燃料产品的发展障碍监测系统基于状态函数State-Oriented应急操作程序

文摘

压水堆核电站,以防止放射性物质释放到环境中,裂变产物障碍(FPBs)构建基于深度防护的概念,包括燃料的反应堆冷却剂系统(RCS)和控制;然后这些FPBs的地位作为一个重要的维度(自由党再次)紧急行动的决策水平。CPR1000核电站、态函数中定义state-oriented应急操作程序(SOP)是用来描述事故后物理条件;其退化实质上代表了挑战基本安全功能的完整性,然后FPBs以相似的方式,所以这些状态函数被称为退化确定每个FPB的初始条件,通过建立SOP和自由党再次之间的联系。然后,一个智能FPB监测系统(FPBMS)旨在自动监测FPBs开发、验证,验证。开创性的工作,通过建立桥梁状态函数和初始条件之间FPBs然后计算机化创新,证明了动态监测期间FPBs事故演变和实时显示的损失或潜在损失FPBs可以实现,这是最有助于决策的自由党再次。

1。介绍

核事故不同于其他事故,他们可能会导致不可接受的放射性物质释放到环境中。为了快速、有效地控制和降低核事故的后果,核电站应该建立一个彻底的核事故紧急计划和维护足够的应急准备(国际原子能机构1,2]),其中确定紧急分类水平(宴请和紧急行动水平(自由党再次)是非常重要的问题。作为中国的核电站,自由党再次逐步行动分为四个级别:应急备用设施紧急情况时,现场应急和非现场紧急(NNSA [3,4])。

为了防止放射性物质的释放到环境中,核电站设置了多个裂变产物障碍(FPBs);这些FPBs根本上构建基于深度防护的概念;只要任何物理障碍仍然完好无损,它可以有效地防止大规模放射性裂变产物释放到环境中。压水反应堆,三个主要FPBs通常构造,包括燃料复合,反应堆冷却剂系统(RCS),和控制。这些FPBs的地位也被作为一个重要的维度在开发特定站点自由党再次,它通常分为识别类别F,也就是说,事故和后评估每个FPB威胁识别典型症状表明其完整性是潜在的或显著的挑战,然后确定初始条件相对于FPB基于这些症状(nei [5,6])。

如何评估每个FPB威胁和屏幕代表症状表明其状态已成为关键问题。至于自由党再次的方法来发展,史(7)提出了一个通用方法来确定自由党再次基于事故后植物条件下,刘等人。8]调查宝莲寺的流行的技术系统开发和认可类别“A”是专门研究(刘9),他et al。10先进的系统通用HPR1000干预水平和通用的操作水平,和藏et al。11)提出了一个以反应为优化方法先进的自由党再次被动光反应器。同时,应急操作程序(bgi),旨在监视和控制核反应堆事故后,建议加上自由党再次。Faletti et al。12]试图整合自由党再次与燃烧工程bgi,杨(13)连接重要的安全功能状态树(CSFST)与自由党再次bgi的秦山核电站,Yu (14)与自由党再次尝试连接面向事件的bgi的福清核电站,和张、徐15]讨论了自由党再次的初始条件相对于预期瞬变没有尖叫(自动白平衡)。NEI [5,6]建议的一些红色路径CSFST,表明严重退化的重要的安全功能,可以直接作为FPB损失或潜在损失的症状,于是可以称为初始条件的识别分类f .电算化自由党再次,陈et al。16)实现主自由党再次半自动判断和预警系统,该系统仍然主要依靠个人判断。还应该注意的是,CSFST的特点是symptom-oriented bgi由西屋电气;当这些初始条件应用于CPR1000核电站采用state-oriented bgi (SOP),出现一系列的问题,如不合适的参数和阈值,难以执行,等等。

本研究旨在建立SOP和自由党再次之间的联系,在捕捉功能需求;对于每个FPB,我们确定初始条件代表其损失或潜在损失根据退化状态的状态函数以及其他几个重要参数;然后一个智能FPB监测系统,旨在动态监测和显示状态FPBs事故演化期间,开发,验证,验证。

2。功能性需求

合适的参数和合理的阈值判断的基本基础FPBs事故后的完整性。这些参数和阈值应该代表可信的威胁的典型症状可能导致丧失完整性FPB,排除所有其他情况的完整性FPB不是挑战。

