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有关核电站地震后的处置分析

2020-05-06 459 上传者：管理员

摘要：地震是威胁核电站安全运行的外部自然灾害之一，很多学者在核电站系统、构筑物和部件的抗震设防领域进行了广泛的研究，但针对此类重大工程的震后处置及恢复策略少有研究。本文罗列了近些年遭受非灾难性地震袭击核电站的事件，统计了核电站受损、重启恢复等情况，对比了国内外地震仪表系统的安置现状，调研了国内外震后处置及恢复策略，对核电站震后处置及恢复策略给出一些建议：要明确核电站地震震害情况，制定震后处置指导文件和操作程序，细化检查内容和验收准则，重视地震记录的准确性等。

关键词：
地震仪表
地震危险性
核电站
震后处置
震后恢复
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在影响核电站安全运行的自然灾害中，地震发生的概率相对较小，但是会对核电站造成较大的危害。地震发生的时间和震害程度具有不确定性，核电站不同的系统、构筑物和部件（SSCs）受到震害影响的不均衡性、系统裕度冗余的有限性，使震害预防措施、减灾措施及恢复措施成为核电站抗震的手段。因此，核电站震后恢复措施是实现核电站安全，恢复运行的一个重要措施。

核电站震后处置及恢复策略主要包括震后应急检查、紧急处置、长时间检测、恢复运行等内容。SSCs的正常运行是确保核电站安全运行的基本条件，由于其系统高度集中在核岛内，各项核安全设施相互依托，故研究震后处置及恢复有重要的现实意义。我国针对核电站抗震研究做出了不懈的努力。地震不仅会直接破坏核电站构筑物，而且会导致设备和系统不能正常运行、失电、失水、不能正常停堆，以及核反应不受控制等。为防止或减轻地震灾害对核安全的危害，震后处置及恢复策略要起到关键性的作用。

1、遭受非灾难性地震袭击的核电站统计

历史上由于地震引发的事故虽然不多，但给人的警示却十分深刻。地震引发的核电站事故包括2007年7月16日日本新潟县发生的里氏6.6级地震，引发柏崎刈羽核电站多个装有放射性废料的罐子倾倒、含放射性物质的水泄漏事故；2011年8月下旬，美国东部弗吉尼亚州发生里氏5.8级地震，震中附近一座核电站失去外部电源，反应堆紧急停堆，另外12座核电站出现异常^[1]。

表1和表2统计了历史上部分核电站遭受非灾难性地震袭击的情况及损坏情况。本文所统计的地震事件均未造成核电站灾难性事故，故在本文中统称为非灾难性地震袭击的核电站。

表1 世界部分核电站遭受非灾难性地震袭击的情况

表2 核电站遭受非灾难性地震袭击的情况

也有学者采用实际地震记录对核电站进行分析，In-KilChoi等通过近断层地震记录对韩国标准核电站KSNP安全壳结构进行了地震反应分析。认为核岛厂房基频高于近断层地面运动的主频，因此，地面运动效应不会对核电站结构造成大的破坏。Yang等对近几年来小震级地震记录进行分析，通过对比本地核电站设计反应谱，发现地震波高频段存在超过设计反应谱的情况。美国核电抗震设计标准RG1.60设计谱曾因小震近震易在高频段超出设计标准，将高频段谱进行提高。

综上，无论从核电站实际遭受地震袭击所造成的结果，还是采用地震记录对核岛厂房的分析角度来说，非灾难性地震未对核电站造成不可逆的影响，虽然在高频段可能会超出设计反应谱，但核电站实际安全功能完好。大部分核电站在强震加速度超过传感器设定阈值时，自动停堆系统发挥作用，控制棒迅速完成动作，阻止了反应堆继续运行。目前，除福岛核电站因强震所致的次生灾害（海啸）导致灾难性事件的发生外，其他地震来临后，核电站均能够保证基本安全功能完好。

2、核电站地震仪表安置情况

核电站规定必须安装地震仪表系统，用以监测地震的影响及对自动停堆给出测量数据。表3和表4对比了日本Kashiwazaki-Kariwa核电站和我国某核电地震仪表系统的安置情况。

表3 Kashiwazaki-Kariwa核电站传感器布置情况

表4 国内某核电站地震仪表传感器布置情况

目前，我国地震仪表系统布置数量与日本布置数量相当，但自动停堆阈值设置及自动停堆策略不如Kashiwazaki-Kariwa核电站保守。地震仪表系统对评估地震对核电站的影响非常重要，应强调地震记录的可用性和地震仪表的可靠性，进而地震发生后能够正确采取必要的行动，同时，也给地震危险性评估和SSCs受损情况评估提供了重要数据，为震后处置和恢复决策的合理性提供数据支撑。

3、核电站震后处置及恢复策略调研

3.1 我国震后处置及恢复策略

《中华人民共和国防震减灾法》第四十六条规定：“交通、铁路、水利、电力、通信等基础设施和学校、医院等人员密集场所的经营管理单位，以及可能发生次生灾害的核电、矿山、危险物品等生产经营单位，应制订地震应急预案。”

目前，我国核电站全部具备编制应急预案及实施应急预案的能力，并将破坏性地震以专项应急预案的方式作为核电站的管理程序。震后处置和恢复作为其中的一部分予以规定。以某核电站为例，将响应行动根据地震加速度的大小分为5级事件，地震加速度分割点为0.01g、0.02g、0.1g及OBE。当地震仪表检测到峰值加速度超过0.02g且小于0.1g时，列为一般破坏地震；当峰值加速度值超过0.1g时，认为发生严重破坏性地震。

