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前言
地震是一种破坏力巨大的自然灾害。文章通过对地震危害及核电厂主给水管线不能有效隔离所带来风险的分析来说明APA核级开关柜技术改造的必要性。因主给水管线隔离阀不具备抗震功能，在核电站事故情况且发生地震时，主给水管线可能无法有效隔离，由此可能带来一系列严重的后果。通过增加APA核级开关柜可实现主给水的有效隔离，从而防止事故的进一步扩大。
1、地震危害
地震是一种破坏力巨大的自然灾害，除了直接造成房倒屋塌和山崩、地裂、外，还会引起火灾、水灾、滑坡、泥石流等次生灾害。（1）直接危害。①建筑物与构筑物的破坏。如房屋倒塌、桥梁断落等等。②地面破坏。如地面裂缝、塌陷等。③海啸、海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，造成沿海地区的破坏。（2）次生危害。①火灾，由震后火源失控引起。②水灾，由水坝决口或山崩壅塞河道等引起。③核泄漏，如2012年日本福岛地震引发大量核泄漏，由核事故引起。
2、主给水管线有效隔离问题的提出
在核电站的多种设计基准事故中都需要隔离主给水管线，以确保反应堆的安全。这些设计基准事故包括一回路小破口和中、大破口，安全壳外蒸汽管线破裂事故或者安全壳内二回路管道破裂事故，蒸汽发生器传热管破裂事故，失去主厂外电源或者失去所有厂外电源事故以及全厂失电事故等等。在前述设计基准事故中，如果不能完全隔离主给水管线，则可能带来一系列严重的后果。例如：在一回路小破口和中、大破口事故中，如果主给水管线不能顺利隔离，则可能造成一回路过度冷却，引入较大正反应性，不利于反应堆安全;在安全壳外蒸汽管线破裂事故中，需隔离故障蒸汽发生器，包括给水侧和蒸汽侧，如果主给水管线不能顺利隔离，则会因为蒸汽的不断冲刷，使破口扩大，影响厂房内设备安全和工作人员人身安全，同时，该事故也可能引起一回路过度冷却;在安全壳内二回路管道破裂事故中，如果主给水管线不能顺利隔离，除了产生与安全壳外蒸汽管线破裂事故相类似的后果外，还会导致安全壳内温度压力上升，引起安全壳喷淋系统手动或自动动作，严重时会引起安全壳超温超压损坏，导致放射性物质的释放;而在蒸汽发生器传热管破裂事故中，主给水管线不能顺利隔离会增加进入故障蒸汽发生器的水量，由此产生大量废水，增加向环境排放废水的压力，同时，在故障蒸汽发生器二次侧压力高于一回路压力时，会向一回路注入非含硼水，造成一回路误稀释，可能导致反应堆重返临界甚至超临界，严重影响反应堆安全。考虑到以上风险的存在，国家核安全局提出了在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆且发生地震时主给水难以有效隔离的问题。为了能够实现在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆地震时主给水的有效隔离，以消除蒸汽使安全壳内升压后对安全壳的威胁以及对一回路的过度冷却等严重后果，特提出对主给水系统进行改进。
3、主给水有效隔离方案的选定
为实现主给水的有效隔离，我厂考虑了两种方案，以便在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆且发生地震时实现主给水的有效隔离。方案一为增加主给水管线上主给水隔离阀的抗震级别。因我厂在设计中只考虑了核岛厂房和电气厂房的抗震要求，而在常规岛厂房设计中未考虑抗震方面的要求，如果一旦发生前述假想事故，主给水隔离阀可能拒动造成主给水管线不能完全有效隔离。我厂主给水隔离阀位于常规岛厂房0m层，底下悬空还包含了-7.2m层，因此采用增加主给水隔离阀抗震级别的方法将很难实现。