SOP CPR1000核电站开发的基于六核蒸汽供应系统的态函数(、);这六个状态函数可以描述反应堆事故后的典型地,如表所示1。而不是找出事故的原因,SOP旨在控制六个状态功能,防止退化,或恢复他们在退化。只要这些国家管理功能,保证反应堆的安全;一旦检测到退化的功能,运营商将面向相应事故策略和操作序列恢复它们有序(j . Mišak [17])。SOP具有循环结构保持定期监测这些态函数,以便检测可能并发事故和事故改变策略。尽管FPBs关注的初始条件FPBs完整性的威胁,它们与物理条件一致以退化状态函数在SOP的影响基本安全功能(反应性、核心冷却和密封)的观点;例如,退化二次水库存SOP表明剩余热量不能有效地通过蒸汽发生器(SG)和核心冷却不能保证了,当然这也提出了一个潜在的挑战RCS的完整性。因此,参数和阈值相对于状态函数在SOP可以作为定义良好的损失或潜在损失的典型症状FPBs只要他们本质上代表相同的物理意义;出于这个原因,状态函数的退化可以依靠FPBs确定初始条件,这将建立一个SOP和自由党再次之间的桥梁,有利于及时、合理的决策后的自由党再次事故。

此外,考虑到末尾的态函数仅定期监控每个操作序列的一段大约20分钟,在此期间SOP将完成一个循环,报喜的间隔可能会推迟自由党再次一段时间,所以我们考虑建立一个智能FPB监测系统(FPBMS);以数字控制系统(DCS)的优点,系统应该能够自动执行监视FPBs的完整性和显示的状态及时在事故条件下出口押汇。

3所示。FPB初始条件

对于每个FPB,建议在NEI 99 - 016,定义了两个国家:损失和潜在损失。对每个州每个FPB,初始条件确定基于退化状态函数以及其他几个重要参数;这些构造初始条件判断逻辑将FPBMS中配置。

3.1。燃料的障碍

燃料的障碍包括所有的反应堆堆芯的燃料。CPR1000核电站的逻辑标准相关的燃料包层屏障基于状态函数如图1。

我们把发现的开始的燃料组件的核心作为潜在损失的标准燃料的障碍。CPR1000核电站安装核心冷却和监测系统(CCMS)供应ΔTsat和RPVL测量监控状态函数WR (P T)和IE_P分别(他et al。18]);这两个状态函数是用于识别核心冷却状态在事故后的条件下,因此可以用来检测是否燃料组件开始发现:(1)即退化_P:在SOP,它的特点是RPVL低于核心的顶部;场景中只能出现一次冷却剂持续排水后,IE的退化_P意味着在反应堆压力容器的水位已经开始低于物理层的核心,和燃料组件开始揭开。(2)或者说是退化(P、T)由于过热:SOP,它的特点是ΔTsat < -ε,“ε”是不确定性测量ΔTsat(王et al。19])。负ΔTsat意味着低温冷却的冷却剂出口实际上已经失去了核心,过热蒸汽开始出现在核心出口,和现象只能发生在燃料组件开始揭开。(3)的二次侧,即退化_年代,它的特点是L SG WR <−3 m在SOP,意味着SGs失去能力的热量消除由于近干的二次侧水库存,剩余热量不能有效地移除,过热燃料组件的核心和失败的预期,这也表明潜在损失的燃料的障碍。

我们把失败的开始的燃料复合作为损失的标准燃料的障碍。T RIC > 650°C时,当温度标准进入严重事故管理指南(SAMG),表明核心的上半部分已经发现和失败的燃料复合预计在几分钟;然后它被作为燃料损失的初始条件的障碍。态函数INT_E,如果其严重的退化是由于高剂量率控制如图2,这意味着一定比例(约2%∼5%)的燃料包已经失败,放射性物质(如惰性气体)填写芯块包壳的差距已经成一次冷却剂,然后释放到安全壳,这种情况也表明燃料损失的障碍。

