去年，我们发布了一个评论和一个更新关于佛罗里达州土耳其角核电站发生的高能电弧故障(HEAF)事件。这次更新包括了美国核管理委员会(NRC)根据《信息自由法》的要求获得的彩色照片，这些照片显示了爆炸和随后的火灾造成的破坏。无论是HEAF事件还是其广泛的破坏，都没有让nrc感到惊讶——他们已经研究这种火灾隐患好几年了。虽然NRC早就知道这个火灾隐患，但它的解决方案仍然未知。与此同时，借据保护美国人免受这种危险。越早结清这张欠条，处于危险中的美国人就越能得到真正的保护。
什么是HEAF?
美国核能机构(NEA)多年来一直在协调国际HEAF的研究工作，它是这样定义HEAF的:“电弧是携带电流的两个电极之间非常强烈的异常电子放电。由于电弧通常不是理想的现象，所以它被描述为电弧故障。”
核电站发电，用电给厂内设备供电。电流通过电缆或金属条流动，称为“总线”。当电流从预定路径跳到附近的金属柜或托盘时，就会产生电弧。
电力以不同的电压或能量等级提供，以满足不同的需求。家庭和办公室插座提供120伏电流。核电站通常有更高电压的电路，为不同尺寸的电机提供480伏、4160伏和6900伏的电流。核电站的主发电机通常生产22,000伏特的电力，而现场变压器将电压提高到34.5万伏特或更高，以便在场外电网的传输线上更有效地流动。
如何管理HEAF事件的风险?
与核安全的整体纵深防御方法相一致，HEAF事件的管理措施旨在防止其发生，同时辅以旨在最大限度地减少其发生后果的附加措施。
预防措施包括在安装过程中限制电缆的处理。限制电缆弯曲和扭曲的程度，以及电缆穿过穿透墙时施加的力，以保持电缆绝缘的完整性，作为防止电弧的屏障。其他预防措施试图通过检测故障和自动打开断路器来阻止电流流过电缆(本质上是关闭电弧)来限制电弧的持续时间。
缓解措施包括在通电设备周围建立影响区(ZOI)，以控制HEAF事件造成的损害程度。以电柜为例，如图1所示。电柜是装有断路器、继电器和其他电气控制设备的金属盒子。目前的消防法规要求在电气柜周围设置3英尺的ZOI，在电气柜上方设置18英寸的ZOI。假定在HEAF事件中释放的能量损坏了机柜内的任何东西和相关的ZOI。必须在受影响的机柜及其ZOI之外放置足够的设备，以在事件中幸存下来，并充分冷却反应堆堆芯以防止熔毁。
图一(来源:核管理委员会
即使采取了这些预防和缓解措施，NEA也认识到HEAF事件造成的危害2017年5月报告"启动HEAF的电气干扰往往会导致基本电力的损失，而物理损坏和燃烧产物对处理紧急情况的操作人员和消防队员提出了重大挑战。很明显，heaf是(核电站)将面临的风险最大、最具挑战性的火灾场景之一。”
HEAF风险管理存在什么问题?
实际的HEAF事件表明，旨在管理危险的预防和缓解措施存在缺陷和弱点。例如，电弧有时保持能量的时间比假设的要长得多，这使得错误的电流造成了更大的破坏。
此外，HEAF事件损坏的组件远远超出假定的影响区域，如在火鸡点活动2017年3月起。换句话说，HEAF的危害大于它的防御能力。
如何解决HEAF风险管理问题?
