土耳其点:核电站的火灾和爆炸

2017年7月11日下午1:06
戴夫·洛赫鲍姆
前的贡献者

佛罗里达电力和照明公司的土耳其角核电站位于迈阿密以南约20英里处,有两个西屋电气公司的压水反应堆,于20世纪70年代初开始运行。它建在两个化石燃料发电机组旁边,单位3而且4每座核电站将为电网增加约875兆瓦的核能发电。

2017年3月18日星期六上午,两个反应堆都在全速运转,这时出现了问题。

事件

上午11点07分,与安全相关的3A公共汽车3AA06隔间内的高能电弧闪光引发火灾并引起爆炸。爆炸发生在混凝土墙的小房间(称为开关柜3A室)内,炸伤了一名工人,并打开了消防门D070-3,进入毗邻的装有安全相关总线3B的房间(称为开关柜3B室)。

一秒钟后,当反应堆冷却剂泵3A停止运行时,3号反应堆自动跳闸。这个电动泵从3A总线获得电力。HEAF事件损坏了3A总线,导致反应堆冷却剂泵因电压不足而跳闸(即低于所需的4160伏电压)。泵的跳闸触发了所有控制棒插入反应堆堆芯,终止了核连锁反应。

又过了一秒钟,反应堆冷却剂泵3B和3C也停止运行。这些电动泵从3B总线接收电力。HEAF事件本应被隔离到开关柜3A室,但爆炸的力量吹开了连接的防火门,使公共汽车3B也受到影响。反应堆冷却剂泵3B和3C因频率过低而跳闸(即,交流电的频率远远低于所需的每秒60次循环)。每个土耳其点机组都有三个反应堆冷却剂泵,它们迫使水流过反应堆堆芯,从反应堆容器到蒸汽发生器,在那里热量被转移到二次水回路,然后再回到反应堆容器。当三个泵全部关闭后,反应堆核心将通过自然循环冷却。自然循环可以排出少量热量,但不能排出大量热量;因此,即使三个反应堆冷却剂泵中的一个没有运行,反应堆也会自动关闭。

在上午11点09分之前,控制室的操作员收到了开关柜3A室失火和工人受伤的消息。操作人员向该地区派遣了工厂的消防队。上午11点19分,由于“火灾或爆炸影响了建立或维持安全关闭所需的工厂系统的可操作性”,运营商宣布进入紧急状态。

上午11时30分,消防队向控制室操作人员报告开关柜3A室和3B室均未发生火灾。

并发症# 1

开关柜大楼显示在3号机组涡轮大楼的右端。开关柜房3A和3B位于开关柜楼内彼此相邻。这些房间内与安全相关的公共汽车从主发电机、场外电网或EDG获取4160伏的电力,并将其供应给所需的安全设备,以保护工人和公众免受瞬变和事故的影响。总线3A和3B是完全冗余的;两者都可以为足够的安全设备提供动力,以减少事故。

图一(来源:核管理委员会)

为了防止一个单一的文件使公共汽车3A和公共汽车3B在靠近的情况下瘫痪,每个开关柜室都被设计成一个3小时的防火屏障。房间的地板、墙壁和天花板由钢筋混凝土制成。房间之间的开口有一个通常关闭的门,具有3小时的耐火等级。

目前的法规要求不要求房间有防爆防火门,除非门距离潜在的爆炸危险在3英尺内。(我可以给你三次猜测,为什么所有的值都是3,但正确的猜测将泄露三分之一的核电秘密。)经历HEAF事件的3AA06隔间距离门有14.5英尺。

防火门D070-3,大概没有意识到它远在3英尺的危险区之外,被HEAF事件炸开了。打开的门造成了一场火灾的可能性,使3A和3B公共汽车瘫痪,使现场陷入一个站停电.福岛事件提醒了世界为什么最好远离核电站的停电池。

并发症# 2

HEAF事件激活了开关柜3A室的所有11个火灾探测器,并激活了开关柜3B室的两个非常早期的火灾探测器。这些探测器的激活在火灾报警控制面板3C286发出警报,操作人员承认。这些探测器是核电站火灾探测和灭火系统的一部分,用于在火灾造成破坏核安全边际之前将其扑灭。

但工作人员直到62小时后才重新设置探测器并恢复使用。在3A总线因HEAF事件损坏后,3B总线为安全设备提供了唯一的电力来源。工厂的消防程序要求开关柜3B室由全套火灾探测器或连续火灾监视人员保护(即,分配到该区域的工人立即向控制室报告烟雾或火灾迹象)。火灾探测器在HEAF事件发生后停用了62个小时,持续的火灾手表也很晚才安装到位。

在HEAF事件发生后,工人们在开关柜3B室进行了近4个小时的排烟等工作。但在他们离开后,直到HEAF事件发生的第二天19日下午1时15分,才发布了持续的火灾监视。这些工人被安排在开关柜3A室,而不是需要保护的母线所在的开关柜3B室。

