【摘 要】為提高秦山核電廠320MWe機(jī)組的負(fù)荷因子，優(yōu)化換料后首次啟動(dòng)反應(yīng)堆物理試驗(yàn)流程，開展了關(guān)于縮短75%功率平臺(tái)功率分布試驗(yàn)前穩(wěn)定時(shí)間的研究。本次研究首先開展了調(diào)研及設(shè)計(jì)交流，在此基礎(chǔ)上制定出總體優(yōu)化方案。再根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，利用設(shè)計(jì)院堆芯計(jì)算程序進(jìn)行了前期理論分析，模擬計(jì)算反應(yīng)堆在換料后首次啟動(dòng)提升功率至75%功率平臺(tái)后，穩(wěn)定不同時(shí)間下的各項(xiàng)功率分布特性參數(shù)，為后續(xù)研究提供理論依據(jù)。分析結(jié)果表明穩(wěn)定時(shí)間對(duì)相關(guān)堆芯功率分布特性參數(shù)的影響逐漸減小，縮短穩(wěn)定時(shí)間在理論上是可行的。在理論分析的基礎(chǔ)上，機(jī)組第十四次換料后首次啟動(dòng)75%功率平臺(tái)開展了一系列功率分布驗(yàn)證試驗(yàn)。最終，試驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)規(guī)格書驗(yàn)收準(zhǔn)則要求，符合理論分析結(jié)果，且與常規(guī)功率分布試驗(yàn)結(jié)果的偏差在可接受范圍內(nèi)。因此，縮短320MWe機(jī)組75%功率平臺(tái)功率分布試驗(yàn)前穩(wěn)定時(shí)間是完全合理可行的。

【關(guān)鍵詞】縮短；穩(wěn)定時(shí)間；功率分布；理論分析；驗(yàn)證試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0007-004

【Abstract】Research about Shortening The Stable Time Before Power Distribution Of Qinshan nuclear power plant 320MWe Unit On The 75% Power Platform is carried out to improve the load factor and optimize the physics tests of first start-up after refueling. First step of the research is working out an optimum proposal which is based on investigation and communication. Then according to the practical situation of the unit， preliminary theoretical analysis is carried on by the core calculation programme to calculate the characteristic parameters of power distribution with different stable time after the power level is promoted to 75% for the first time after refueling. This job gives theoretical basis to the post-study. The analytical result shows that it is feasible in theory that to shorten the stable time， for its influence on the characteristic parameters decreasing gradually. On the base above， series of power distribution verification tests were carried out on 75% power platform during the first start-up after 14th refueling outage. The test results are in accord with the requirements of the acceptance criteria and The theory analysis conclusion. Furthermore， the deviation between verification tests and routine test is acceptable. In conclusion， it is totally reasonably feasible to shorten the stable time before power distribution on 75% power platform.

【Key words】Shorten； Stable time； Power distribution； Theoretical analysis； Verification test

1 研究背景

1.1 反應(yīng)堆物理理論要求

根據(jù)反應(yīng)堆物理理論，反應(yīng)堆升功率至目標(biāo)功率平臺(tái)后，反應(yīng)堆堆芯達(dá)到氙毒反應(yīng)性平衡的時(shí)間至少需要48小時(shí)?；谶@一理論，核電廠無(wú)論是調(diào)試首次啟動(dòng)階段的升功率物理試驗(yàn)，還是堆芯換料后首次啟動(dòng)的升功率物理試驗(yàn)都有試驗(yàn)前堆芯穩(wěn)定48小時(shí)的要求。

1.2 秦山核電廠320MWe機(jī)組實(shí)際情況

對(duì)于秦山核電廠320MWe機(jī)組，根據(jù)《秦山核電廠最終安全分析報(bào)告》第十六章技術(shù)規(guī)格書的要求，堆芯換料后首次啟動(dòng)時(shí)，需要在75%功率平臺(tái)進(jìn)行堆芯功率分布試驗(yàn)。該試驗(yàn)用于驗(yàn)證反應(yīng)堆是否符合技術(shù)規(guī)格書中的運(yùn)行限制要求及其他一些驗(yàn)收準(zhǔn)則，主要包括：

（1）組件相對(duì)功率測(cè)量值與理論值偏差；

（2）熱流密度熱管因子F■■；

（3）核焓升熱管因子F■■；

（4）象限功率傾斜比（QPTR）。

320MWe機(jī)組的堆芯功率分布測(cè)量采用理論預(yù)測(cè)與實(shí)際測(cè)量結(jié)合的方法，即由理論計(jì)算給出堆芯在預(yù)定條件下的功率分布與裂變反應(yīng)率分布的預(yù)測(cè)情況，堆芯測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量相應(yīng)條件下的裂變反應(yīng)率分布，然后由專用數(shù)據(jù)處理程序還原為實(shí)測(cè)的堆芯三維功率分布。對(duì)于這種離線功率分布測(cè)量技術(shù)，功率分布與裂變反應(yīng)率分布的預(yù)測(cè)值由功率分布測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)先給出。該數(shù)據(jù)庫(kù)一般針對(duì)堆芯穩(wěn)定工況進(jìn)行計(jì)算，如果實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，堆芯條件與此穩(wěn)定工況存在差異，則會(huì)引入額外的堆芯功率分布測(cè)量偏差。為了降低這種偏差，傳統(tǒng)上采取在功率分布測(cè)量試驗(yàn)前堆芯穩(wěn)定一定時(shí)間的辦法，這個(gè)穩(wěn)定時(shí)間一般取48小時(shí)。