3.2。RCS的障碍

RCS屏障由RCS主面、加压器安全阀门,和所有连接管道和阀门RCS的隔离阀。CPR1000核电站的逻辑标准相关的RCS屏障基于状态函数如图3。

RCS障碍的潜在损失,初始条件确定如下:(1)或者说是退化(P、T)由于过冷:它的特点是ΔT坐> 140°C,代表了一种严重的过冷条件下,可能发生与安全注入蒸汽换行后服务。在这种情况下,高风险的加压热冲击对反应堆压力容器可能导致其脆性断裂和威胁RCS屏障的完整性。(2)P RCS > 4.5 MPa (rhr连接):ΔT坐> 140°C只能覆盖操作模式,除余热系统(rhr)没有关系;与rhr连接为较低的操作模式,选点rhr管道安全阀,压力4.5 MPa,被选为准绳的RCS冷超压。(3)即退化_年代:这意味着通过SGs剩余热量不能有效地去除;持续加热一次冷却剂将提高RCS的温度和压力,最终导致自动驱动增压器的安全阀门。在这种情况下,“喂,流血”策略是预期在SOP;加压器安全阀的自愿开放这一策略显示RCS障碍的潜在损失。(4)泄漏RCS:它可以探测到泄漏平衡试验由运营商如果泄漏是足够高的动作自动反应堆旅行;这意味着泄漏很严重,驱动反应堆保护系统的要求;这对RCS泄漏规模被认为是一个初始条件RCS障碍的潜在损失。同样的,如果一个SG放射性是由于在u形管泄漏,导致智力退化_年代旅行,因此自动反应堆驱动,条件也被认为是潜在损失的RCS障碍。

灭失RCS的屏障,初始条件确定如下:(1)轻微的退化INT_E由于高剂量率控制:如果轻微退化的控制是由略高剂量率控制,这意味着一定规模质量和能量释放到安全壳正在进行,这表明RCS的完整性已经丢失。0.02 Gy / h是选为的门槛略高剂量率,对应于一个瞬时释放所有的反应堆冷却剂质量的控制假设反应堆冷却剂活动= 37 gbq / t剂量当量i - 131。(2)打破RCS:感谢所有可用的参数,如RPVLΔT坐,加压器水位,打破RCS可以检测到运营商;如果休息足够大,动作设计的安全特性,比如安全注射,这对RCS的规模打破被认为是一个初始条件的RCS的障碍。类似地,如果一个SG放射性由于u形管破裂,导致智力退化_年代驱动,因此安全注射,条件也被认为是RCS屏障的损失。

3.3。防护屏障

控制障碍包括外壳结构、安全壳隔离阀,和他们的上游组件,以及在主蒸汽隔离阀线和给水线及其上游组件。对CPR1000核电站,逻辑标准相关的防护屏障基于状态函数如图4。

控制潜在损失的障碍,初始条件确定如下:(1)INT退化_E由于高Pcont并发故障的安全壳喷淋系统:如果遏制退化是由于容器压力高,这意味着有一个大规模的质量和能量释放请求容器和容器喷雾。0.24 MPa,这对应于定位点的压力容器喷雾自动行动,选择高Pcont的阈值。由于控制喷雾的失败,不能有效地移除热量不断累积在容器里,它可能会威胁到安全壳的完整性。(2)Pcont >限制压力:如果容器压力大于0.52 MPa,即设计限制的压力容器,容器的完整性将积极挑战。(3)SAMG标准:它是合成信息,包括(一)温度标准T RIC > 650°C,这意味着燃料组件的上半部分被发现,几乎所有主要的冷却剂已经释放到安全壳;(B)氢离子的浓度超过4%,这意味着氢积累在安全壳已经超过最低爆炸浓度和有风险的氢爆燃威胁安全壳的完整性;(C) DRcont高于SA剂量率曲线如图5包,这意味着相当比例的燃料已失败(大约10%∼20%)。在这种情况下,燃料的屏障和RCS障碍一定是丢失,和主要的放射性物质释放要求非现场保护措施预计(国际原子能机构20.]);因此谨慎的把这个条件控制障碍的潜在损失。

控制损失的障碍,初始条件确定如下:(1)INT退化_年代由于SG放射性和失败的放射性SG隔离:泄漏或破裂的u形管SG将SG放射性;后确定放射性SG,操作员将试图完全隔离在水和蒸汽侧SOP的指导后,失败的放射性SG隔离意味着有一个路径放射性物质从RCS排放到环境中,这条件被认为是一个失去控制障碍的典型例子。(2)失败安全壳隔离:安全壳隔离驱动意味着相当大的质量和能量释放到安全壳预计后打破主面或二次侧,和隔离容器请求尽快。然而,在这种情况下,如果运营商估计安全壳隔离已经失败,那么容器是绕过,安全壳的完整性是迷路了。

4所示。建设FPBMS

FPBMS,作为一个独立的支持系统,将直接与三级的DCS与终端总线隔离与防火墙,如图6,它是一种单向通信,数据只是由三级DCS,传播给FPBMS和DCS FPBMS永远不会发送任何数据,以避免任何不可预知的和负面影响DCS的操作。

4.1。信号采集与处理

从DCS包括获得输入数据状态函数本身的地位,相对于态函数参数,和重要的信号(如反应堆行程信号和安全注入信号)以及几个关键的仪器参数;所有这些数据是必要的对于FPBMS诊断FPBs的状态。

