电源切换到由辅助电源供电、汽轮发电机组跳闸、控制棒电源系统和反应堆保 护系统、主泵停运、A列厂用设备停运等方面进行综合分析，这些后果涉及到汽 轮机跳闸、控制棒落下和紧急停堆、自然循环、A/B列设备切换等关键后果。

对于125V直流电源系统，失去125V A列，会导致汽轮发电机组跳闸、电 网线路断路器跳闸、控制棒电源系统失电、A列上充泵停运、A列设备冷却水泵 停运、主控室通风A列风机停运等等。

汽轮机跳闸对于二回路运行来说是关键后果，意味着二回路运行改变，包 括冷凝器运行、给水供应、蒸汽排放。

电网线路断路器跳闸，导致电厂厂外主电源丧失，6.6kV中压配电盘自动切 换到辅助电源，这是对电气系统运行的关键后果。

控制棒电源系统失电会导致控制棒落下、即紧急停堆，也是关键后果。

而A列上充泵停运的影响比较局限在系统级，可以通过切换到投运B列上 充泵处理。A列设备冷却水泵停运，意味着A列厂用设备运行受影响，这涉及众 多设备要切换到B列，影响也较大。

对于电源丧失处理来说，总的应对方案就需要考虑上述汽轮发电机组跳闸、 电网线路断路器跳闸、控制棒电源系统失电、A列设备冷却水泵停运这些关键后 果提出。

进而，主要从瞬态事件分类和事故后运行操作可行性和复杂性等方面进行 后果综合评价。瞬态事件分类方面，电源系统丧失事件一般属于二类工况，计 算分析结果应满足二类工况准则，不应导致更高层次事故发生。事故后运行操 作可行性方面，首先是执行反应堆安全功能的系统和设备的可运行性和替补手 段，其次是保障这些系统和设备运行操作的系统和设备的可运行性，以及有关 系统和设备的恢复和维修要求。如果综合分析和评价认为电源系统丧失导致了 运行操作过于繁琐或复杂或者安全退防状态不稳定，则应从供电设计和用户系 统设计上研究改善的可行性。这种设计改善可能是系统级的或者是设备级的。

经过全面的研究分析，结合异常运行处理方法要求，编纂分析评价报告， 可以作为依据用于编制异常处理方法，借此确定响应策略和处理方法。

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。