一方面，工程量太大，另一方面，代价太高，而且现场不便于布局。方案二为在电气厂房增加APA核级开关柜。在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆且发生地震时，通过核级开关柜保证主给水泵停运来实现主给水隔离。此方案需在電气厂房负一层增加一个房间用于安置APA核级开关柜，并将常规岛厂房LGA/LGB母线下APA泵开关柜的出线先经GB沟引至电气厂房，经核级开关柜后再回到APA泵电机处。此方案中需铺设较长的电缆线，需考虑电缆防潮和鼠害等方面的问题。而根据目前经验，GB沟内电缆防潮不是问题，鼠害可采用捕鼠夹方式来防止。综合前面两种方案，因方案二更具备可操作性，我厂最终选择了第二种方案。
4、改造新增加设备
通过改造，在核岛电气厂房给电动主给水泵增加了一套核级断路器。1#、2#机组新增断路器分别安装在满足一定抗震要求的电气厂房。正常运行时该断路器处于合闸状态，当主给水管线破裂叠加安全停堆地震时，该断路器接收来自反应堆保护系统信号可靠跳闸，以实现主给水隔离的目的。改造后新增加三个核级开关柜，每个开关柜进线都设有电压互感器，每个开关柜出现都设有核级断路器和地刀。
5、改造后保护方面变化
（1）改造后RPA/RPB来的停运主给水泵信号先送至新增加的ARE机架，由ARE机架发出断开核级断路器和非核级断路器命令，同时该信号还送至DCS，由DCS再次发出跳非核级断路器命令，核级断路器已分闸信号也会送入DCS，经DCS后再次发出断开非核级断路器的命令。通过多重跳闸命令来保证主给水泵能正常停运。（2）改造后主给水泵全停启动ASG电动泵的逻辑中，主给水泵已停信号中并联了该泵核级断路器已跳闸的信号，即某台泵非核级断路器或核级断路器已跳闸即发出该泵已跳闸信号。因非核级断路器和核级断路器任一开关柜跳闸即可确保主给水泵停运，需辅助给水泵投入运行。（3）新增核级断路器只配置泄压门保护，其余其他保护功能由上游开关的保护装置来实现。设置泄压门保护主要是考虑开关柜在运行过程中，因为种种原因（如短路、绝缘老化、人为操作失误等）造成一次回路短路故障发生，在数万安培的短路电流下，瞬间产生高温高压气体，若高温高压气体在狭窄的柜体内不能在极短时间内有效释放，会造成开关柜炸裂，相邻开关柜损坏，同时可能伤及人身安全。因此，开关柜在设计时，必须考虑有效泄压措施。泄压门保护动作后跳开本柜及上游开关柜，以防故障进一步扩大。（4）新增核级断路器的分闸信号只有三个，即核级分闸信号、泄压门保护信号以及就地分闸信号。核级分闸信号来自于反应堆保护系统，包括安注信号、蒸汽发生器水位高高和主控手动隔离主给水信号。合闸只能就地通过试验盒实现，这点很重要。主要是在出现核级断路器保护跳闸时，保护信号消失后如果想尽快恢复该主给水泵运行，必须就地先用试验盒合上对应泵核级断路器。否则，无法恢复主给水泵运行。（5）改造后APA泵备用启动逻辑中，“给水泵#已合闸”信号将核级断路器与非核级断路器已合闸信号进行了相 “与”，只有核级断路器与非核级断路器都合闸主给水泵才能正常运行;“给水泵#已分闸”信号将核级断路器与非核级断路器已分闸信号取“或”门，即只要核级断路器与非核级断路器任一开关柜分闸主给水泵即会停运。
6、小结
由前文可知，通过此项重要技术改造，即使在地震等恶劣情况下，主给水管线阀门因拒动无法关闭或者关闭不到位，无法实现主给水管线的有效隔离，我厂一样可以通过设置电气厂房具有一定抗震能力的APA核级开关柜接受反应堆保护系统（RPR）的跳泵信号来保证主给水泵的停运，从而实现主给水的隔离。即使可能因为地震影响，跳泵信号不能正常送到APA核级开关柜，运行人员也可以通过就地开关柜分闸来保证主给水泵的停运，从而实现主给水的有效隔离，保障核电厂运行安全。
