核电厂火灾事故规程接口设计方法研究.pdf

8 第44卷第4期2024年8月

核科学与工程Nuclear Science and Engineering

Vol.44 No.4 Aug.2024

核电厂火灾事故规程接口设计方法研究

张秀春$^{1,2,3,4}$,黄永恩$^{5}$,梅亮$^{3,4}$,夏虹$^{1,2,*}$,刘永康$^{6}$,杨自军$^{3,4}$,张捷$^{3,4}$,刘洁$^{3,4}$,许俊俊$^{3,4}$

(1.哈尔滨工程大学核安全与先进核能技术工信部重点实验室,黑龙江哈尔滨150001;

1. 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨150001;

1. 苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215000;

1. 国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心，江苏苏州215000;

1. 广西防城港核电有限公司，广西防城港 538000;

1. 中广核研究院有限公司，广东深圳518000)

摘要:针对核电厂缺少火灾事故规程(FAIOp)与其相关运行技术文件接口的系统性设计方法,使得核电厂运行阶段安全防火分区设计理念在与FAIOp相关的运行技术文件中贯彻得不彻底的问题,提出核电厂火灾事故规程接口设计方法。将该方法应用于某电厂指定区域的火灾,可顺利调用相关运行技术文件,从而保证该区域在发生被FAIOp覆盖的火灾需执行FAIOp时电厂的安全运行。本文的研究方法可推广至采用安全防火分区设计的任何堆型的核电厂。

关键词:核电厂火灾;FAIOp;DOIS;EOP

中图分类号:TL48

文章标志码:A

文章编号:0258-0918(2024) 04-0886-08

Study on the Interface Design Method of Fire Action Operator Sheets in Nuclear Power Plant

ZHANG Xiuchun$^{1,2,3,4}$, HUANG Yongen$^{5}$, MEI Liang$^{3,4}$, XIA Hong$^{1,2,*}$, LIU Yongkang$^{6}$, YANG Zijun$^{3,4}$, ZHANG Jie$^{3,4}$, LIU Jie$^{3,4}$, XU Junjun$^{3,4}$

(1. Key Laboratory of Nuclear Safety and Advanced Nuclear Energy Technology, Ministry of Industry and Information Technology, Harbin Engineering University, Harbin of Heilongjiang Prov. 150001, China;

1. Fundamental Science on Nuclear Safety and Simulation Technology Laboratory, Harbin Engineering University, Harbin of Heilongjiang Prov. 150001, China;

1. Suzhou Nuclear Power Research Institute Co., Ltd., Suzhou of Jiangsu Prov. 215000, China;

1. National Engineering Research Center for Nuclear Power Plant Safety & Reliability, Suzhou of Jiangsu Prov. 215000, China;

1. Fangchenggang Nuclear Power, Fangchenggang of Guangxi Prov. 538000, China;

1. China Nuclear Power Technology Research Institute Co., Ltd. Shenzhen of Guangdong Prov. 518000, China)

Abstract: In view of the lack of a systematic design method for the interface between Fire Action Operator Sheets (FAIOp) and theirs related operation technical documents in nuclear power plant, which makes the design concept of safety and fire compartment in the operation stage of nuclear power plant not fully implemented in the operation technical documents related to FAIOp. This paper puts forward a design method for the interface of the fire accident procedures in the nuclear power plant. By applying this method to a fire in a designated area of a power plant, the relevant operation technical documents can be assessed smoothly, so as to ensure the safe operation of the power plant when the fire covered by the FAIOp needs to be carried out. The research method in this paper can be extended to any nuclear power plant with fire compartment design.

