2023-08-23辽宁省大连市普兰店区发生4.6级地震，震中(39.42°N，122.2°E)距离红沿河核电厂厂区74 km，厂区有明显震感。地震发生后，核电厂3、4号机组及5、6号机组的地震仪表系统没有被触发启动记录，只有1、2号机组布设的地震仪表系统完整记录到地震的加速度时程数据，包含从地震开始到结束的整个过程。此次地震记录是我国核电厂首次记录到的中强震数据，具有重大的科研参考价值。本文分析了记录数据的完整性及合理性，并根据数据分析结果对核电厂配套地震仪表系统设计参数及安装方式等提出改进建议，以确保核电厂的地震防御安全。

1 地震仪表系统结构

根据核电厂地震规范要求，红沿河核电厂安装了3套地震仪表系统，用于对核电厂区的地震信息进行实时监测。当监测到破坏性地震事件时，向核电厂主控室发送实时地震报警信号，为核电厂提供纵深安全防御。3套系统的电气机柜分别安装在1、2号机组、3、4号机组及5、6机组的辅助厂房设备间(每2个机组共用一套地震仪表系统)，3套系统在设备组成和监测点的布设方位上完全相同：系统主要由电气机柜和7台三轴向加速度传感器组成，电气机柜内安装了7台地震记录仪，7台加速度传感器分别布设在厂区自由场(001MZ)、反应堆厂房安全壳标高－3.5 m(002MZ)、4.65 m(007MZ)与20 m(003MZ)处及辅助厂房标高－3.45 m(004MZ)和0 m(008MZ)处，图 1为1、2号机组地震仪表系统各监测点的加速度传感器布设位置示意图^[1-2]。

这7台加速度传感器与电气机柜内部的7台地震记录仪一一对应，二者通过仪表电缆相连。其中，与002MZ和004MZ加速度传感器连接的2台地震记录仪被设置为地震触发器(触发阈值设置为10 Gal)^[3]，当这2台加速度传感器三轴向中任一轴向的加速度峰值超过地震报警触发阈值时，对应的2台地震记录仪自动通过网络接口发送触发信号，启动7台地震记录仪同步记录地震触发前10 s和触发条件失效后30 s地震数据，即核电厂地震仪表系统采用的是触发记录模式，与强震仪数据记录方式相同^[4-5]。系统电气结构如图 2所示。

2 地震数据合理性分析

现阶段，我国民用核电厂均布设在东南沿海一带，选址前均进行了严格的地质调查。从秦山核电站开始运营至本次普兰店地震发生前，我国所有核电厂安装的地震监测设备均未记录到地震数据。地震发生后，红沿河核电厂3套地震仪表系统中仅有1套系统被触发，并记录到地震数据，另外2套系统未被触发，且核电厂厂区周边较近范围内也没有设置地震台站，无法提供参照数据进行对比。

对于红沿河核电厂3套地震仪表系统，其设计参数均满足强震监测规范要求，系统均按照生产工艺进行了严格的安装调试，并正常运行多年，期间也均依照维修保养流程进行了功能性测试与校验，对加速度传感器及地震记录仪的性能进行了周期性测试校验，设备各项指标均符合技术规范要求。可确认，核电厂3套地震仪表系统在硬件和软件功能上满足地震监测与记录要求。

2.1 地震数据完整性分析

地震结束后，通过专用软件对1、2号机组地震记录仪记录的地震数据进行数据回放，7个监测点的数据波形见图 3。结果显示，7台地震记录仪同步记录了地震触发前10 s及触发条件失效后30 s的连续时程数据，包含从地震开始到结束的整个过程，无数据丢失现象，也无异常数据突跳点，数据采集与存储完整。每台加速度传感器地震前与地震后的本底噪声相同，噪声峰值约为1~3 Gal，远小于地震触发报警阈值，与核电厂安装点的噪声环境要求相符^[6]。

地震仪表系统软件显示，触发地震事件记录的地震触发器对应监测点传感器为004MZ，该监测点Y轴向加速度峰值为13.1 Gal，超过了地震事件设定的触发阈值(10 Gal)，满足地震事件记录触发条件；而另一监测点(002MZ)仅Y轴向加速度峰值超过触发阈值，2台传感器加速度峰值均超过设定阈值，地震触发记录合理有效。考虑到系统安装环境的差异性，3、4号机组及5、6号机组2套地震仪表系统未触发记录存在较大的合理性。

2.2 地震动加速度峰值衰减对比分析

红沿河核电厂每套地震仪表系统仅设置了单个自由场监测点，厂区周围无其他地震台站记录数据进行对比，因此有必要对自由场数据的合理性进行进一步分析。对于强震数据缺乏的地区，可依据震中区地震加速度记录数据的峰值和震级，选用对应的地震衰减关系经验公式，换算出该地区的地震加速度峰值^[7-9]。本文选用文献[9]中经验公式对普兰店地震到达红沿河核电厂的加速度峰值进行计算分析：

$ \begin{gathered} \log _{10}\left(a_E\right)=c_1+c_2 \cdot M+c_3 \cdot M^2+ \\ c_4 \cdot \log _{10}\left(R+c_5 \cdot \mathrm{e}^{c_6} \cdot M\right) \end{gathered} $

(1)