如果在开关柜3B室发生火灾,无论是安装的火灾探测器还是人工火灾探测器都不会通知控制室操作人员。百老汇大街上的灯熄灭了,或者不管他们怎么称呼火鸡角的主干道,可能是他们的第一个迹象。

并发症# 3

3月18日中午12点30分,工作人员通知控制室操作人员,HEAF事件损坏了3A总线,在维修完成之前无法重新通电。总线3A为反应堆冷却剂泵3A和其他安全设备提供电力,如应急柴油发电机(EDG) 3A所在房间的通风机。由于房间的通风风扇断电,操作人员立即宣布EDG 3A无法运行。

edg 3A和edg 3B为现场安全设备的备用电源。当反应堆运行时,设备由主发电机产生的电力提供动力,如图2中绿色线所示。当反应堆不运行时,来自场外电网的电力通过变压器和3A总线流入设备,如图2中的蓝线所示。当EDG 3A和3B在各自母线上检测到欠压或欠频时,EDG 3A和3B自动启动并连接到母线上为设备供电,如图2中红线所示。

图二(来源:核管理委员会,UCS添加颜色)

在HEAF事件发生后不久,由于总线3A上的欠压,EDG 3A自动启动。但是保护继电器检测到总线3A上的故障,并阻止电气断路器关闭以连接EDG 3A到总线3A。EDG 3A是运行的,但与3A总线断开,当操作员宣布由于房间的通风机丢失而在下午12:30无法运行时。

但运营商允许“无法操作”的EDG 3A继续运行到下午1:32。考虑到(a)它的通风机没有工作,(b)它甚至没有连接到3A总线,他们不应该允许这个不能操作的EDG运行超过一个小时。

并发症# 4

在3号机组发生HEAF事故的几个小时前,工人们拆除了高扬程安全注入(HHSI)泵4A和4B进行维护。HHSI泵的设计目的是在发生事故时,将补给水从换料储水罐(RWST)转移到反应堆容器,从容器中排出冷却水。每个机组有两个HHSI泵;只有一个HHSI泵需要发挥作用,以提供足够的反应堆冷却,直到反应堆容器内的压力下降到足以允许低扬程安全注入泵接管。

前一天,工人们在HHSI泵公司4A和4B再循环管线公用管道下游的一条小型测试管线上发现了一个小泄漏(图3中橙色圈出的部分)。修复工作预计需要18个小时。两个泵必须被隔离,以便工人修复泄漏部分。

管道交叉连接3号和4号机组的HHSI系统,这样当HHSI泵4A和4B停止使用时,HHSI泵3A和3B(图3中紫色圈出的部分)可以为4号机组的反应堆容器提供补充冷却水。操作许可证允许4号机组在这种配置下继续运行长达72小时。

图三(来源:核管理委员会,UCS添加颜色)

在停止使用HHSI泵4A和4B之前,操作人员采取了措施保护HHSI泵3A和3B,进一步限制进入放置它们的房间,并在为这些电动泵供电的电气断路器上贴上警告标志。

但是运营商没有保护分别为HHSI泵3A和3B供电的3A和3B总线。相反,他们授权在导致HEAF事件的开关柜3A室进行工作。

业主使用计算机程序来描述实际和建议的工厂运行配置的风险。工人可以进入损坏和/或停止服务的组件进行维护,该程序将相关风险分为三种颜色波段之一:绿色、黄色和红色,按风险增加的顺序排列。由于只有HHSI泵4A和4B停止使用,该程序确定3号和4号机组的风险在绿色范围内。在HEAF事件使HHSI泵3A失效后,该程序确定4号机组的风险增加到接近绿色/黄色阈值,而3号机组的风险则稳定地进入红色带。

原因(s)

2017年3月18日星期六上午,工人们正在3A巴士所在房间的电缆周围包裹一种名为thermolag的阻燃材料。由碳纤维制成的网格被安装来连接电缆周围的热滞部分,以实现紧密配合。为了尽量减少房间内产生的碎片数量,工作人员在房间外约15英尺的地方将热滞材料切割成所需的长度。但他们在房间里把碳纤维网剪成合适的尺寸。

3A总线本质上是相当于家庭断路器面板的核大小。打开面板,就可以打开断路器,阻止电流通过房子里的电路。3A总线是一个大的金属柜。这个机柜由许多小隔间组成,里面装有电气断路器,控制母线的电力供应和母线供电组件的电流流动。由于通电的电缆和部件会散发热量,隔间的金属门通常有百叶窗,让热空气逸出。

百叶还允许灰尘和空气中的小碎片(如碳纤维片)进入隔间。HEAF事件(又称爆炸)的暴力破坏了现场的一些证据,但在发生HEAF的隔间内发现了碳纤维碎片。碳纤维是导电的,这意味着它可以传输电流。根据NRC的说法,隔间内的碳纤维碎片“可能是导致公交车故障的重要因素”。