Key words: Fire of nuclear power plant; FAIOp; DOIS; EOP

火灾事故规程(FAIOp)[1,2]作为核电厂事故规程(EOP)的重要组成部分,与EOP主程序、失去支持功能以及其他运行技术文件的接口设计,应遵守运行技术文件体系的设计规则,并考虑安全防火分区[3]的特殊设计思想,使得FAIOp能够有效配合相关运行技术文件,确保在发生被FAIOp覆盖的火灾情况下安全、有序地控制机组。

将FAIOp纳入到运行技术文件体系是安全防火分区这种先进设计理念在核电厂运行阶段的重要表现之一。引入FAIOp后，其与相关运行技术文件的接口正确性直接关系到在发生被FAIOp覆盖的火灾需执行FAIOp时机组的安全运行：错误执行FAIOp将导致火灾事故扩大化，正确执行则会优化EOP的路径。因此需全面分析研究FAIOp与相关运行技术文件的接口设计方法，并利用该方法优化相关运行文件。

1 EOP 及 FAIOp 简介

1.1 EOP

核电厂的数字化设计使得存在两种盘台的 EOP：计算机信息和控制系统（KIC）和后备盘（BUP），执行 KIC 盘台的 EOP 过程中监测到 KIC 不可用则通过执行当 KIC 系统主控室工作站不可用时的操作程序（I KIC）切换至 BUP 盘台的 EOP 继续控制机组，而在机组正常运行过程中发生 KIC 不可用故障时将通过执行 I KIC 进入 BUP 盘台的 EOP 稳定机组。

大多数情况 KIC 和 BUP 两个盘台的 EOP 是

对称的，其具体执行过程根据两盘台的可操作信息的不同而不同。特殊情形如全厂失去电源，必须根据 I KIC 切换到 BUP 盘台控制机组。

EOP 主程序分为导向和稳定 (DOS/DOSR) 系列、一回路运行状态控制 (ECP/ECPR/ECPRO) 系列、二回路运行状态控制 (ECS/ECSO) 系列、协调员机组运行状态控制 (ECT/ECTR/ECTRO) 系列、值长/安工状态连续监视 (SPE/SPEO) 系列；其中 DOSR 的 “R” 为余热排出系统 (RRA) 连接，包括一回路开口工况；ECP/ECPR/ECPRO 系列包括 ECP1 ~ ECP4、ECPR1~ECPR2 以及 ECPRO、ECP1、ECPR1 用于处理事件，ECP2~4、ECPR2 用于处理事故，ECPRO 用于处理一回路开口工况的事件和事故；对应 ECT 系列分为 ECT1 ~ ECT4、ECTR1、ECTR2 及 ECTRO。一旦进入 EOP，一回路操纵员 (OP1)、二回路操纵员 (OP2)、协调员 (SUP) 以及值长/安工 (SS/STA) 分别执行各自对应的 EOP 文件。

OP1、OP2、SUP、SS/STA 使用的 EOP 主程序的文件对应关系如表 1 所示。其中，K1、K2 表示 OP1、OP2 KIC 上的文件，B1、B2 表示 OP1、OP2 BUP 上的文件；KIC & BUP 表示 OP1 和 OP2 在 KIC 或 BUP 盘台上执行 EOP 时，SUP 和 SS/STA 执行的纸质 EOP 文件。

如果由于失去支持功能调用 EOP 主程序，则通过 EOP 主程序调用相应的失去支持功能操作单 (RPS/RPSO)，RPS/RPSO 和 FAIOp 均为 EOP 的主要组成部分，与 EOP 主程序配合完成对机组状态的控制。

表1 OP1、OP2、SUP以及SS/STA使用的EOP 程序文件

Table 1 EOP main procedure documents for OP1, OP2, SUP and SS/STA

1.2 FAIOp

核电厂火灾后果分析表明,只有电气厂房(LX)、反应堆厂房(RX)和核辅助厂房(NX)的部分安全防火区(SFS)或安全防火小区(ZFS)需要编制FAIOp。以某核电厂1号机为例,

需编制 FAIOp 的区域以及文件清单如表2所示。其中,FR/FRO代表一回路闭口/开口时一回路操纵员使用的操作单,FE/FEO代表一回路闭口/开口时二回路操纵员使用的操作单,FS/FSO代表一回路闭口/开口时协调员使用的操作单。