綜上所述，結(jié)合反應(yīng)堆物理理論要求以及320MWe機(jī)組實(shí)際情況，機(jī)組在每次堆芯換料后首次啟動(dòng)升功率階段在75%功率平臺(tái)上都需要為功率分布試驗(yàn)穩(wěn)定48小時(shí)。而正常情況下，在這48小時(shí)內(nèi)其他試驗(yàn)或操作工作早已完成，功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間成為當(dāng)時(shí)的主線。因此，如果能夠縮短功率分布試驗(yàn)前的穩(wěn)定時(shí)間就代表著可以提早提升機(jī)組功率，提高機(jī)組的負(fù)荷因子。

2 理論分析

為了分析縮短穩(wěn)定時(shí)間對(duì)功率分布測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果可能帶來(lái)的影響，特委托上海核工程研究設(shè)計(jì)院利用堆芯計(jì)算程序，針對(duì)功率分布測(cè)量特性參數(shù)（組件功率分布、F■■、F■■等）和反應(yīng)堆運(yùn)行要求進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，為是否繼續(xù)開展這些研究提供決策基礎(chǔ)，也為電廠后續(xù)驗(yàn)證試驗(yàn)提供理論依據(jù)。

由于穩(wěn)定期間的堆芯條件變化與功率提升（從零功率提升到75%功率平臺(tái)）過(guò)程緊密相關(guān)，因此為理論計(jì)算分析提供相對(duì)準(zhǔn)確的機(jī)組功率提升速率就顯得十分重要。

320MWe機(jī)組運(yùn)行規(guī)程要求“反應(yīng)堆換料后的首次提升反應(yīng)堆功率，其功率上升率不超過(guò)3%FP/h”。而根據(jù)機(jī)組以往燃料循環(huán)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，2%FP/h作為理論計(jì)算分析的輸入條件比較接近電廠實(shí)際情況。因此，本文采用2%FP/h的功率提升速率作為計(jì)算分析的前提條件。

表1 功率提升速率統(tǒng)計(jì)

2.1 功率分布特性參數(shù)計(jì)算分析

表2給出了反應(yīng)堆提升至75%功率平臺(tái)，穩(wěn)定一定時(shí)間后與穩(wěn)定條件下功率分布特性參數(shù)的偏差，各參數(shù)的定義分別為：

組件功率分布標(biāo)準(zhǔn)差：■，組件F■■和F■■分布標(biāo)準(zhǔn)差與組件功率分布標(biāo)準(zhǔn)差定義類似，該標(biāo)準(zhǔn)差可用于反映相應(yīng)參數(shù)偏差的堆芯統(tǒng)計(jì)平均值。

從圖1顯示的堆芯功率分布特性參數(shù)數(shù)據(jù)變化來(lái)看，堆芯功率分布特性參數(shù)與穩(wěn)定48小時(shí)后的參數(shù)值已經(jīng)非常接近，偏差在0.5%以內(nèi)，并隨穩(wěn)定時(shí)間增加而進(jìn)一步降低。

2.2 堆芯運(yùn)行計(jì)算分析

在正常功率分布測(cè)量試驗(yàn)中，需要保持堆芯運(yùn)行條件的穩(wěn)定，包括冷卻劑平均溫度Tavg、T4控制棒棒位和冷卻劑可溶硼濃度等反應(yīng)性變化相關(guān)參數(shù)的穩(wěn)定，以避免引起堆芯中子注量率分布波動(dòng)。但對(duì)堆芯氙毒還未平衡時(shí)的功率分布試驗(yàn)而言，必須要在試驗(yàn)過(guò)程中引入反應(yīng)性來(lái)保持反應(yīng)堆功率穩(wěn)定?？紤]到對(duì)于功率分布試驗(yàn)，T4棒動(dòng)作比冷卻劑硼濃度變化帶來(lái)的影響更大，因此在試驗(yàn)過(guò)程中，如果需要引入反應(yīng)性來(lái)維持堆芯臨界或反應(yīng)堆功率水平，可考慮小幅硼稀釋/硼化操作。

表2 功率分布特性參數(shù)變化

圖1 功率分布特性參數(shù)理論偏差圖

表3給出了反應(yīng)堆提升至75%功率平臺(tái)后，維持功率穩(wěn)定，冷卻劑可溶硼濃度調(diào)節(jié)速率隨穩(wěn)定時(shí)間的變化。計(jì)算過(guò)程假定T4棒保持在240步，冷卻劑可溶硼濃度的變化補(bǔ)償了堆內(nèi)氙毒積累引起的反應(yīng)性變化。

