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核電廠安全系統設計基準(GB 13284-91)

2005/10/1 20:55:00

發布時間:1991-11-1

    1　主題內容與適用范圍
    　　本標準規定了確定和驗證核電廠安全系統設計基準準則及其文件編制準則，這些準則考慮了核電廠中反應堆、構筑物、流體系統、機械設備、儀表系統和電氣系統對與放射性物質擴散有關的各種事件的綜合響應。
    　　本標準適用于核電廠保護系統、安全驅動系統(安全執行系統)和安全系統輔助設施(統稱安全系統)。

    2　引用標準
    　　GB 6249　核電廠環境輻射防護規定

    3　術語
    　3.1　極限運行條件 limiting conditions for operation
    　　為使電廠在對公眾健康和安全無過度風險的條件下連續運行，要求設備具有的最低功能或最低性能。
    　3.2　可運行的 operational
    　　能夠按被測變量的要求或操縱員的操作完成預定的動作。
    　3.3　優先電源 preferred power supply
    　　在事故或事故后工況下，從輸電系統優先給安全級電力系統供電的電源。
    　3.4　備用電源 standby power supply
    　　在優先電源不能用時，被選來提供電能的電源。
    　3.5　監督 surveillance
    　　監測、校核、試驗、標定或檢查有關系統或部件，以保證安全系統可運行并滿足它們的極限運行條件的要求。
    　3.6　后備安全功能 back-up safety function
    　　假設某安全功能喪失時，能代替它提供克服某些事件影響的功能。

    4　設計基準要求
    　　安全系統的設計基準要求規定：
    　　a. 根據事件發生的頻度對事件的分類；
    　　b. 每類事件的極限安全后果；
    　　c. 確定需要安全功能的事件，即設計基準事件；
    　　d. 通過對設計基準事件的分析，確定安全功能以保證電廠處于安全運行限值(安全限值)之內；
    　　e. 系統的性能要求。
    　　要通過整體響應分析(見第5章)和有關文件(見第6章)來驗證設計基準。
    　4.1　事件分類
    　　對于各種運行方式下的預計或假想事件，必須按表1的定義進行分類，這種分類考慮了事件的起因、預計發生的頻度及需要的安全功能。每一類事件的極限后果，都必須使放射性物質的釋放低于GB 6249對該頻度事件所規定的限值。
    　4.2　極限安全后果
    　　對表1中定義的每類事件，都必須規定一組極限安全后果。極限安全后果的限值必須足以保證事件的發生不會導致一組與該事件預計發生頻度不相容的安全后果。

