压水堆核电机组汽轮机旁路排放系统故障风险分析及应对措施

摘 要：压水堆（PWR）核电机组是我国投入运营的成熟堆型，运行多年来，核电厂曾发生过多起汽轮机旁路排放系统故障事件。本文针对核电厂曾发生过的几起典型事件，从汽轮机旁路排放系统故障的产生机理、处理过程以及引发的后果等方面进行了严谨科学地分析，并在核电厂操纵人员培训及设备运行和维护方面提出几点建议，以有效降低汽轮机旁路系统故障发生的几率，保障核电机组的安全稳定运行。

关键词：压水堆核电机组；汽轮机旁路排放系统；故障；风险；建议

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.042

0 引言

核电机组与常规火力发电机组一样，都设计有汽轮机旁路排放系统，且汽轮机旁路排放系统是核电机组的一个重要组成部分，旁路排放系统连接核岛与常规岛，其控制系统相对二回路其他各系统来说更为复杂，它在机组的启动、停运过程及事故处理过程中起着十分重要的作用。当汽轮机旁路排放系统故障时，核电机组除了面临火力发电厂所遇到的诸如经济性下降等问题以外，还存在由于反应堆的核特性所带来的核安全上的潜在风险。所以，如何有效降低汽轮机旁路系统发生故障的几率，以及一旦发生汽轮机旁路系统发生故障时如何确保核电厂操纵人员能够正确决策值得核电厂高度关注。

1 汽轮机旁路排放系统典型故障事件

压水堆核电机组运行多年来，发生过多起汽轮机旁路排放系统故障事件，这些事件轻则给操纵人员监测和控制机组参数带来困难，重则引起反应堆停堆。以下是三起汽轮机旁路排放系统故障事件的介绍。

（1）汽轮机旁路排放系统控制失效事件。2012年，我国某核电厂3号机组在10%额定功率运行状态时，GCT-c的一个排放阀由于阀门定位器的开度反馈杆与阀门阀杆的固定螺栓出现松动，导致阀门在开关时，阀门反馈杆无法正确反馈阀门的实际开度，使得该阀控制失效，主控室操纵人员无法对其进行控制，在操纵人员的干预过程中，执行了反应堆降功率操作，同时将汽轮机旁路由向凝汽器排放切换为向大气排放，在降功率过程中，3台蒸汽发生器水位同时下降，操纵员通过加大给水流量试图控制蒸汽发生器水位，但未能奏效，水位持续下降并触发水位低低报警，最终引发停堆。（2）汽轮机旁路排放系统阀门机械损伤事件。2013年，我国某核电厂3号机组进行预防性维修解体检查汽轮机旁路排放阀阀体，维修人员解体其中一个阀门后，发现阀芯有损伤，已经影响到阀门的可用性，需要及时更换新的阀芯。

2 汽轮机旁路排放系统故障风险分析

核电机组汽轮机旁路排放系统在机组的启停和运行中都起着重要的作用，一旦发生故障，就会对机组安全运行产生不利影响：

（1）导致反应堆停堆。当机组在启动或停运过程中，如果GCT系统排放阀控制系统故障，阀门误动作，会对一、二回路的参数产生很大的扰动，如果在功率运行状态下，可能会造成蒸汽发生器水位下降，甚至引发反应堆自动停堆。（2）引发安全注射。电网故障时，汽机调节系统快速关小汽机进汽阀，二回路压力升高，排放系统按厂荷工况开启排放阀。如果电网故障排除，汽机进汽阀将重新开大。由于排放阀关闭较慢，则可能由于蒸汽流量高和二回路压力低引发安全注射。（3）造成放射性泄漏。如果GCT-a排放阀故障泄漏的同时，有蒸汽发生器传热管破裂事故叠加，会存在向大气排放辐射性物质的风险，导致环境污染，影响核安全。（4）导致汽轮机振动加大，触发汽轮机紧急停机。旁路排放阀发生泄漏时，还有可能使汽轮机排汽温度升高、凝汽器真空下降，进而使蒸汽在汽轮机内的的做功减少，蒸汽漏量过大的话，汽轮机排汽温度过高甚至会影响汽轮发电机组的中心平衡，造成汽轮机组振动加大，引发汽轮机紧急停机，这些都给机组的安全经济运行带来了很大的威胁。（5）降低机组经济性。当机组正常运行中GCT-c排放阀发生内漏或故障开启时，会导致部分蒸汽绕过汽轮机相应的汽缸，使汽轮机的做功能力下降，机组运行经济性将降低。

3 建议核电厂采取的措施

鉴于汽轮机旁路排放系统故障可能导致的多种风险，建议核电厂从操作人员培训和设备维护等方面采取适当措施，保障汽轮机旁路排放系统的可靠运行。

（1）在操纵人员的理论课程培训中，增加汽轮机旁路排放系统故障分析的相关内容，包括故障产生的机理、原因分析和故障可能引发的后果。在操纵人员的模拟机培训中，有针对性地加入汽轮机旁路排放系统的故障处理，以提高操纵人员的事故应对能力，避免在遇到相关故障时，操作人员手忙脚乱，引起误操作。通过这两方面的培训使操纵人员在系统故障时能够作出正确决策以最大限度地降低事故后果。（2）加强对现场操作人员的岗位技能培训，特别是一些专用工具的使用，如听针、测温仪等。通过培训使现场操作人员能够在巡检过程中加强对GCT系统管线的巡视，及时发现设备隐患，如阀门损伤、螺丝松动等，从而减少汽轮机旁路排放系统故障的发生。（3）设备运行及维修相关部门做好汽轮机旁路排放系统的维护，降低汽轮机旁路排放系统故障的发生几率。（4）优化汽轮机旁路排放控制系统的响应时间，减少汽轮机旁路排放系统故障导致停堆或安全注射的几率。

（5）汽轮机旁路排放控制系统设计上采取保守设计，保障排放阀的故障安全位置为关，避免一回路过冷，减少安注风险。同时，建议核电厂主管部门在操作人员的选拔和考核中适当增加汽轮机旁路排放系统故障的分析和处理等内容，以确保操纵人员具备相应的事故处理能力。

4 结语

压水堆是我国目前投入运营的主力堆型，运行多年来，已经发生过多起GCT系统故障事件，这些事件对核电厂安全经济运行造成了较大影响，值得核电厂及相关单位高度重视。建议核电厂在操作人员培训和设备维护等方面采取适当措施，以降低GCT系统的故障几率，保障核电机组运行的安全性和经济性。

参考文献：

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作者简介：任玲妮（1980-），女，湖北人，本科，工程师，研究方向：核动力运行。

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