至于仪器参数,冗余信号从DCS和处理获得FPBMS来提高系统的鲁棒性。以P RCS为例,四个P RCS信号,分别分配在四个独立的反应堆保护系统的保护组织,连同他们的可用性状态由FPBMS收购,然后这些信号的最大值是选为代表P RCS值后消除无效的信号。

4.2。人机界面

FPBMS,提供三种显示人机界面(HMI)。(1)监测显示:它集状态的状态函数,参数相对于态函数,和FPBs状态监测显示,如图7。(2)故障显示:这些显示专用可视化逻辑如图1,3,4,紧急救援人员可以跟踪源和找出原来的初始条件。(3)控制显示:考虑到,在一些复杂的情况下,它是植物紧急董事的义务(PED)法官的地位FPBs使用所有其他可用的信息,控制显示PED干预提供一个接口的逻辑过程。应该注意的是,判断由运营商(如泄漏或打破RCS),已被证实在SOP控制显示而实现SOP控制反应堆状态,也从FPBMS DCS的获得。

5。验证和确认

验证和确认(v和v)的FPBMS进行的全范围仿真(FSS) CPR1000核电站。运营商,人为因素工程师、技术工程师、和应急响应专家都包含在v和v团队。技术工程师致力于FPBMS融入fs,运营商控制反应堆的国家指导下的SOP后事故场景模拟在fs,所有的事故场景特别选择只要他们可能威胁到一个或多个FPBs的完整性,应急响应专家关注FPBMS和识别技术问题时,和人的因素工程师专注于核心问题。

通过v和v项目取得预期结果fs。表2显示的顺序和结果Fukushima-like事故(站停电并发与汽轮机辅助给水泵故障);FPBMS表明第一和第二屏障潜在损失在SGs水的时间耗尽存货,导致退化的IE_年代。潜在损失的第三个障碍是表示当Pcont超过0.24 MPa容器喷雾是无法开动由于功率损耗,FPBMS显示RCS障碍当T RIC损失超过650°C,因为增压器安全阀被迫打开SAMG运营商之前转移。

我们得出这样的结论:FPBMS,尽管仍存在若干缺陷,可以看着一个实时系统能够可靠地监测期间FPBs事故演化的状态。损失或潜在损失的三个FPBs可以动态地显示帮助应急响应专家迅速和正确确定自由党再次。自FSS稍微不同于实际的反应堆的特点,进一步进行v和v有望multiplant集成实时监控平台的实时运行数据CPR1000核电站都是监控。

6。结论和前景

退化的态函数定义在SOP实质上代表了挑战基本安全功能,然后在完整FPBs以相似的方式,对于每个FPB,我们确定初始条件代表其损失或潜在损失基于退化状态函数以及其他几个重要的参数,通过建立SOP和自由党再次之间的联系;智能FPBMS,旨在动态监测和显示的状态FPBs事故演化期间,开发,验证,验证。开创性的工作,通过建立桥梁状态函数和初始条件之间FPBs然后计算机化创新,证明了动态监测期间FPBs事故演化的状态和实时显示的损失或潜在损失FPBs可以实现,可以有效地缓解人的压力在事故条件下,有效支持决策后的自由党再次事故。

FPBs本身而言,自由党再次可以很容易地根据他们的地位决定的。一般来说,损失或潜在损失的燃料的障碍或RCS屏障将触发“设施紧急,损失或潜在损失的将触发“现场紧急,确认损失两个障碍,第三障碍和潜在的损失将触发“厂外应急。“然而,应该注意的是,识别类别的自由党再次,除了FPBs之外,还包括辐射水平异常(识别类别),系统故障(识别类别),和危险(H)识别类别;FPBMS,试验系统,证明了这是可行的自动化自由党再次的决策过程;我们期待的功能扩展FPBMS在进一步的工作中,旨在建立一个集成的智能自由党再次完全集成专家系统的初始条件的识别类别的自由党再次。

缩写

S / K:	次临界度
或者说是(P、T):	余热去除
P RCS:	RCS的压力
ΔTsat:	低温冷却保证金
T里克:	核心出口温度
即P:	原生水库存
RPVL:	反应堆压力容器水位
即年代:	二次水库存
INT年代:	二次完整性
INTE:	安全壳的完整性
Pcont:	容器压力
DRcont:	控制剂量率。

数据可用性

本文使用的数据是工厂设计的一部分数据,这是专有的和不能被披露。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

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