福岛核事故应对对策与经验总结(植田 汉语全文)

地震* 火灾 海啸 进水 火山 ・・・
另外，停堆时PSA、PSA的参数标准已经建立
已经建立起事故防止标准 (*级别1的前 提下）
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地震后主要变化：福岛第一核电站 (2)
• （１，２号机组）１５時４２分、失去所有的交流电源。 根据日本原子力灾害特别措施法第10条第１规定， 经判断发生特别故障。
• （１，２号机组）１６時３６分开始、无法确认应急堆芯 冷却装置（ECCS）的流水量。
女女川川島第一(11～～4)4福福号島島第第一一(55,,66)号
福二島第二 二
島第 福
東海東第海第二
10
核电站防震设计审查方针
（摘选）
2006年9月19日 日本原子力安全委員会
• 对地震对核电设施的 影响有明确介绍
• 防震预测有改进的余 地
• 没有充分考虑到海啸 的影响
对“残余风险”要正面面对
在方针中予以明确
冷却功能丧失
外部电源由于地震导致丧失 汽轮机厂房内应急内燃发电机进水导致无法运转
交流电全部丧失
泵、 计量仪器、
开关等停 止运作
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电源失效的教训
a. 没有进行彻底的安全检查 b. 电源丧失长期化，没有阻止事态进一步蔓延 c. 无法掌握反应堆内的状况
建议（短期） (1) 确保电源车、小型发电机等多种电源 (2) 设定交流电源完全失去场面，确保重要机器及堆芯监视系统的电力供 给。 (3) 设置多台发电机的情况下，事先链接电线。
DG） – 缺少燃料（管道破裂，储存罐损毁等）
• 应急高压主线：２系统
– 机械损伤 – 海水灌水导致短路
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冗长性（多重性）与多样性
冗长性（多重性） （redundancy）
多样性 （diversity）
同样的装置设置数台
及时1台损坏或者操作失误， 也可以保证系统正常运行 电源具有2套系统 泵具有2套系统 并列或前后设置
动 • 在此之后，随着反应堆压力的变化采取手动控制。 • １５時３７分、海啸袭来，失去全部的交流电源（6号机组的DG１除外）
问题：应急为何没有正常启动。
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应急交流电源断电的原因
• 应急内燃机发电系统（DG）：２系统
– 机械损伤 – 海水灌水导致短路 – 冷去系统无法正常工作（冷却系统泵的动力来源是
H2：氢气 R：放射性物质
氢气 结合器
R
安全壳
压力容器 H2
R 燃料棒
消防車
R
H2 R
H2
海
水
反应堆厂房
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核电意外事故控制的教训
a. 没有充分考虑所有电源丧失的情况、没有大面积的防止事故恶化。 b. 堆芯损伤及放射性物质外泄以后，也没有彻底讨论事故控制的方法。
建议（短期） (1) 作为可造作的事故控制对策，配备可以使用数日的备用电源。为保证 空气阀门的正常使用，常备氮素容器。 i) 重新配置堆芯重要数据测量仪器及排气塔放射物质监视器测量仪器 的电源。 ii)配置氢气结合器及应急气体处理电源系统。
– 造成堆芯注水失败，减压失败 – 计量及控制系统功能丧失
• 外部电源丧失后交流电源也随之丧失 • LOCA • 无法向堆芯注水 • 厂房损坏
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福岛第一核电站的海啸
http://www.meti.go.jp/press/2011/04/20110413006/20110413006.pdf
海水泵因进水导致失效
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
東通 1号機 2号機 3号機 １号機 ２号機 ３号機 ４号機 ５号機 ６号機 １号機 ２号機 ３号機 ４号機 東海第二
（方向不明） 女川
福島第一
福島第二
（注：记录到中途，并不是完整记录）
据估计，重要仪器没有受到损害。今后将逐一
详细评估。
4
轻水反应堆设施内安全性能的重要度比较图
装备同一性能却不同作业原 理的机器设备
防止由于一种原因导致所有 设备失灵
2种类吸收中子的方案。 1.控制棒（固体） 2.硼酸水（液体）
8
多重性与共通原因故障