表2 OP1、OP2、SUP以及SS/STA使用的FAIOp文件

Table 2 FAIOp of OP1, OP2, SUP and SS/STA

需编制 FAIOp 的区域是根据火灾后果分析并结合 EOP 的结构确定的，在执行 EOP 程序、RPS/RPSO 或 FAIOp 过程中，对于无法在主控室执行的影响机组安全运行的就地操作，应在 OP1、OP2 和 SUP 的统一要求下由现场人员根据值班人员现场操作单（RFA）、就地电气操作单（RFLE）、就地在线操作单（RFLL）执行。EOP 程序、RPS/RPSO、FAIOp 以及 RFA/RFLE/RFLL 接口如图 1 所示。

〔图〕插图

图1 EOP 程序、RPS/RPSO、FAIOp以及RFA/RFLE/RFLL接口关系

Fig.1 EOP main procedures, RPS / RPSO, FAIOp and RFA/RFLE/RFLL interface relationships

2采用FAIOp后的火警响应及火灾事故导向

当“火灾确认且有一份FAIOp适用”时进入EOP,使用火警和火灾事故响应导向程序(DOIS)判断该条件,而不使用安全防火分区系统(SFZ)报警卡来判断,其目的是防止火灾情况下错误导向至EOP并可能错误执行某FAIOp,使火灾后果扩大,从而威胁到机组安全运行。

运行人员进行火警响应时,对于存在火警探测系统(JDT)和/或SFZ报警卡的火灾区域,应在执行DOIS的同时执行JDT和/或SFZ报警卡,如该区域被FAIRd包络则还需调用值班人员消防行动卡(FAIRd)。火警响应阶段执行的系统级运行技术文件为DOIS、JDT和/或SFZ报警卡以及FAIRd,而机组级运行技术文件则根据机组实际状态进行选择。以DOIS为中心,应考虑设计接口的各技术文件如图2所示。

〔图〕插图

图2 火灾情况下各运行技术文件之间的关系 Fig.2 Relationship between various operation technical documents in case of fire

DOIS与其他相关各运行技术文件之间的接口设计原则为:

(1) DOIS入口为与火警有关的信息,考虑到火灾的特殊性,SFZ报警不应作为入口条件之一;

(2) DOIS、FAIRd、FAIOp应以防火分区为单位根据火灾分析结果进行设计,三者各有侧重但应一致。

3 FAIOp与EOP 主程序接口设计

3.1 FAIOp与EOP主程序的接口设计概况

EOP 程序与 FAIOp 的接口主要体现在 EOP 主程序的“火灾”模块和 FR/FRO**的“初始定向”模块。EOP 主程序与 FAIOp 接口概况如图3所示。

3.2 FR00/FRO00与FR/ /FRO 火灾初始定向

FR00/FRO00“火灾初始定向”目的为进一步明确是否有一份FAIOp适用以及对于特殊区域执行IKIC。虽然DOIS明确火灾已确认且有适用的FAIOp才进入EOP,但是仍需从机组安全运行的角度进行特殊考虑以防止错误执行FR/ /FRO导致火灾后果扩大。

FR/ /FRO/ 初始定向明确部分执行或全部执行适用的FR/ /FRO/ 。部分执行仅使用“运行支持信息”优化EOP 程序路径,全部执行则执行“预期行动”“启动的断电计划”“报警/不可用功能记录”“后备模式”以及“运行支持信息”,真正全面优化EOP 程序路径并使用FAIOp控制机组。

3.3 FAIOp与DOS/DOSR 接口设计原则

3.3.1 DOS/DOSR入口

“火灾得到确认且有一份FAIOp适用”作为EOP的入口条件之一，直接体现在DOS/DOSR初始定向的“火灾”模块。

为防止火灾原因导致DOS/DOSR错误诊断，在DOS/DOSR初始定向和通过蒸汽发生器(SG)或 RRA稳定序列的每一页操作前应明确“如果执行DOS/DOSR过程中发生被 FAIOp覆盖的火灾，则返回第一页重新执行”，执行“火灾”模块。

