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走进阳江 解密首个国产化核电站“神经中枢”——紧急“刹住”核故障只需短短150毫秒

2018-12-10    来源:南方网      []
       7月12日21时,中国广核集团阳江核电站5号机组顺利完成168小时示范运行,机组运行状态稳定,具备商业运行条件。在根据相关要求办理电力业务许可证等文件、办完相关手续后,上述时间将被认定为机组投入商业运行的时间。
 
       令人瞩目的是,阳江核电5号机组是我国首个满足“三代”核电主要安全指标的自主品牌核电机组,其安全级DCS(核电站数字化仪控系统)是我国自主研发的“和睦系统”,是国内首个具有自主产权的国产化核级DCS平台系统,实现了核电站“神经中枢”中国造。
 
       近日,记者走进阳江核电站,为你解密核电站的发电原理和安全防护措施。
 
 
发电原理▶▷不同能量之间的转化
 
       在阳江核电站的公众信息中心展厅内,核电站安全防护部电站保卫科工程师赖壮旭向记者一行解释了核电站工作原理:核能先转化为热能,然后热能转化为机械能,最终机械能再转化为电能。“简而言之,就是不同能量间的转化”。
 
       赖壮旭说,阳江核电站与国内绝大多数核电站一样,都是采用压水式反应堆原理发电,“整个系统包含三个回路。首先是一回路,反应堆堆芯因核裂变产生巨大热能,主泵将一回路的水,泵入反应堆吸收热能,水在高温高压的状态下保持着液态流入蒸汽发生器的U形管内,将热能传给U形管外的二回路水;由于二回路的水所处的环境压力较低,水受热沸腾变为蒸汽,然后推动汽轮发电机组产生电力。”赖壮旭说,“还有三回路,它的主要作用是通过凝汽器和海水将二回路的蒸汽冷却,蒸汽冷却之后变成水,然后这些水又被输送回去加热成蒸汽。”
 
防护措施▶▷核电站附近禁飞无人机
 
       如何保证核燃料、核电站的安全,是公众最关注的话题。为了保证安全,核电站从选址开始,就已经立足“万无一失”。
 
       国内大多数的核电站建在沿海区域,原因在于需要引入海水作为冷却水源。“在华南沿海建核电站,面临最大的自然考验就是超强台风。”赖壮旭说,就在7月18日前后,台风“山神”就与阳江核电站“擦肩而过”,但电厂在应对台风方面早已形成一套完整的预防及应对体系。
 
       在核电站工作人员的带领下,记者一行来到阳江核电站的南防波堤。工作人员介绍,阳江核电站的防波堤由东、南、西3道防波堤组成,3道防波堤分别可防御12.5米、13米和10米的波浪,具备足够的防洪能力。
 
       “特别要注意的是,随着无人机技术的发展和普及,为了保证核电站安全运行,核电站附近的一定范围内也属于无人机禁飞区,我们也设置了一些监测点,只要监测到无人机起飞的信号,就会立即进行干扰,禁止其起飞。”该工作人员告诉记者。
 
墙壁能承受波音737客机撞击
 
       核电站主要由反应堆厂房、汽轮机厂房、电厂辅助设施组成。其中,核反应堆就放置于反应堆厂房内,是核电站最重要的部分。
 
       为了保障核反应堆的安全,设计人员为它套上了三重“金钟罩”。中广核工程有限公司阳江项目部工程师王刚说,套在最外层的“金钟罩”,是一个密封的高强度钢筋混凝土建筑物,壁厚达0.9米,理论上可以承受一架波音737客机的撞击;内部还有6毫米的不锈钢内衬以确保气密性,能够承受5.2个大气压的内部压力。
 
       第二件“金钟罩”是压力容器及其相连的一回路管道——其是由特殊钢材制造而成,管道则使用自动焊接技术焊接,整个系统被连接成一个高度密闭的整体。
 
       “在最里面的‘金钟罩’,则是燃料芯块和包壳。”王刚说,98%的放射性都会滞留于芯块中,而燃料芯块则是高温烧制而成的陶瓷,能承受1000多摄氏度的高温而不变形,并且非常坚硬,性能非常稳定;包壳是由特种金属制成,可承受高温且耐腐蚀,即使使用几十年也不会生锈、变脆等。
 
 
1 和睦系统
 
核电站“神经中枢”
 
       “和睦系统是核电站的‘神经中枢’。如果把核电站的运行比喻成高速行驶中的汽车,那和睦系统就是汽车的刹车系统,它帮助汽车在遇到紧急情况时,及时进行紧急制动并帮助汽车安全停靠。”
 