航空机的例 （液压控制系统）
机身断面
客舱
客舱
货舱
货舱
DC-10 客舱与货舱的分界 线处的地板断裂。 将导致全系统失灵
B-747
即使客舱与货舱的
• 今后，仔细分析包括海啸在内的意外事故原因，将教训 与经验反映到现有轻水堆和新堆型的设计中。
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建议（中期） (2) 重新审视导致全电源丧失的原因，设置必要的设备。吸取教训，应用 到今后的事故控制中去。 (3) 同一设施内有几台核电站同时运行时的事故应急处理机制。
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氢气爆炸的教训
a. 氢气爆炸导致厂房损坏 b. 没有考虑到安全壳以外的爆炸。 c. 安全壳外的氢气泄漏路径不明确
建议（短期） (1) 安全壳内测量仪器及氢气结合器等配置备用电源。对各种测量仪器进 行远距离监测。 (2) 加强管道的泄漏检查。
建议（中期） (4) 修改安全审查指针 (5) 配置蒸汽轮机发电机等多种发电机。另外还要考虑到防震地面的建设。 (6) 不仅依靠海水冷却，还要准备空气冷却式发电机。 (7) 配置备用配电盘。 (8) 与其他发电站（例如水力发电）实现电源共享 (9) 在蒸气汽轮机驱动堆芯注水泵上配置小型发电机，对控制用的电池进 行充电。
汽轮机泵
控制棒
电气
＜计量＞
温度、圧力、水位等
热ຫໍສະໝຸດ Baidu换器
海 水
泵
泵
大容量
电气
＜动力＞
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福岛第一核电站 1号机、BWR/3 、ECCS（应急堆芯冷却系统）
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应急冷凝器（IC）：１号机
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福岛第一核电站 2-5号机、BWR/4 、ECCS（应急堆芯冷却系统）
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堆芯损伤的主要进程
• 反应堆停止失败 • 余热去除功能丧失（包括散热器功能丧失） • 外部电源丧失后直流电源也丧失
2
地震中心与核电站示意图
GoGogoloegmleamp ap
M9.0 3/11 14:46
東通
1,100MW, 2005
女川 １号機 524MW, 1984 ２号機 825MW, 1995 ３号機 825MW, 2002
福島 １号機 460MW, 1971 第一 ２号機 784MW, 1974
３号機 784MW, 1976 ４号機 784MW, 1978 ５号機 784MW, 1978 ６号機 1,100MW, 1979
（中略）
比如：
http://www.nsc.go.jp/shinsashishin/pdf/1/si004.pdf
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海啸的教训和今后采取的对策
a. 防震设计中没有充分考虑到海啸的规模 b. 没有采取措施，应对海水侵蚀导致安全设备的失灵，从而扩大
的事故的规模。 建议（短期）
(1) 为防止安全方面重要机器的损伤，应在配置主要仪器的建筑物周围加 固防止进水措施。
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冷却系统全部丧失的教训
a. 海水冷却对于海啸来说是脆弱的 b. 只要有电源，导致堆芯损伤之前是有一定的时间间隔的
建议（短期） (1) 利用消防车对冷却系统进行注水训练及配置相关硬件设施。
建议（中期） (2) 将海水泵发动机等备用物品放到海啸影响较小的地方。 (3) 对海水泵进行防水设施配置（例如防水墙和专用厂房的设置）。 (4) 准备出海水冷却以外的冷却系统。例如放置可以余热清除的空气冷却 机。 (5) 考虑无需动力的自然循环。 (6) 水源的多样化（河川，水库和防火水等）。必要的情况下，实现多重送 电方式。
内燃发动机断路 器 蓄电池及充电器
海水余热去除 立形ポンプ 泵
反应堆冷却水 电动机 泵
安全元器件 （配电盘 ）
控制盘 电源盘
常用元器件 （配电盘 ）
控制盘 电源盘
过流继电器
继电器
直流蓄电池 蓄电池
安全重要度 级别
1级
1级
抗震重要度
As As
1级
As
1级
As
3级
B
1级