     表1

    　4.2.1　正常事件的極限安全后果
    　　任何正常事件的極限安全后果必須是：
    　　a. 所有過程變量保持在它們的運行限值之內；
    　　b. 放射性物質向環境的實際排放在GB 6249規定的正常限值內；
    　　c. 正常事件的直接后果不會造成燃料元件破損；但是，偶然的元件缺陷可能使裂變產物泄漏到反應堆冷卻劑中；
    　　d. 反應堆冷卻劑邊界和安全殼屏障內的應力在工業規范規定的正常運行允許限值之內。
    　4.2.2　預計事件的極限安全后果
    　　任何預計事件的極限安全后果必須是：
    　　a. 所有設備均處于它的極限運行條件范圍內，所有過程變量都在過程安全限值以內，所有設計變量都在4.3條中規定的設計安全限值內；
    　　b. 放射性物質向環境的實際排放在GB 6249規定的限值以內；
    　　c. 事件引起的預期瞬變的直接后果不會造成燃料元件破損；
    　　d. 事件引起的負載集合在反應堆冷卻劑邊界和安全殼屏障內產生的應力，要在工業規范對該頻度事件規定的允許限值內。
    　4.2.3　事故的極限安全后果
    　　任何事故的極限安全后果必須是：
    　　a. 放射性物質向環境排放的計算值，必須在GB 6249規定的限值之內，以便放射性物質的實際排放不妨礙或不限制公眾利用核電廠非居住區以外的區域；
    　　b. 堆芯的幾何形狀要允許堆芯得到足夠冷卻，以維持相應的設計變量在其設計安全限值以內(見4.3條)；
    　　c. 可運行的安全系統足以在規定的時間內，把熱量從堆芯傳到最終熱阱，維持相應的設計變量在其設計安全限值以內；
    　　d. 事件引起的負載集合在反應堆冷卻劑和安全殼屏障內產生的應力，要在工業規范對該頻度事件規定的允許限值內。
    　4.2.4　嚴重事故的極限安全后果
    　　嚴重事故的極限安全后果必須是：
    　　a. 放射性物質向環境的實際排放在GB 6249規定的限值內；
    　　b. 堆芯幾何形狀允許堆芯得到足夠冷卻，維持相應的設計變量在其設計安全限值以內(見4.3條)；
    　　c. 可運行的安全系統足以在規定的時間內，把熱量從堆芯傳到最終熱阱，維持相應的設計變量在其設計安全限值以內；
    　　d. 事件引起的負載集合在反應堆冷卻劑邊界和安全殼屏障內產生的應力，要在工業規范對這種頻度事件規定的允許限值內。
    　4.3　安全限值
    　　核電廠的安全限值是對保護實體屏障完整性所必需的重要過程變量的限值，這些實體屏障用以防止不可控的放射性釋放。如果超過任何安全限值，就必須停堆。這時，許可證持有者必須報告國家核安全部門，對事件進行檢查并記錄檢查的結果，包括事件的起因以及為預防事件再次發生而采取的糾正措施的依據。在國家核安全部門批準以前，不得恢復運行。
    　　為了說明確定需要安全功能的依據和便于敘述對各類事件的性能目標，本標準采用了設計安全限值和過程安全限值兩個概念，但在大多數情況下，設計或過程安全限值與技術規格書中使用的安全限值是同義的。
    　4.3.1　設計安全限值
    　　對預計事件、事故和嚴重事故，必須確定一些設計變量(如最小臨界熱流密度比、偏離泡核沸騰比、包殼溫度和反應堆冷卻劑壓力)，不論它們是否可測量，但能夠預示沒有超過極限安全后果。對每類事件，必須對每一設計變量規定一限值，只要這個設計變量處于此限值內，就保證不會超過相應的極限安全后果。這一設計變量限值稱為設計安全限值。
    　4.3.2　過程安全限值
    　　對于預計事件，必須確定一些可測量的并可指示的過程變量或相關過程變量(如流量、中子注量率、壓力)的組合，它們在規定設計安全限值時是與設計變量等效的。必須對每一過程變量或它們的組合規定一個確定的限值，只要這個可測的過程變量或變量組合在此限值以內，就保證不會超過設計安全限值。這一過程變量的限值稱作過程安全限值。
    　　某些設計安全限值或過程安全限值并不嚴格地適用于短期瞬變(例如，在瞬變期間釋放的能量小于承受這些能量的系統能力時)，因此必須單獨地考慮每種短期瞬變。
    　4.4　設計基準事件
    　　通過下述程序決定的、要求某種安全功能以防止超過相應安全限值的每一事件都稱為設計基準事件。必須根據電廠瞬變、故障、自然事件或意外事件引起的設計基準事件來確定對安全系統的要求。
    　　設計基準事件特性和分類如下：