震后处置包括检查和评估。检查包括对建构筑物的完整性、系统、设备、管道、容器、仪表、阀门、控制保护、电气设施的状况，如果发现明显的异常或损坏，必须进行安全评估。将震后检查内容按照：土建、发电机组、安全相关设施、管道完整性、电气设施、通风冷却系统和危险品分类，但具体检查方式和验收准则未有提及。当发生地震超过OBE而停堆时，震后机组恢复策略标准为：(1)安全相关结构、系统、部件的安全功能完整且可用；(2)机组的继续运行不会危害环境和公众；(3)国家核安全局的批准。

3.2 国际核电站震后处置及恢复策略调查

美国核电起步较早，对于核电地震经验积累和分析较多。程序响应规定也比较细致。1989年，电力研究协会（EPRI）发布了《核电站地震响应指南》（NP-6695），对地震发生过后核电做需要采取的行动进行规定。这个指南被美国核管会（NRC）在管理导则RG1.166和RG1.167中引用。并于2013年借鉴了几年来在世界范围内经历了相对强烈地震的几座核电站中部分应用指南的经验和教训对其进行重编修订。

国际原子能机构（IAEA）通过充分考虑各成员国从核电遭遇强震中获得的地震安全知识和经验，发布了《核电站的地震准备与响应》，为核电站的震前准备和震后行动提供更新和详细的指导。范围包括地震前规划和地震后行动，这些行动包括运行操作、检查、调查、测试和评估。EPRI及IAEA相关文件对核电站地震响应程序大致相同，具体过程如图1所示。

图1 地震响应流程图

其中地震响应程序有如下部分：

(1) 有关地震前规划活动的指导，包括制定核电站特定响应程序，涵盖了广泛的结构，设备管线等设施（SSCs），要求其能够在遭遇地震后保持功能。

(2) 短期行动，当地震来临时，立即进行必要的行动，对震后是否关闭核电站做出决定（自动停堆、手动停堆和继续运行）。行动内容包括，操作人员立即采取行动控制核电站，并确定可能由地震引起的任何异常情况（洪水、海啸、火灾和电力故障等）、进行核电站巡检、对获得的地面运动记录进行评估、停堆前检查（如果未进行自动停堆）。

(3) 重启行动，此部分需要决定停堆的核电站是否能够重启。首先，要进行停堆后安全评价，确定损伤等级（DL）和地震水平（EL），将二者相联系，形成行动矩阵用于评估核电站重启准备所需的行动等级，如表5所示。其中，损伤等级（DL）定义见表6。

表5 行动矩阵

表6 损伤等级定义

(4) 根据行动水平提供震后检查和测试的详细指导。通过宏观损伤等级DL与量化的地震动水平EL共同评估出震后行动等级，决定需要进行检查测试项目，用以指导核电站的重启。该检查测试项目的顺序和内容依据行动等级的不同而不同。

(5) 长期行动，主要是对短时间内不能完成且不影响反应堆重启的相关必要行动，具体包括场地地震危险性重新评价、SSCs地震安全评估、确认受损安全相关SSCs（SRSSCs）或SSC类型系列的长期功能，处理重启后需要处理的损伤、审查抗震设计标准等。

4、震后处置及恢复策略的分析及建议

4.1 分析

在过去的30年中，一些核电站经历了一些近震小震的袭击，这些事件的经验表明，在地震事件发生后应立即关闭在运行核电站，并保持关闭状态，进行全面调查、检查和评估，同时，重新评估核设施安全性，地震危险性。在大多数情况下，即使地震水平超过设计标准，这些核电站机组中并没有明显的损坏，安全功能完好。说明目前抗震设计留有足够的裕度，可以保证核电站的安全运行。但如何将上述安全性量化，还有待研究。

通过对比国内外核电震后处置及恢复策略，我国目前仅法律层面制定了宏观的要求，规定必须制订地震应急预案，尚未专门针对核电站震后处置和恢复策略制定相应的指导性文件，且核电站由于缺乏实际经验，其内容虽然涵盖了震后应急响应、震后检查和评估，但具体深度和详细内容还不够。导致我国核电站震后处置标准和程序存在实施和监管的缺失。总体上与国际上的规定还有差距。

笔者认为，核心是明确核电站地震震害，明确目标后，通过设置一定的预防手段和处置措施达到地震前合理预防，震后应急及时处置的目的。对我国核电站地震应急预案内容进行分析后可知，我国核电站普遍存在重响应，轻处置的情况。内容侧重于震后抢险救灾准备、避震疏散。震后处置及恢复策略是消除事故影响的重要方面，震后处置顺序和处置过程的不同，一定会造成恢复的时间和处置的结果的不同。

4.2 建议

(1) 建议广泛调研，结合国际经验深化细化我国震后处置策略，完善细化检查评估内容，优化处置恢复过程，合理安排检查评估程序，注重根据SSCs对核安全的重要程度，以最安全最可靠的方式恢复系统功能。

(2) 重视地震记录的准确性和稳定性。地震记录作为震后评估的数据，对SSCs地震评估的影响至关重要。

(3) 借助数值模拟及结构部件抗震实验等手段进行薄弱项分析，弥补经验缺乏带来的不足，达到预防与修复相结合的目的。进行核电设施设备的易损性分析，建立可靠度指标，为震后处置和恢复策略提供数据。

(4) 震后处置和恢复策略应根据工程特点制定，注重不同专业相互之间的结合，不同系统之间接口的衔接，理清错综复杂的关系，合理设定短期和长期目标。

参考文献：

[1]周福霖,谭平,刘德稳.核电站安全的地震威胁及对策分析[J].中国工程科学,2013,15(4):36-40.

杨智博,周国良,杨宇,等.核电站地震后的处置及恢复策略[J].核安全,2019,18(6):74-79.