As
3级
C
1级
As
1级
As
5
地震后主要变化：福岛第一核电站(1)
设备区分(1)
設備区分(2)
机器名称
机器种类
应急发电装置 应急内燃发电机 内燃发动机 应急内燃发电机
增压机 supercharger
冷却水设备
应急内燃发电机 应急内燃发电机
反应堆冷却系 统 电气设备
其他设备
余热除去系统 （海水） 反应堆冷却辅助 系统 核电站主线输电 断路器 ，启动主 线输电断路器 ， 负载用断路器，
为什么会丧失冷却功能呢？
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（抜粋）
轻水反应堆核电站安全设计指南
2001年3月29日 日本原子力安全委员会
30分钟内汽轮驱动 进行冷却
http://www.nsc.go.jp/shinsashishin/pdf/1/si002.pdf 15
冷却系统与辅助系统
＜控制＞
电气
安全壳
开关
压力容器 燃料棒
中期） （(中1)期根） 据此次教训与经验，导入海啸风险评估手法，将海啸影响进行标准
化规范统一。 (2) 在电站周围建立防潮堤 (3) 建筑物内部的防水性能要加大。电线等主要部件要建立防水路线。 (4) 充分考虑到海啸将设备及建筑物整体冲走的风险。并考虑对厂房的冲
击。 (5) 重新设置排水泵 (6) 将各类机器的备用品，放置于海啸影响不到的位置。
• ２０１１年３月１１日１４時４６分、发生地震 • 运行中的１～３号机组由于地震加速度自动停止运转 • 核电站基地外的输电塔因为倒塌，使核电站失去了外部电源。 • 应急DG自动启动 • 主蒸汽隔离阀（MSIV）自动关闭 • １号机组IC（应急冷凝器）自动启动、２、３号机组RCIC（堆芯隔离冷却系统 ）手动启
日本原子力学会风险评估委员会已经正式成立海啸PSA分科会（5月6 日）
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补充：完整的系统标准化研究
评估范围 事故进展
事故原因分析
事故原因
内部原因
外部原因
原子炉 安全壳 公众危害
级别1 堆芯损伤
级别２ 放射性物质释放
级别3 环境影响
外部电源丧失 冷却材料丧失 冷却材料泄漏 功率异常 冷却材料减少 ・・・
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为何要增加加固管道
加固管道 蒸汽
安全壳
蒸気 燃料棒
压力容器
冷凝
放入水，可以冷却燃料。 将蒸汽（热）带入外部。
余热的发热量并不是
很大。
水
（1天后0.5%左右）
消防車
防止圧力容器和 安全壳的压力过高破损。
水
可以通过参照压力和水位 及其他参数，控制开关。
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氢气爆炸的情况
对环境 R
氢气爆炸
R
H2
电×气
福岛核事故应对对策与经验总 结—技术篇
２０１１年６月２７日 财团法人电力中央研究所
植田 伸幸
演讲概要
• 从技术角度分析福岛核电事故的教训。 • 从教训中探讨下一步发展的提案。 • 按照详细的逻辑推理与意外事故详细的解析方
法的话，报告将会变得太长。以基本原理和基本 知识为基础，对此次事故做技术分析。
分界线处的地板断 裂 、顶部的1系统还 可以正常运行
→压力机舱破损，则 导致全系统失灵
共通原因故障
Common cause failure
由于共通的原因导致多重 系统同时失灵
采用工作原理相异的系统加以 组合。
多样性
9
各地海啸高度
（1号南边)
16
14
想定
敷地高
12
10
8
6
海啸高度
4
2
0
東（2東通.6m通以下）
建议（中期） (3) 重新评估安全壳内氢气爆炸原理 (4) 防止氢气从安全壳内泄漏。考虑设置静止催化再结合器等。
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结束语
• 福岛第一核电站的事故并没有否定一直以来的“多重措 施”，“深层防护”等核电站安全的基本概念。
• 但是，完全超出现阶段安全设计标准的风险控制或者 说是安全隐患等问题却因为海啸的原因凸显出来。
福島 １号機 1,100MW, 1982 第二 ２号機 1,100MW, 1984
３号機 1,100MW, 1985 ４号機 1,100MW, 1987
東海第二 1,100MW, 1978
3
3
地震观测记录与基准地震动（Ss）的比 较示意图の比
观测记录：基础地面上的最大加速度
1.4
1.2
南北
1.0
東西 上下