对美国罗宾逊核电厂由火灾导致的反应堆紧急停堆和主泵丧失轴封冷却的运行事件的经验反馈 伍浩
【摘 要】描述和分析了美国罗宾逊(H.B.Robinson)核电厂发生的一次由电缆故障引起的火灾并导致安注启动、主泵丧失轴封冷却的运行事件.介绍了操纵员处理事件的过程和失误.从设备、管理、人员培训等方面探究了事件的直接原因和根本原因,并针对这些原因进行总结,对我国核电厂的运行管理工作提出了具体建议. 【期刊名称】《核安全》
【年(卷),期】2014(013)001
【总页数】6页(P83-87,94)
【关键词】罗宾逊核电厂;火灾;主泵丧失轴封冷却;经验反馈
【作 者】伍浩
【作者单位】国家核电技术有限公司,北京100029
【正文语种】中 文
【中图分类】TL48
罗宾逊核电厂2号机组是美国东南部第一台投入商业运行的核电机组，为三环路压水堆核蒸汽供应系统［1］。2010年3月28日，该核电厂发生了一起由火灾导致的反应堆紧急停堆和主泵丧失轴封冷却的运行事件［2］。事件首先由电缆故障引起，致使一根非安全级母线起火和反应堆保护系统自动触发产生紧急停堆动作，随后由于操纵员的不当响应又引发了一系列的问题。在本次事件中，没有发生实际的放射性物质释放，根据INES分级手册（2008版），将本事件定为2级［3］。 1 事件描述
事件发生前，机组处于99.5%功率运行状态。此时，主发电机作为厂用电的主要来源，经机组辅助变压器（UAT）为母线1和母线4供电；母线4又通过断路器52/24向母线5供电，母线3由启动变压器（SUT）供电。厂内电力系统的供电原理图如图1所示。
1.1 第一次火灾及反应堆停堆
图1 罗宾逊核电厂厂内电力系统电路示意图Fig.1 Circuit diagram of the on-site power supply system of HBRSEP
2010 年3月28日18：52（美国东部标准时间EST），母线4向母线5供电的一根电缆发生故障，导致母线5起火，同时造成母线4的电压降低，其带载的主泵转速降低导致冷却剂环路B的流量降低，最终触发紧急停堆动作。此时，本应分闸将故障电缆隔离的断路器52/24却失效，导致故障向次级母线以及UAT蔓延，造成母线3及其下游的母线E-2电压降低。这种欠压现象使母线E-2与母线3解列，应急柴油发电机EDG-B自动投入，向母线E-2供电，同时也导致MCC-4断电。随着供电快速切换到SUT，几秒钟后断路器52/19由于过流跳闸，故障被切除。第一次故障事件仅持续了约12 s。电厂消防队对火灾实施了扑救，并于20：34向主控报告“供电母线房间警报解除”，但主控操纵员却没有复位该房间的火灾报警装置。
1.2 反应堆过度冷却和安注触发
MCC-4供电的中断，致使汽水分离再热器（MSR）疏水箱应急疏水阀以及MSR调节阀意外开启，主蒸汽旁路进入主冷凝器，导致反应堆冷却剂系统（RCS）的冷却速率超过技术规格书要求。对此操纵员没有发现，因此也就没有采取措施。
18：53，操纵员根据应急操作规程开启了两个上充泵B/C，但没有对稳压器水位和RCS温度进行适当监测。18：58，主控显示稳压器水位已经降到最低限值，容控箱（VCT）内的液位已经降到转至换料水箱（RWST）取水的临界点，却没有触发自动切换。19：00，RCS因快速冷却导致压力低，进而触发安注，13 min后安注停止。19：25，主蒸汽隔离阀保护信号关闭，蒸汽发生器被隔离，RCS过度冷却停止，如图2所示。
图2 反应堆冷却剂系统温度Fig.2 RCS temperature
1.3 主泵丧失轴封冷却
正常情况下，主泵轴封冷却是由VCT内的冷却水提供，并将热量带给设备冷却水（CCW）导出。事件过程中，VCT内部因上充泵没有自动切换到RWST取水而形成低水位，直到VCT低水位报警，当值人员才发现此情况。本来在上充水失去的情况下， CCW流经主泵
热屏热交换器可作为主泵轴封冷却的替代手段，但由于母线E-2瞬时失电时，已导致CCW回流阀FCV-626意外关闭，造成主泵不能从上充系统获得足够的轴封冷却，与此同时CCW又与所有的主泵热屏热交换器隔离。从19：24开始，主泵RCP-B、RCP-A和RCP-C轴承先后高温报警。19：31，操纵员才意识到这个问题并重新开启了阀门FCV-626，恢复了CCW对主泵热屏热交换器的冷却。虽然操纵员恢复了CCW的循环，但仍未发现上充泵没有切换至RWST取水，所以也不知道即使恢复了CCW循环，主泵依然没有足够的轴封水注入。19：37，轴封流量全部丧失，9 min后操纵员才发现问题。19：51，主控手动将上充泵切换至RWST取水。此时，因VCT内的水位低，导致RCP丧失轴封冷却已经约25 min（如图3～6所示）。
建模仿真
图3 RCP-A的轴承温度Fig.3 RCP-A bearing water temperature