“火灾”模块调用 FR00/FRO00 进一步判断某 FR/FRO 适用后，在 FR/FRO 初始定向中判断“部分执行”，返回 DOS/DOSR 后使用“运行支持信息”进行 EOP 路径的优化。

〔图〕插图

图 3 EOP 主程序与 FAIOp 接口概况

Fig.3 Overview of the interface between EOP main program and FAIOp

ECPRO，再在相关序列中稳定机组；

3.3.2 DOS/DOSR 出口

火灾情况下 DOS/DOSR 的出口原则为：

(1)火灾导致的与Ⅱ类工况后果相似的情形，在初始定向序列应导向至ECP1、ECPR1或

(2) 对于火灾可能导致的极少数的Ⅲ类工况，设计上已保证其冗余的安全功能及仪表不会丧失，可正确导向至ECP2、ECP4或ECPR2；

(3) 设计已明确火灾不会导致大多数的Ⅲ

类工况、全部的Ⅳ类工况，如果发生独立于火灾上述工况，则不受火灾影响正确导向至ECP2、ECP3、ECP4或ECPR2。

原则 (1) 进一步细化为：RRA 未连接安全注入 (SI) 触发，物理参数未恶化则导向至 ECP1，参数恶化则导向至更严重的 EOP 序列，

SI 未触发则直接导向至 ECP1; RRA 连接、一回路关闭情况下, 无论 SI 是否触发均导向至 ECPR1; RRA 连接、一回路开口情况下则直接导向至 ECPRO。

DOS/DOSR 中与火灾相关的出口如图 4 所示。

〔图〕开始否RRA未连接？是否回路闭口？否功率运行？↓是是否SI已触发SI已出发(DOS否(DOSR初始定初始定向)?否否曾经执行过某向)?曾经执行过某是FAIOp?是FAIOp?否否“支持功能监视”是“支持功能监视”曾经执行过某是参数恶化？否曾

图 4 DOS/DOSR 中与火灾相关的出口

Fig.4 Fire related mandatory orientation in DOS/ DOSR

〔图〕3.4FAIOp 与 ECP/ECPR/ECPRO/ECT/ECTR/ECTRO 接口FAIOp与 ECP/ECPR/ECPRO/ECT*/\n ECTR^/ECTRO接口体现在初始定向序列、序列的系统监视部分以及ECP1/R1中SI触发时的再定向部分，如图5所示。

〔图〕插图

图5 FAIOp与ECP/ECPR/ECPRO/ECT/ECTR/ECTRO接口

Fig.5 Interface between FAIOp and ECP/ECPR/ECPRO/ECT/ECTR/ECTRO

3.4.1 FAIOp 与 ECP1/ECPR1/RO 接口

在 ECP1/R1 中，SI 触发并确认过程中由 DOIS 进入 EOP，则 FAIOp 部分执行；ECP1/R1/

RO的初始定向、ECT1/R1/RO序列系统监视过程中由 DOIS 进入 EOP，则 FAIOp 全部执行，且旁路“支持功能监视”。

对于由 DOIS 进入 DOS/DOSR 的火灾，进入 ECP1/R1/RO 后，初始定向的“火灾”模块已经全部执行 FAIOp，因此在 ECT1/R1/RO 序列系统监视过程中，将“启动的断电计划”已打钩”作为已经全部执行过 FAIOp 的标志。

3.4.2 FAIOp 与 ECP2/3/4/R2 以及 ECT2/3/4/R2 的接口

为使运行人员集中精力处理事故,ECP2/3/4/R2的初始定向和序列初始定向时不设计“火灾”模块。机组状态稳定后执行序列系统监视(ECT2/3/4/R2)时,执行“火灾”模块并部分执行FAIOp。