    　4.4.1　鑒別電廠瞬變、系統或設備故障、某個意外動作引起的所有事件，這些事件可能導致下列基本參數的變化：
    　　a. 反應性增加；
    　　b. 反應堆冷卻劑流量變化；
    　　c. 反應堆冷卻劑壓力變化；
    　　d. 反應堆冷卻劑溫度變化；
    　　e. 二次冷卻劑液位或總量變化；
    　　f. 電廠動力源變化；
    　　g. 電廠冷卻劑供給變化；
    　　h. 安全系統及其輔助系統的變化；
    　　i. 堆芯功率分布變化；
    　　j. 放射性物質排放變化；
    　　k. 具有限值的任何其他變量的變化。
    　4.4.2　確定電廠在沒有保護功能的情況下，對每一事件綜合響應所引起的參數變化是否會超過設計安全限值或過程安全限值，確定每一事件對電廠設備的影響，評價中必須考慮兩種事件，一種事件的初始條件是假定電廠應付該事件的能力降低到極限運行條件，另一種事件是假定在正常運行工況下發生的事件。
    　4.4.3　鑒別每一設計基準事件的起因、初始條件、發生頻度及其對基本參數和安全系統的影響。
    　4.4.4　根據每個設計基準事件預計的起因或發生的頻度，將它劃分為正常事件、預計事件、事故或嚴重事故。
    　　必須研究由自然事件或電廠設計應該考慮的意外事件引起的那此事件，它們可能是電廠瞬變的起因。自然事件可能有風、雨、雪、冰雹、洪水、臺風、海嘯、龍卷風、地震或滑坡。意外事件可能有火災、運輸工具(陸上、水上或空中)撞擊、爆炸、水噴淋、水或蒸氣噴射、設備淹沒、廠內出現飛射物撞擊。此外還必須利用這些自然事件和意外事件所引起的事件來確定對安全系統的防護要求。
    　4.5　安全功能
    　　研究了電廠對事件的響應后表明需要某一安全功能時，必須考慮下述兩種可供選擇的方法：
    　　a. 修改電廠設計，使其不再需要該安全功能；
    　　b. 增加設計特征，提供該安全功能。
    　　正常事件(例如，按規定程序進行的審慎操作：裝料和換料、提升功率、功率運行、熱備用、降功率、停堆和維修)不需要安全功能來防止超過過程安全限值。
    　　對預計事件、事故或嚴重事故選定的安全功能必須在預計事件期間或以后足以防止超過過程安全限值，在事故或嚴重事故期間或之后足以防止超過相應的設計安全限值。
    　　當過程安全限值與設計安全限值不同時，必須根據設計安全限值判斷事件的后果。
    　4.5.1　安全動作
    　　必須規定完成每一安全功能所需的安全動作，并規定動作和進程的時間順序和空間關系及必須執行動作的環境條件。
    　4.5.2　安全系統通道
    　　安全系統通道，必須足以監測與安全限值有關的變量，向相應的安全驅動設施發出信號，并完成實現安全功能所必需的動作。任一安全系統通道都可用來完成一類或幾類事件或后果所要求的一個安全動作。
    　4.5.3　安全系統的極限整定值
    　　必須對安全系統中與安全限值有關的每一被測變量或相關的幾個被測變量的組合規定一極限整定值。此整定值必須使系統能在足夠時間內觸發對預計事件合適的安全動作，防止超過有關的過程或設計安全限值。另外，此整定值必須使系統能在足夠的時間內觸發對事故或嚴重事故合適的安全動作，防止超過相應的設計安全限值。規定此整定值必須考慮安全系統的響應時間、儀表誤差、校準的不確定性和漂移的極限偏差。
    　4.6　性能
    　4.6.1　一般要求
    　　安全系統必須足以保證：
    　　a. 在任何設計基準事件之后，堆芯發熱率不會明顯大于排熱率；
    　　b. 當反應堆在運行后處于次臨界狀態時，能以某種速率將熱量從堆芯排出，此速率由放射性物質的衰變和堆芯貯能的釋放決定；
    　　c. 將任何預計事件、事故和嚴重事故的后果限制在適合于該事件的極限安全后果之內。
    　　安全系統必須能在引起某一設計基準事件的工況或由此事件產生的工況之前、之中或其后一個適當的時間內，完成該事件所要求的安全動作。
    　　當安全系統內部發生單一故障，同時預計設計基準事件的直接或間接后果可能引起系統多故障或系統受損害的情況下，安全系統必須能完成該事件所要求的安全功能。
    　　誤觸發和執行安全動作不得導致裂變產物屏障或安全系統出現不符合誤動作這類事件的極限安全后果的損壞。
    　　同自然事件或意外事件(如火災、交通工具撞擊、爆炸、淹沒和飛射物)有關的設計基準事件不得使安全系統的性能退化到低于它們的極限運行條件。
    　4.6.2　正常事件