地震是一种破坏力巨大的自然灾害。文章通过对地震危害及核电厂主给水管线不能有效隔离所带来风险的分析来说明APA核级开关柜技术改造的必要性。因主给水管线隔离阀不具备抗震功能，在核电站事故情况且发生地震时，主给水管线可能无法有效隔离，由此可能带来一系列严重的后果。通过增加APA核级开关柜可实现主给水的有效隔离，从而防止事故的进一步扩大。
1、地震危害
地震是一种破坏力巨大的自然灾害，除了直接造成房倒屋塌和山崩、地裂、外，还会引起火灾、水灾、滑坡、泥石流等次生灾害。（1）直接危害。①建筑物与构筑物的破坏。如房屋倒塌、桥梁断落等等。②地面破坏。如地面裂缝、塌陷等。③海啸、海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，造成沿海地区的破坏。（2）次生危害。①火灾，由震后火源失控引起。②水灾，由水坝决口或山崩壅塞河道等引起。③核泄漏，如2012年日本福岛地震引发大量核泄漏，由核事故引起。
2、主给水管线有效隔离问题的提出
在核电站的多种设计基准事故中都需要隔离主给水管线，以确保反应堆的安全。这些设计基准事故包括一回路小破口和中、大破口，安全壳外蒸汽管线破裂事故或者安全壳内二回路管道破裂事故，蒸汽发生器传热管破裂事故，失去主厂外电源或者失去所有厂外电源事故以及全厂失电事故等等。在前述设计基准事故中，如果不能完全隔离主给水管线，则可能带来一系列严重的后果。例如：在一回路小破口和中、大破口事故中，如果主给水管线不能顺利隔离，则可能造成一回路过度冷却，引入较大正反应性，不利于反应堆安全;在安全壳外蒸汽管线破裂事故中，需隔离故障蒸汽发生器，包括给水侧和蒸汽侧，如果主给水管线不能顺利隔离，则会因为蒸汽的不断冲刷，使破口扩大，影响厂房内设备安全和工作人员人身安全，同时，该事故也可能引起一回路过度冷却;在安全壳内二回路管道破裂事故中，如果主给水管线不能顺利隔离，除了产生与安全壳外蒸汽管线破裂事故相类似的后果外，还会导致安全壳内温度压力上升，引起安全壳喷淋系统手动或自动动作，严重时会引起安全壳超温超压损坏，导致放射性物质的释放;而在蒸汽发生器传热管破裂事故中，主给水管线不能顺利隔离会增加进入故障蒸汽发生器的水量，由此产生大量废水，增加向环境排放废水的压力，同时，在故障蒸汽发生器二次侧压力高于一回路压力时，会向一回路注入非含硼水，造成一回路误稀释，可能导致反应堆重返临界甚至超临界，严重影响反应堆安全。考虑到以上风险的存在，国家核安全局提出了在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆且发生地震时主给水难以有效隔离的问题。为了能够实现在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆地震时主给水的有效隔离，以消除蒸汽使安全壳内升压后对安全壳的威胁以及对一回路的过度冷却等严重后果，特提出对主给水系统进行改进。
3、主给水有效隔离方案的选定
为实现主给水的有效隔离，我厂考虑了两种方案，以便在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆且发生地震时实现主给水的有效隔离。方案一为增加主给水管线上主给水隔离阀的抗震级别。因我厂在设计中只考虑了核岛厂房和电气厂房的抗震要求，而在常规岛厂房设计中未考虑抗震方面的要求，如果一旦发生前述假想事故，主给水隔离阀可能拒动造成主给水管线不能完全有效隔离。我厂主给水隔离阀位于常规岛厂房0m层，底下悬空还包含了-7.2m层，因此采用增加主给水隔离阀抗震级别的方法将很难实现。