3.5 FAIOp 与 SPE/SPEO 接口

FAIOp 与 SPE/SPEO 的接口应同 FAIOp 与 DOS/DOSR/ECPI/ECPRI/ECPRO 接口一致，必须满足前述的接口设计方法与原则。

4 与 FAIOp 相关的就地操作单设计

与FAIOp相关的重要的RFA/RFLE/RFLL就地操作单分为3种:

(1)为使机组达到安全停堆状态必须执行的就地操作，如手动调整主泵轴封注入流量；

(2) 对机组运行重要的就地操作，虽然不执行也不会改变运行目标，如就地闭锁 SI；

(3)从核安全的观点执行失败可以接受,但是可能由于火灾导致设备不可用或损坏,如切断电源。

(1)和(2)必须指明“进入路径”和“撤离路径”。与FAIOp相关的RFA/RFLE/RFLL操作单设计原则如图6所示。

〔图〕插图

图 6 FAIOp 相关的 RFA/RFLE/RFLL 操作单设计原则

Fig.6 Design principles of RFA/RFLE/RFLL operation sheet related to FAIOp

5 FAIOp 与 RPS/RPSO 接口设计

EOP 主程序与 RPS/RPSO 的接口体现在初始定向序列和其他序列再定向部分的“支持功能监视”模块。该模块与“火灾”模块的接口为旁路或顺序执行 2 种：

(1) DOS/DOSR/ECP1/ECPR1/ECPRO 初始定向序列以及序列再定向，应用旁路规则；

(2) ECP2/ECP3/ECP4/ECPR2序列再定向,应用顺序执行规则;

(3) “利用 9RIS011PO 过渡到中间停堆”序列不考虑“火灾”模块。

6 实际应用

假设某核电厂1号机正常功率运行时A列LX厂房标号为0380的安全防火分区（1SFS

L0380A)连接厂房305房间(W305)发生火灾,触发报警,OP2执行DOIS、JDT004KA(识别并确认受火灾影响的区域)以及SFZ330KA(通过KIC画面1SFZ330KG关闭防火边界的21个防火挡板和开启相关JPL熔断阀)。

OP2根据 DOIS提取 FAIRd并分发，火灾确认、有一份FAIOp适合后OP1执行EOP，进而OP1、OP2、SUP、SS/STA执行各自的事故规程，将机组稳定在ECPR1的“稳定序列”。该过程路径如图7所示。

〔图〕插图

图 7 1SFS L0380A区 W305 房间发生火灾始发事件的处理路径

Fig.7 The handling path of fire initiating event in room W305 of zone 1SFS L0380A

该实例验证了本文 FAIOp与其他运行技术文件的接口设计方法是正确的,采用本文所述设计方法可以使 FAIOp与相关的运行技术文件在发生被 FAIOp覆盖的火灾时引导运行人员正确控制机组,保证机组安全运行。

7结论

本文所研究的核电厂火灾事故规程接口设计方法，是在现有核电厂运行技术文件体系下，充分借鉴核电厂防火设计理论，并在实际编写核电厂运行技术文件的过程中梳理总结的。虽然无法对所有核电厂运行情形时发生火灾进行验证，但是在研究过程中对多数情况均进行了较全面的考虑，进而保证了方法的正确性。

因此，为保证核电厂运行人员在各种运行工况下发生被 FAIOp 覆盖的火灾时正确使用火灾事故规程控制机组，应按照本文的方法设计

火灾事故规程与本文中提到的各运行技术文件间的接口，并在实际应用过程中不断优化相关运行技术文件，保证运行人员能够正确按防火分区进行火警响应以及在必要情况下进入EOP并正确调用 FAIOp，达到了优化运行技术文件保证机组安全运行的目的。由于核电厂安全防火分区设计理念相似，故本文的方法可扩展到各类型的核电厂。

参考文献

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