式中，c₁~c₆为回归系数，由具体地质结构确定；R为震中距，单位km；M为震级。参照辽宁省地震局提供的普兰店地震信息可知，震级为4.6，震中距离红沿河核电厂74 km。鉴于红沿河核电厂核反应堆等建筑物均建立在基岩上，属于Ⅰ类场址，参考文献[9]依照表 1选取c₁~c₆参数值，代入式(1)可得：水平向加速度峰值为8.10 Gal，垂直向加速度峰值为3.45 Gal。与实地现场自由场数据对比可知，经衰减换算经验公式计算得到的加速度峰值与系统记录到的数值符合度较高，可确认地震仪表系统记录到的加速度数据合理有效。

3 数据分析 3.1 放大效应分析说明

表 2为各监测点加速度峰值信息，表中X轴为平行于反应堆主轴方向，Y轴为垂直于反应堆主轴方向。由表可知，标高越高，加速度峰值越大。其中，安装在0 m标高附近的6台加速度传感器地震响应峰值数据接近，而核反应堆厂房20 m标高处监测点，无论是水平向还是垂直向的加速度峰值数据均较大，说明该监测点对地震加速度的放大效应明显，标高与放大效应的变化规律符合逻辑关系。放大系数为建筑物上布设的监测点加速度峰值与自由场监测点加速度峰值之比^[10]。依照该定义可知，各监测点的放大系数如表 2所示，数据显示，核电厂建筑物对地震加速度响应具有放大效应。对于标高在0 m以下的监测点，其放大系数多数小于1，为负放大系数；对于0 m以上监测点，其放大系数均大于1，为正放大系数，这一结论符合建筑物对地震的放大效应特征。

由于核电厂建筑物的放大效应与标高为正相关，对于安装在安全壳基础上作为地震触发器的2台加速度传感器，其标高最低，地震放大效应最小，地震事件触发几率也最小。鉴于本次地震实际记录到的数据与地震触发阈值十分接近，同时考虑到3、4号机组与5、6号机组地震仪表系统安装环境的区别及监测点放大效应的差异化，极有可能导致系统记录到的加速度峰值小于触发阈值，这2套系统没有被触发启动记录存在一定的合理性。由于放大效应的影响，将低标高的监测点设置为地震触发器，会导致小震级地震被漏记的概率增加。后续系统改造升级时应考虑改进记录方式，增设高标高监测点作为地震触发器，或增加24 h连续记录功能，保证数据记录的可靠性。

3.2 傅里叶谱分析

对地震数据进行傅里叶谱分析，结果如图 4所示。自由场监测点傅里叶谱(图 4(a))分析结果表明，本次记录到的地震波频率主要集中在1~10 Hz频段，10~20 Hz以上频段迅速衰减，即本次地震的加速度信号频率主要集中在1~10 Hz频段范围内；安装在厂房内的6个监测点傅里叶谱(图 4(b)~4(g))分析结果表明，本次记录到的地震波频率主要集中在10~20 Hz，10~20 Hz频段高频信号区域衰减较慢。对比自由场数据同频段数据可知，10~20 Hz频段内核电厂建筑物有共振现象，即本次地震信号的能量主要集中在1~10 Hz频段范围内，但与核电厂建筑物存在共振效应，需考虑地震信号10~20 Hz频段高频信号的破坏性影响；另外，7个监测点均存在50 Hz频率突跳现象，应为工频干扰所致^[11-12]。

3.3 加速度反应谱分析

对地震数据进行反应谱计算分析，阻尼比选取5%，反应谱如图 5所示，各监测点的卓越频率点见表 3。各监测点反应谱对比结果表明，反应谱峰值主要集中在1~20 Hz范围内，20 Hz以上迅速衰减，与傅里叶谱分析结论一致；50 Hz频率点处无峰值突跳出现，表明系统已对工频噪声的影响进行了抑制；2个标高－3.5 m及1个标高-3.45 m的监测点水平方向的卓越频率相同，表明数据采样的一致性较好^[13-14]。对各监测点的卓越频率峰值进行对比可以看出，监测点的标高越高，其反应谱峰值越大，即核电厂建筑物对地震波具有明显的放大效应，且与标高正相关。

对比安装在厂房内的监测点反应谱可知，002MZ、004MZ、006MZ及008MZ的卓越频率点在10~20 Hz范围内，该频段反应谱值并不比1~10 Hz频段反应谱值小，表明本次地震的地震波在10~20 Hz频率范围内依旧具有较大的破坏性。这一结论与NB/T 20076-2012地震仪表准则^[15]中规定的地震触发器的地震滤波范围(1~10 Hz)并不相符。依照设计方案，地震仪表系统对地震安全停堆保护报警(SSE)的判别依旧沿用1~10 Hz的滤波通带范围，这会导致10~20 Hz范围内的地震加速度采样信号被衰减，使破坏性地震的漏报率增加。后续在地震仪表系统改造过程中，应考虑适度展宽地震触发器的滤波通带范围。

4 结语

对红沿河核电厂地震仪表系统记录到的地震数据进行分析，结果显示，记录的地震数据完整、合理，首次直接证明红沿河核电厂地震仪表系统具备中强震监测能力。记录数据显示，核电厂厂房对地震加速度信号具有放大效应，放大系数与标高正相关。地震加速度对核电厂的破坏性信号卓越频率主要集中在10~20 Hz范围内，表明10~20 Hz以内的地震加速度信号对核电厂建筑物同样具备破坏性，这一结论与相关规范给出的地震数据采集滤波通带范围不符，有可能导致地震仪表系统对地震停堆识别的漏报。建议后期在对地震仪表系统进行改造的过程中，将高标高的监测点设定为地震触发器，或添加系统24 h数据记录功能，增强系统地震数据记录能力；同时，对地震触发阈值判别的滤波通带范围进行适度展宽，降低地震报警判别的漏报率。