    　　每一過程變量的正常運行值與其安全整定值之差必須足以保證正常事件不會以不可接受的頻度觸發安全動作。
    　4.6.3　預計事件
    　　安全系統必須能探測預計事件、觸發和完成適當的安全動作，以防止相應的過程變量超過它們的過程安全限值。
    　4.6.4　事故和嚴重事故
    　　安全系統必須能夠探測事故和嚴重事故、觸發和完成適當的安全動作，以防止事件后果超過適用于該類事件的設計安全限值。
    　4.6.5　安全系統輔助設施
    　　在安全系統輔助設施退化到其極限運行條件的情況下，安全系統必須能完成其安全功能。
    　　安全系統輔助設施中的故障不得引起需要保護動作而又妨礙這種動作的設計基準事件，不能使安全系統輔助設施退化到其極限運行條件以下水平。
    　　當動力源參量(如頻率、電壓、氣體壓力)在安全系統設計基準范圍內變化時，安全系統必須能完成它們的安全功能。動力源任何部分的任一部件故障引起動力源的任何變化都不得使安全系統的性能低于對它的最低要求。
    　　冷卻劑參量(質量和熱焓)在安全系統設計基準范圍之內變化時，安全系統必須能完成其安全動作。
    　4.6.6　操縱員的干預
    　　每一設計基準事件發生后，在規定的時間限值之前，勿需反應堆操縱員采取任何操作，安全系統必須能完成其安全功能。在這段時間之后，操縱員可進行干預以維持反應堆的安全。此時間限值必須對所需要的操縱員的操作、操縱員的數目和配置、操縱員可得到的信息、控制器的數目和配置、以及為保護操縱人員所設計的設備都合適。
    　4.6.7　可靠度
    　　為規定安全系統完成每個安全功能的可靠度，設計者必須考慮：
    　　a. 預計每一堆年內發生需要安全功能的設計基準事件的數目；
    　　b. 在需要安全功能的設計基準事件發生之后，不能完成該安全功能的后果。
    　4.6.8　共因故障
    　　冗余或多樣性的通道，不一定只有獨立模式的故障，必須設法排除由共同原因引起的多通道故障。為確定是否存在可預料的共因故障，必須研究冗余和多樣性的設備、通道和系統的故障模式，以及對它們共同的工況或操作。設計者必須通過系統分析確定：
    　　a. 被監測的過程變量在設計基準事件期間能提供所需要的信息；
    　　b. 設備能在其安裝限定的方位下運行；
    　　c. 由設計基準事件引起的或引起設計基準事件的安全動作、控制動作和環境變化之間的相互影響不得妨礙減輕該事件的后果；
    　　d. 操縱和維修人員的誤動作，不會輕易使處于安裝方位下的設備變得不能運行。
    　　在沒有充分理由證明確實有益的情況下，設計者不得增加零部件、通道、系統或使設計復雜化。
    　　某一特定設計基準事件的后果，不得妨礙被指定對付該事件影響的那一部分安全系統去完成它們的安全動作。
    　4.6.9　變量
    　　安全系統必須監測確定安全限值所必需的每一個過程變量或相關過程變量的組合。儀表通道的敏感元件必須這樣布置：
    　　a. 在引起預計事件、事故、嚴重事故的工況下或由這些事件引起的工況下，過程變量必須能觸發在這些工況下為防止超過有關的安全限值所需要的安全動作；
    　　b. 從過程變量達到觸發自動安全動作的值到實際觸發該動作之間的時間，必須小于由分析證明足以防止該變量超過有關安全限值的最長時間；
    　　c. 能測得有代表性的隨空間變化的過程變量。
    　4.7　設備性能驗證
    　　必須通過分析或試驗證明，完成安全動作所需要的安全系統所有設備，在與需要安全系統工作的設計基準事件相應的環境條件下，能完成其功能。
    　　必須通過分析或試驗表明所有設備在工作壽期內，在它們退化到最低情況下的工作狀況。
    　　驗證設備性能的分析方法必須通過論證性試驗來確認。
    　4.8　運行和維修
    　　安全系統的設計必須在不誘發設計基準事件或有保護的條件下，完成對保護系統和安全驅動系統的監督、校準、調節和修理，設計者必須特別注意防止可能違反系統設計意圖的誤修改。
    　4.9　監督
    　　必須設置安全系統的監督手段，它們必須適于：
    　　a. 確定安全系統的性能在預定值內；
    　　b. 保證維修操作正確進行；
    　　c. 探測向不可接受工況變化的趨勢；
    　　d. 確定冗余或多樣性系統保持了它們的獨立性；
    　　e. 證實儀表通道、邏輯通道和驅動設施的可運行性。