2011年3月11日，日本近海的地震及其引发的海啸导致福岛第一核电站的三个反应堆熔毁。那次地震也导致了日本女川核电站的HEAF事件。地震引起的地面运动导致断路器无法打开，从而限制了电弧的持续时间。HEAF事件损坏了设备并引发了火灾(图2)。由于高温和烟雾，消防队无法进入房间，大火持续了7个小时，直到耗尽了所有可用的燃料。作为一名NRC消防工程师2018年4月评论“如果福岛事件没有发生，这可能会成为新闻头条。”小野川很坏。福岛的情况更糟。
图二(来源:核管理委员会
女川HEAF事件发生后，日本发起的研究试图确定影响事件严重性的因素。因为这个问题并不局限于日本的核电站，其他国家与日本研究人员合作，以寻求更好地理解和更好地保护HEAF事件。
NRC参与了一系列的26日测试在2014年至2016年期间进行，使用不同类型的电气面板，母线材料，电弧持续时间，电流电压和其他因素。测试的结果使核管理委员会能够采取两步措施。
首先，核管理委员会将HEAF事件输入到该机构一般问题计划2017年8月。在相关的第二步中，核管理委员会正式让所有运营的美国核电站的所有者了解这一测试计划及其结果信息的通知也于2017年8月发布。在过去的三次监管信息会议和其他几次公开会议和研讨会上，NRC还与核电站所有者分享了HEAF信息。
NRC计划第二个系列的测试，以更全面地定义导致HEAF事件严重程度的条件。
如何测试HEAF事件?
在第一阶段项目中的第23项测试中，将一个480伏的铝制母线材料电气柜置于持续7.196秒的电弧中。图3显示了测试前打开面板门的电控柜。图片左侧的指针显示了故意造成弧线的位置。
图三(来源:原子能机构)
为了在测试中诱发电弧，在一个机柜面板内的480伏交流电连接器上缠绕了一根导线，如图4所示。在图片的右边是一个手动开关，用于连接或断开通过这些总线流入机柜的电力到工厂内的电气负载。
图四(来源:原子能机构)
仪器架和摄像机被放置在被测试的机柜周围。机架包括测量在HEAF事件期间从机柜辐射的温度和压力的仪器。高速高清摄像机记录下了这一事件的进程，而红外摄像机捕捉到了它的热特征。柜体上方有一个通风罩，与一个带有排风扇的管道相连，将烟雾从该区域引导出去，以帮助摄像机看到正在发生的事情。更重要的是，通风管道中装有测量活动过程中释放的热能和副产品的仪器。
图五(来源:核管理委员会
什么是HEAF测试结果?
关于2014年至2016年进行的HEAF测试报告的DVD以及在此期间进行的26次测试的视频，请将您的姓名和地址通过电子邮件发送到RES_DRA_FRBQnrc.gov。这篇评论中的很多信息都来自NRC应我的要求寄给我的DVD上的材料。
第一阶段项目中的第四项测试将一个480伏的铝制母线材料电控箱置于持续时间仅为0.009秒(即9毫秒)的电弧环境中。短时间弧的影响很小，如果一个人在看视频时在错误的时间眨眼，就完全错过了。这次HEAF事件没有损坏电控箱内的组件，也没有损坏周围3英尺影响范围之外的任何组件。
第一阶段项目的第三个试验对一个480伏的铜母线材料电柜进行持续8.138秒的电弧测试。持续时间较长的弧比测试4产生了更大的后果。但视频显示，其后果在很大程度上仅限于内阁及其势力范围。
第一阶段项目中的第23项试验将一个480伏的铝制母线材料电气柜置于持续7.196秒的电弧中。测试23的电压水平和电弧持续时间基本上与测试3相同，但结果有显著不同。在HEAF事件中，铝的表现与铜不同，基本上助长了爆炸和随后的火灾。结果，在柜子内，影响范围内，甚至超出3英尺影响范围的损害都要大得多。例如，位于3英尺影响区域外的架子上的一些仪器被蒸发了。
直到事件的碎片遮住了放置在3英尺影响区域外许多英尺的摄像机的镜头，测试23的HEAF事件的侧面视图显示，它比测试3的HEAF事件和测试4的HEAF事件更大、更糟糕。
图6显示了试验23后，电控箱面板门打开的情况。这个机柜显然与测试前的外观不同(见图4)。但是这个视图并不能说明全部情况。
图六(来源:原子能机构)
图7为试验23后的电控箱左侧。机柜左上角缺失。它被HEAF事件烧毁和/或吹走了。柜子是金属做的，不是木头，不是塑料，也不是冰。缺少的内阁角落是在HEAF事件中释放能量的有力证据。
图7 (来源:原子能机构
试验3、4和23的所有特色电柜均提供480伏电源。
试验4和23分别采用铝母线材料。测试4的结果可以忽略不计，而测试23的结果却很重要，这证明了弧长所起的作用。测试4的弧长为0.009秒，测试23的弧长为7.196秒。
测试3和23的弧持续约8秒。试验23在电控箱内和3英尺影响范围外造成了更大的损坏，这是由于铝材料而不是铜材料的存在。
美国核电站在HEAF事件中有多脆弱?