       DCS,即核电站数字化仪控系统。阳江核电站工程师赵锋说,目前的DCS主要分为两类,核级和非核级,“核级DCS主要控制第一回路,即核岛内部;非核级DCS则控制第二回路,主要是发电方面的。”
 
       “和睦系统”则属于核级DCS,可以说是核电站的“神经中枢”——它控制着核电站260多个系统、近万个设备的运行和各类工况处理,对于保证核电站安全、可靠、稳定运行发挥着重要作用。除了起步和稳定运行,假如发生紧急情况时,它能够进行智能应对或者是“紧急停车”,从而更好地控制“车辆”制动和“车身”稳定。
 
       “和睦系统”的反应速度有多快?赵锋向记者举了一个例子:开车的时候,我们刹车时间大概“秒级”,而“和睦系统”从发现故障到实现停堆,只需要150毫秒。而作为核电站安全运行的“守护神”,“和睦系统”的安全级别也是“航天级”的——如果说飞机为了保障安全而配置了两台甚至更多发动机同时工作,那么在“和睦系统”中,则配备了四套这样的“发动机”——即有4套监测系统在同时工作,“1套系统坏了,还有其他3套在运行。”
 
       赵锋告诉记者,他们在反应堆厂房内安装了4套监测系统监测一回路,“反应堆厂房内的设备,产生的数据会无差别传送到4套监测系统内。如果其中一套监测系统接收的数据,和其他3套监测系统接收到的数据有出入,系统就会根据情况作出反应,并初步判定出缘由,由后台工作人员判断下一步动作。”赵锋说,“正常情况下,我们是采用‘4取3’的策略,就是说,4套监测系统,如果有其中1套系统数据异常,其余3套系统数据正常,那我们有理由相信是监测系统故障,在初步排查之后会继续让核电站运行,然后再安排工作人员对异常的数据进行排查,确保万无一失”。
 
2 海生物探测监视系统
 
避免海生物“误闯”核岛
 
       “我们为阳江核电厂建立了一套冷源纵深防御体系,设置了气幕装置、海生物监测平台、多重过滤网、拦污网等,确保没有海洋生物、生活垃圾、塑料等进入冷却回路中。”
 
       国内的大多数核电站都建在沿海区域,原因在于需要用海水作为冷却水源。但阳江核电站冷源保障小组工程师陈维汉告诉记者,在引入海水作为冷却水源之前,他们还有很多准备工作要做。
 
       “在东西两道防波堤中间,我们正在建设一道气幕装置,主要用于拦截水母,同时避免鱼群和虾群闯入。”陈维汉告诉记者,气幕装置将安装在东西防波堤间的底部,“如果我们监测到有大量水母、鱼群和虾群要进入到防波堤里面的水域,那就打开气幕装置,从水底喷出空气,形成一套空气幕墙,从而隔阻水母、鱼群和虾群。”陈维汉说,“气幕装置估计很快就能投入使用了。”
 
       海洋生物要想要进入核电站内,除了要闯过气幕装置这道关卡之外,还要躲开阳江核电厂的“千里眼”——海生物实时监测系统。陈维汉介绍,这套系统集声纳与视频监控于一体,能实现全自动无人值守监测海洋生物,在国内外核电行业也是首创,“声纳系统可以对前方120度角视野范围内的海洋生物大小、密度进行探测,探测距离能达到100米,而最佳量程则是2米—60米;我们还在海底安装了多个摄像头,工作人员可以随时随地查看实时监测影像,手机上也能看。”
 
       即使越过了气幕装置,避开了“千里眼”,还有3道拦污网在等着贝壳、毛虾等海生物。陈维汉说,第一套拦污网是和海生物监测系统紧密结合的,主要用于拦截大尺寸海洋生物、漂浮物,包括各种贝类、塑料垃圾等,材质主要为铜合金,网孔是60mm×60mm大小;第二道拦污网则以尼龙为材质,主要用于拦截毛虾、球形侧腕水母等小尺寸的海洋生物。“第三道拦污网主要起的是预防的作用”。
 
       除了鱼群、虾群之外,各种藻类也是要预防的目标,“我们还有一个YSI水质探测浮标,主要用于探测海水的Ph值、温度、盐度等参数,能够对赤潮的发生进行预测。”陈维汉说,经过重重过滤之后的海水,才能作为冷却水源进入回路,发挥冷却作用。

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