图4 RCP-B的轴承温度Fig.4 RCP-B bearing water temperature
图5 RCP-C的轴承温度Fig.5 RCP-C bearing water temperature
图6 上冲压头和RCS压力的变化Fig.6 Direction of charging header pressure and RCS pressure压缩木耳
sent协议
图7 VCT水位的变化Fig.7 Water level changing of VCT超声波除垢
1.4 第二次火灾
初始故障发生4 h后，主泵轴封冷却已经恢复，RCS不受控的冷却和安注已经停止。操纵员在不了解电力系统故障程度的情况下，尝试将电厂恢复到正常系统供电。这导致用于将故障设备与带电系统隔离的断路器52/19合闸，致使故障电缆连同已损坏的UAT再次被通电，不但造成断路器52/24故障，而且产生的高能故障电弧还损坏了周围的设备，并引起第二次火灾。随后，断路器52/19由于过流分闸后隔离了故障，终止了第二个故障事件［4-6］。
2 原因分析
本次事故是由多重故障相互叠加导致的，下面对这些故障产生的原因进行逐项分析。
2.1 电缆故障
本次事件的始发事件是电缆故障。分析表明，电缆可能在1986年设计修改期间就已经存在问题。该故障电缆无绝缘涂层、无外护套，没有防火灾蔓延的特性，达不到绝缘等级和绝
缘屏蔽的要求，这些都不满足电缆安装设计变更单中的技术规范要求。调查还显示，电缆上存在多处绝缘破损，推断可能是设计变更包中没有包含电缆敷设拉线张力限制或预防措施造成的。
2.2 断路器52/24故障
断路器52/24的失效归因于控制电源指示灯的一个长期未纠正的问题。2008年，工作人员曾发现断路器52/24位置的指示灯没有亮。按照程序规定，针对这种关键部件的故障，应开具工作单，并发起不符合项报告处理流程，但电厂对此仅开具工作单反映情况。审查人员认为指示灯不亮是由于灯头故障造成的，因此该工作单因缺少备件的原因而置于延期办理状态。此后，运行人员又多次发现指示灯的这个故障，但每次提出的工作要求都因工作单延期而取消；工程技术人员在进行系统巡检时，也曾多次发现指示灯状态的降级，并对此问题开启了工作要求，但也未能按照程序要求对具有高安全重要性的关键部件进行适当的评估。电厂调查显示，断路器52/24的开启失效是由控制电源保险丝的缺陷造成的，该缺陷导致断路器没有控制电源。进一步的调查显示，点亮断路器52/24控制电源指示灯的线路中使用了相同的保险丝，保险丝的缺陷使指示灯不能被通电。因此，先前记录的断路器52/24指示灯不亮，实际上是因为没有控制电源造成的，而不是因为灯头故障。汽车夜视仪
2.3 上充泵自动切换的失效
调查显示，上充泵在VCT低水位时没有自动切换到RWST取水，是由于VCT的液位计控制模块LC-112B配置不当造成的，该模块于2008年完成安装和试验。调查发现，当时的工作单中对液位计模块的配置说明有误，将本应跨接到“2-3”的W109跨接到了“1-2”。另外，由于没有对整个控制回路进行检验，因而未发现这个错误。
2.4 阀门FCV-626的意外关闭
经调查，流量开关FIC-626的实际控制电源是由仪表母线4提供的，而电厂的《仪表母线》程序中却错误地将供电电源描述成是由仪表母线1来提供。实际上，仪表母线4和FCV-626的控制电源都是由MCC-6来供电。这导致当母线E-2转至EDG进行供电时，阀门FCV-626和继电器FIC-626X都丧失供电约10 s。这段时间里，FIC-626X重置为断电状态，触发阀门FCV-626关闭回路。当母线E-2重新供电后，阀门FCV-626立即开始关闭，在阀门完全关闭前状态锁定。阀门FCV-626在正常运行时处于常开状态，关闭后没有自动开启功能。
通过对阀门FCV-626控制回路的相关历史数据的调查发现，电厂至少有两次机会发现阀门
丧失供电后的这种特性。但是，电厂没有识别出，或者没有对阀门的这种意外行为进行追溯。
2.5 操纵员的不当响应
通过调查发现，电厂的规程和操纵员培训大纲存在严重缺陷。
电厂的反应堆操纵员和主控室监控人员回顾，当时的冷却速率满足模拟机训练中对反应堆停堆后主泵跳闸情况下的培训要求。对培训课程进行审查后发现，在大多数培训场景中，一旦主泵的运行参数降级，操纵员就迅速降低反应堆功率，功率降低后，场景中的机组状况将促使操纵员手动停堆并停止主泵。在培训中，低功率导致了安注启动。然而，此次事件的不同之处是满功率工况下发生主泵降级，满功率下的机组状况实际上降低了安注的可能性。检查发现，操纵员培训中没有讨论或模拟过电厂在高功率水平下对类似失效的响应。模拟机培训中的场景导致操纵员错误地认为在事件发生期间投入安注是应该的、合适的，而实际上在反应堆从满功率状态紧急停堆到热态期间是不建议进行安注的。
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