在隔间内的进一步证据显示,连接“C”相到面板底部的螺栓是向后安装的。这些向后的螺栓是高能电流从金属柜上闪过或形成弧线的地方。

这看起来很奇怪,安装阻燃材料是为了减少一次火灾危及两个电气安全系统的可能性,却引发了一场危及两个电气安全系统的火灾。

前兆事件(和LEAF)

2017年2月2日,工人在新电气机房拆除和更换保温材料后进行清洁工作时,三个电气断路器意外断开。

2017年2月8日,当工人们正在切割和安装热滞装置时,在新的电气设备室内“发生了一声巨响和可能的闪光”。两个电气断路器意外地打开了。所涉及的设备使用了480伏或更少,使此事件成为低能电弧故障(LEAF)事件。

美国核管理委员会的制裁

美国核管理委员会派遣了一个特别检查小组调查这次HEAF事件的原因和纠正措施。核管理委员会小组确定了以下明显的违规行为该机构正在处理的监管要求,以确定任何适用制裁的相关严重程度:

  • 在HEAF事件发生后,未能在该地区建立适当的火灾探测能力。
  • 未能妥善管理风险,允许HHSI泵4A和4B从服务中移除,然后允许在安装总线3A的房间内工作。
  • 未能在安装3A总线的房间内实施有效的异物排除措施,导致导电颗粒进入通电的隔间。
  • 安装在3AA06隔间内的设备未能提供足够的设计控制,不符合供应商的图纸或工程计算。

UCS的角度来看

这一事件说明了从火灾中吸取的教训和未吸取的教训布朗斯渡口核电站发生在42年前的阿拉巴马州。我们得到的教训是,一场火灾就可能使主要安全系统及其备份系统瘫痪。

美国核管理委员会在1980年通过了旨在降低一场火灾造成如此大破坏的可能性的规定。美国核管理委员会在20世纪90年代末发现,美国大部分的核反应堆,包括布朗斯费里的反应堆,都没有遵守这些消防规定。NRC在2004年修订了其规定,为工厂所有者提供了一种管理火灾风险的替代方法。2017年3月,工人们在土耳其角安装消防设备,试图遵守2004年的规定,因为工厂从未遵守1980年的规定。

未学到的教训包括在小失误后采取措施防止更大的失误发生时的彻底失败。布朗斯渡口的火灾是由一名工人点燃蜡烛检查密封墙壁周围是否有空气泄漏引起的。蜡烛的火焰点燃了高度易燃的密封材料。大火最终损坏了1号机组所有应急核心冷却系统的电缆,以及2号机组的大部分系统。在布朗斯费里和其他核电站,人们经常使用蜡烛检查空气泄漏情况。曾经有过小火,但总是在造成很大损失之前被扑灭。因此,这种不安全且不健全的做法一直在继续,直到它几乎导致两个反应堆熔毁。那时,也只有在那时,核工业才改变了一种方法,不把明火贴在高度易燃的材料旁边,以观察空气流动是否会导致火焰闪烁。

土耳其角的工人正在电缆周围安装防火材料。他们在它的应用附近切割了一些材料。2017年2月,有两次小碎片导致断路器意外跳闸。但他们继续这种不安全、不健全的做法,直到在接下来的一个月引发了火灾和爆炸,导致一名工人受伤,并有可能使反应堆陷入停电事件。然后,也只有在那时,工厂老板才找到了更好的方法来切割和安装材料。这一定是核历史上最简单的搜索之一。

NRC -在这个HEAF曲线球的前面

美国核管理委员会及其国际监管同行近年来一直关注HEAF事件。在过去的两届年度监管信息会议(RICs)中,NRC进行了涵盖HEAF的消防研究会议。例如,2016年里克包括来自日本而且美国关于HEAF的监管机构。这些演示包括在实验室条件下进行的HEAF事件的视频。的2017年里克包括关于HEAF的介绍德国而且美国监管机构。具有讽刺意味的是,土耳其角的HEAF事件发生在2017年RIC会议的几天后。

在制定法规和设计和建造工厂时,没有充分认识到HEAF事件。国际合作研究工作正在以比任何国家单独完成的更快的速度确定HEAF事件。这项研究正在确定影响HEAF事件发生机会和后果的因素。例如,研究表明,铝的存在,如在装有通电电缆的电缆桥架中,可以在HEAF事件中被点燃,大大增加了事件的强度和持续时间。

由于HEAF研究定义了风险因素,NRC一直在与核工业代表合作,以更好地了解这些因素在美国反应堆舰队中可能发挥的作用。例如,NRC最近获得了一份铝用量清单周围有高压电器设备。

在决定是否需要采取额外措施来管理风险之前,NRC需要尽可能全面地了解HEAF因素。NRC还在收集有关潜在HEAF漏洞的信息。总的来说,这些努力将使核管理委员会能够识别HEAF事件造成的任何核安全问题,并实施一项分类计划,尽早解决最大的漏洞。