第一阶段系列测试表明，HEAF事件取决于电压水平、导电材料(即铜、铁或铝)和电弧持续时间。电压越高，含铝量越大，电弧持续时间越长，HEAF事件的后果就越大。
NRC在2017年收到了一份报告行业调查美国核电站的数量。调查显示，这些工厂的电路电压等级分别为480伏、4160伏、6900伏和22000伏。调查还显示，虽然一些工厂没有镀铝元件的电路，但很多工厂都有。
至于电弧持续时间，美国工厂的实际HEAF事件所涉及的电弧持续时间超过了试验3和23中使用的8秒。2000年5月在峡谷持续了11秒。2010年3月的活动在HB罗宾逊持续8到12秒。2011年6月的活动在卡尔霍恩堡持续了42秒，如果不是操作人员手动打开断路器来结束事故，可能会持续更久。
因此，许多美国核电站都具备了发生严重的HEAF事件所必需的所有成分。
修复需要什么?
迄今为止的测试程序结果建议采用分层方法来解决HEAF事件。一旦确定了关键因素(即电压水平、材料和电弧持续时间的组合)，就可以使用它们在工厂内筛选出不影响安全裕度的HEAF事件的配置。例如，一个带有铝母线材料和可疑电弧持续时间限制器的高压电控箱，如果它位于距离安全组件足够远的地方，其HEAF汽化只带来经济而不是安全影响，则可能不需要补救。同样，电压水平和材料的配置仍然受到当前假设的限制，如3英尺的影响区域，将不需要补救措施。
当无法筛选出配置时，补救措施可能会有所不同。在某些情况下，它可能涉及提供更可靠、快速反应的故障检测和隔离系统，以限制电弧的持续时间。在其他情况下，用铜或铁巴士取代铝巴士可能是一种合适的补救措施。解决办法可能只是在电器柜和安全设备之间安装一堵保护墙。
进一步的HEAF测试将扩大对问题的认识，从而更充分地为有效解决方案的决策提供信息。
UCS的角度来看
多年来，人们已经知道，在设计和应用消防措施时，HEAF事件可能造成比目前假设的更大的损害。因此，火灾可能会破坏主要安全系统及其备份，这正是消防法规要求旨在防止的结果。
通常在这个时候和地点，我就会批评核管理委员会在解决这个已知的安全隐患方面拖拖拉拉。然而，自从HEAF危险标志第一次升起以来，已经过去了很多年，NRC的脚步一直很忙。因为，虽然已知HEAF事件可能造成比以前认识到的更大的损害，但不知道是什么因素在决定HEAF事件的严重程度及其造成的损害方面发挥了什么作用。美国核管理委员会与世界各地的监管机构一道，努力填补这些信息空白。这些知识是非常必要的，以确保应用真正的解决方案，而不是无效的权宜之计。
这项研究需要时间来计划和实施。需要进一步的研究来全面定义这个问题，以找到合适的解决方案。与此同时，到目前为止，美国核管理委员会一直非常坦率地向核电站所有者和公众介绍其关注的问题和相关的知识。
虽然NRC更好地理解HEAF事件的努力可能是合理的，但值得记住的是，该机构的意图和计划对生活在脆弱核电站附近的数百万美国人来说不过是欠条。借条提供零保护。NRC需要尽快结束研究，把借条变成真正的保护。