    5　設計基準驗證
    　　必須通過模擬核電廠對設計基準事件的整體響應的分析來證明安全系統的設計是適當的。此分析必須證實在每一設計基準事件中，過程和設計變量的值不超過各自的過程安全限值和設計安全限值。在分析時除了對在設計基準事件期間和之后起作用而專門設計的那些系統功能之外，對其他系統功能不必評價。此分析必須證實：
    　5.1　對每種設計基準事件，安全系統在無故障和有4.6條規定的故障兩種情況下，能滿足設計基準要求。
    　5.2　安全系統可依靠備用電源運行，并且不受設計基準事件期間任何時候出現的切換瞬態的損害。這一要求必須包括估價下述三種假設條件：
    　　a. 優先電源是可用的；
    　　b. 備用電源是可用的；
    　　c. 優先電源在短時間內適用，隨后在關鍵的時刻轉換到備用電源。
    　5.3　在與設計基準事件相關的環境條件下，在需要維持電廠適當工況的時間內，安全系統能完成其功能。
    　5.4　任何設計基準事件對裂變產物屏障的影響不超過該設計基準事件的極限安全后果。對裂變產物屏障影響的分析，必須適當考慮電廠內發生設計基準事件時可能出現的所有環境條件以及技術規格書允許的所有運行工況。
    6　設計基準文件
    　6.1　響應分析
    　　設計基準事件的選擇和分析以及整體響應分析都必須形成文件，并保持其現行有效。這一文件必須是電廠技術規格書的適用基準，也是論證電廠改進不會有害于安全的適用基準。
    　6.2　設計基準
    　　必須以對各種安全系統設計者都適用的簡明形式將安全系統的設計基準形成文件。每種安全功能和后備安全功能的設計基準必須包括：
    　　a. 安全功能；
    　　b. 需要安全功能的設計基準事件；
    　　c. 設計安全限值；
    　　d. 過程安全限值；
    　　e. 保護系統通道的數目、位置和性能(4.6條規定的合適性能，至少應包括響應時間、精度和量程)要求；
    　　f. 敏感元件的數目、位置和性能(4.6條規定的合適性能，至少應包括響應時間、精度和量程)要求；
    　　g. 安全驅動設施的數目、位置和性能(4.6條規定的合適性能，至少應包括響應時間、精度和量程)要求；
    　　h. 安全系統極限整定值；
    　　i. 安全系統實際整定值；
    　　j. 完成安全動作允許的時間；
    　　k. 確定安全動作完成的條件；
    　　l. 要求安全動作延續的時間；
    　　m. 各種場所的正常環境條件；
    　　n. 由需要安全功能的設計基準事件引起的或引起這種設計基準事件的環境條件。例如：電源的瞬態和穩態條件(電壓、頻率)；其他用途的動力源(冷卻劑、壓縮空氣或壓縮氣體)的瞬態和穩態條件，溫度、濕度、壓力、振動、輻射場、負載集合；
    　　o. 監督試驗；
    　　p. 針對下述后果的保護手段：下落的物體、單一結構故障、供水管道泄漏或破裂(局部淹沒)、局部火災、局部爆炸、飛射物、前面第n項規定的環境條件；
    　　q. 安全輔助系統的數目、位置和性能要求；
    　　r. 啟動安全動作的操縱員。

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