核电汽轮机超速保护系统故障树分析

1、 核电汽轮机超速保护系统故障树分析1摘要本文对核电汽轮机飞射物的安全性设计方法和考核准则进行论述。以200MW石岛湾核电汽轮机为例建立汽轮机因超速保护系统失效产生飞射物的风险概率故障树模型，分析影响汽轮机超速产生飞射物的主要因素，对影响汽轮机超速系统安全性的要素进行评估。关键词：汽轮机；飞射物；故障树；超速；概率2背景介绍 回顾核电发展历史，1967年英国温德斯凯尔核电站事故，导致英国几十年核电发展停滞不前；1979年美国宾夕法尼亚州的三哩岛核电站发生核泄漏事故；1986年乌克兰境内切尔诺贝利核电站发生了世界上最严重的核岛爆炸事故，大量放射性物质释放到环境；1987年阿根廷阿图查1号核电375

2、MW机组，核堆一次回路泄露有放射性重水近50吨；1998年到2002年，四年间核电站共发生了6次核泄漏事故；1999年，日本茨城县东海村一家核燃料制造厂发生核物质泄漏事故，造成两名工人死亡，数十人遭到不同程度辐射，30万人在屋内避难；2011年3月11日，日本发生9.0级地震，引发了震惊世界的福岛核电站事故，核电站1至6号机组全部永久废弃，方圆20公里内所有居民被迫撤离。 福岛核电站事故为核能源的安全利用敲响了警钟。截止2011年3月底，中国已有6座核电站13台机组投入商业运行，装机容量为1080.8万千瓦；正在建造的共28台机组，装机容量为3087万千万。中国已成为世界在建核电机组规模最大的

3、国家。我们要充分认识核安全的重要性和紧迫性，核电发展要把安全放在第一位。32核电汽轮机飞射物安全性评估的基本原理汽轮机飞射物事故概率的基本定义如下：P1 P2 P3 = P4 （1）其中： P1-汽轮机飞射物产生的概率 P2-飞射物撞击核反应堆的概率P3-飞射物造成核安全设施发生损坏的概率P4-汽轮机飞射物事故概率4对于不利方向布置的机组，P2 P3估计值为10-2，对于有利方向布置的机组，P2 P3估计值为10-3。根据美国核管理委员会审核大纲NRC0800导则Regulatory Guide 1.115飞射物造成核安全设施发生损坏的概率P4要求保持在每年10-7以下。2核电汽轮机飞射物安全

4、性评估的基本原理5汽轮机飞射物发生概率P1主要由以下因素产生：1）汽轮机转子设计和制造，2）汽轮机操作因素， 3）影响汽轮机超速的设备维护工作。汽轮机飞射物的概率P1由两种不同的低压轮盘断裂形式来考虑，也就是：(1) 由正常运行转速升至120%额定转速之间发生断裂的飞射物概率Pr(2) 由大于120%额定转速的飞车超速引起所有低压轮盘断裂的飞射物概率Po2核电汽轮机飞射物安全性评估的基本原理6系统结构简图如图所示，其中 SV 代表主汽阀、CV 代表调节阀。当汽轮机卸载或是准备脱网时主汽阀和调节阀就应动作隔断高压蒸汽以让汽轮机减速；当调节阀和主汽阀动作失效时，汽轮机的应急遮断机构就应当立即动作。

5、3系统结构简图74.2 故障树建立8蒙特卡罗方法蒙特卡罗方法的基本思想是当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。对故障树进行1E9次蒙特卡罗计算，得到顶事件发生概率为5.572781E-007次/年。9结果分析计算结果表明: 对左侧高压汽腔的安全运行影响最大的是基本事件 A12B（主调节阀或主汽阀的危急遮断油路堵管）和 A19CV3（调节阀卡住）组成的割集A12B，A19CV3以及 A12B（主调节阀或主汽阀的危急遮断油路堵管）与 A19CV3（调节阀卡住）组成的割集A12B，A19CV1。这两个最大割集发生的概率分别占总发生概率的30.87%和29.67%。10结果分析最小割集失效概率图 最小割集重要度底事件重要度11结论本文针对200MW石岛湾核电汽轮机超速系统故障引起汽轮机飞射物事故进行了系统的故障树分析，主要工作及其结论如下所述：确定了核电汽轮机飞射物事故的故障树分析方法，建立了各基本事件、中间事件以及顶事件之间的故障逻辑关系。在故障树分析计算平台上完成了200MW核电汽轮机飞射物事故的故障树系统的数学建模，并分别对各故障树系统进行了详细