一方面，工程量太大，另一方面，代价太高，而且现场不便于布局。方案二为在电气厂房增加APA核级开关柜。在主蒸汽管线破裂叠加安全停堆且发生地震时，通过核级开关柜保证主给水泵停运来实现主给水隔离。此方案需在電气厂房负一层增加一个房间用于安置APA核级开关柜，并将常规岛厂房LGA/LGB母线下APA泵开关柜的出线先经GB沟引至电气厂房，经核级开关柜后再回到APA泵电机处。此方案中需铺设较长的电缆线，需考虑电缆防潮和鼠害等方面的问题。而根据目前经验，GB沟内电缆防潮不是问题，鼠害可采用捕鼠夹方式来防止。综合前面两种方案，因方案二更具备可操作性，我厂最终选择了第二种方案。
4、改造新增加设备
通过改造，在核岛电气厂房给电动主给水泵增加了一套核级断路器。1#、2#机组新增断路器分别安装在满足一定抗震要求的电气厂房。正常运行时该断路器处于合闸状态，当主给水管线破裂叠加安全停堆地震时，该断路器接收来自反应堆保护系统信号可靠跳闸，以实现主给水隔离的目的。改造后新增加三个核级开关柜，每个开关柜进线都设有电压互感器，每个开关柜出现都设有核级断路器和地刀。
5、改造后保护方面变化
（1）改造后RPA/RPB来的停运主给水泵信号先送至新增加的ARE机架，由ARE机架发出断开核级断路器和非核级断路器命令，同时该信号还送至DCS，由DCS再次发出跳非核级断路器命令，核级断路器已分闸信号也会送入DCS，经DCS后再次发出断开非核级断路器的命令。通过多重跳闸命令来保证主给水泵能正常停运。（2）改造后主给水泵全停启动ASG电动泵的逻辑中，主给水泵已停信号中并联了该泵核级断路器已跳闸的信号，即某台泵非核级断路器或核级断路器已跳闸即发出该泵已跳闸信号。因非核级断路器和核级断路器任一开关柜跳闸即可确保主给水泵停运，需辅助给水泵投入运行。（3）新增核级断路器只配置泄压门保护，其余其他保护功能由上游开关的保护装置来实现。设置泄压门保护主要是考虑开关柜在运行过程中，因为种种原因（如短路、绝缘老化、人为操作失误等）造成一次回路短路故障发生，在数万安培的短路电流下，瞬间产生高温高压气体，若高温高压气体在狭窄的柜体内不能在极短时间内有效释放，会造成开关柜炸裂，相邻开关柜损坏，同时可能伤及人身安全。因此，开关柜在设计时，必须考虑有效泄压措施。泄压门保护动作后跳开本柜及上游开关柜，以防故障进一步扩大。（4）新增核级断路器的分闸信号只有三个，即核级分闸信号、泄压门保护信号以及就地分闸信号。核级分闸信号来自于反应堆保护系统，包括安注信号、蒸汽发生器水位高高和主控手动隔离主给水信号。合闸只能就地通过试验盒实现，这点很重要。主要是在出现核级断路器保护跳闸时，保护信号消失后如果想尽快恢复该主给水泵运行，必须就地先用试验盒合上对应泵核级断路器。否则，无法恢复主给水泵运行。（5）改造后APA泵备用启动逻辑中，“给水泵#已合闸”信号将核级断路器与非核级断路器已合闸信号进行了相 “与”，只有核级断路器与非核级断路器都合闸主给水泵才能正常运行;“给水泵#已分闸”信号将核级断路器与非核级断路器已分闸信号取“或”门，即只要核级断路器与非核级断路器任一开关柜分闸主给水泵即会停运。
6、小结
由前文可知，通过此项重要技术改造，即使在地震等恶劣情况下，主给水管线阀门因拒动无法关闭或者关闭不到位，无法实现主给水管线的有效隔离，我厂一样可以通过设置电气厂房具有一定抗震能力的APA核级开关柜接受反应堆保护系统（RPR）的跳泵信号来保证主给水泵的停运，从而实现主给水的隔离。即使可能因为地震影响，跳泵信号不能正常送到APA核级开关柜，运行人员也可以通过就地开关柜分闸来保证主给水泵的停运，从而实现主给水的有效隔离，保障核电厂运行安全。