2.3 理論計(jì)算分析結(jié)論

根據(jù)本章2.1和2.2節(jié)的計(jì)算分析結(jié)果，以2%FP/h功率提升速率提升至75%功率平臺(tái)以后，組件功率分布、F■■和F■■分布標(biāo)準(zhǔn)差（與穩(wěn)定48小時(shí)后的情況相比）在0.5%以內(nèi)，并隨穩(wěn)定時(shí)間的增加而進(jìn)一步減??；為了維持試驗(yàn)過(guò)程的堆芯條件穩(wěn)定，最初需要約-4.5ppm/h左右的硼稀釋速率來(lái)補(bǔ)償氙毒積累引起的反應(yīng)性變化，隨穩(wěn)定時(shí)間的增加，要求的硼稀釋速率會(huì)逐漸降低。

因此，只要在功率分布試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)硼稀釋來(lái)保持堆芯功率穩(wěn)定，縮短試驗(yàn)前的穩(wěn)定時(shí)間在理論上是可行的。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證以上關(guān)于縮短堆芯換料后首次啟動(dòng)75%功率平臺(tái)功率分布試驗(yàn)前穩(wěn)定時(shí)間的理論計(jì)算分析，同時(shí)為研究提供實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，2013年5月，在秦山核電廠320MWe機(jī)組第十四次換料后首次啟動(dòng)75%功率平臺(tái)開展了試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

表3 功率提升至75%功率平臺(tái)后穩(wěn)定過(guò)程中的硼濃度變化

驗(yàn)證試驗(yàn)選取在反應(yīng)堆提升至75%功率平臺(tái)穩(wěn)定1小時(shí)、4小時(shí)、8小時(shí)、16小時(shí)和24小時(shí)等5個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，通過(guò)全堆芯功率分布測(cè)量，獲得功率分布特性參數(shù)，包括組件功率分布、F■■、F■■和QPTR等。

3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證方案

根據(jù)理論計(jì)算分析，當(dāng)反應(yīng)堆功率提升至75%功率平臺(tái)后一直到穩(wěn)定48小時(shí)這段時(shí)間內(nèi)，氙毒反應(yīng)性還未達(dá)到平衡，基本處于積毒階段。因此，本次驗(yàn)證試驗(yàn)與正常穩(wěn)定工況下進(jìn)行功率分布試驗(yàn)最大區(qū)別就在于需要采用硼稀釋補(bǔ)償反應(yīng)性以保持堆芯功率穩(wěn)定。針對(duì)這一區(qū)別，編寫了《75%功率平臺(tái)功率分布測(cè)量方案》。方案除關(guān)于如何在驗(yàn)證試驗(yàn)中保持堆芯功率穩(wěn)定的操作外，其他相關(guān)操作，按已有的《功率分布試驗(yàn)》規(guī)程執(zhí)行。方案中與現(xiàn)有試驗(yàn)規(guī)程主要不同之處主要如下：

（1）反應(yīng)堆功率提升至75%功率平臺(tái)后，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到1（4、8、16、24）小時(shí)之前開始調(diào)整堆芯狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定；

（2）在75%功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到1（4、8、16、24）小時(shí)開始功率分布測(cè)量數(shù)據(jù)采集；

（3）數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，為了保持堆芯功率穩(wěn)定，操縱員需要參考理論計(jì)算分析中硼濃度調(diào)節(jié)速率，通過(guò)硼稀釋控制一回路平均溫度Tavg相對(duì)穩(wěn)定，盡量保持|Tavg-Tref|≤0.5℃。

（4）由于在測(cè)量數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，需要通過(guò)硼稀釋來(lái)保持堆芯功率穩(wěn)定，因此現(xiàn)有試驗(yàn)規(guī)程中的“穩(wěn)壓器內(nèi)硼濃度與一回路硼濃度相差在±20PPm之內(nèi)”不適用于驗(yàn)證試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理

秦山核電廠320MWe機(jī)組功率分布試驗(yàn)主要包括堆芯中子通量測(cè)量數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)離線處理兩部分。

堆芯中子通量測(cè)量數(shù)據(jù)采集由反應(yīng)堆堆芯中子通量測(cè)量和采集系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)主要由堆芯30個(gè)測(cè)量通道、3個(gè)可移動(dòng)微型裂變室探測(cè)器及其附屬機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機(jī)柜等部分組成。在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，驅(qū)動(dòng)探測(cè)器進(jìn)入中子測(cè)量通道，堆內(nèi)熱中子使微型裂變室內(nèi)材料發(fā)生裂變并輸出電信號(hào)，由采集系統(tǒng)將電流值記錄保存。

堆芯中子通量數(shù)據(jù)離線處理由INCORE-3D程序執(zhí)行。該程序可以將采集到的堆芯中子通量測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合功率與中子通量的理論計(jì)算數(shù)據(jù)，得到堆芯的三維功率分布，并計(jì)算組件相對(duì)功率測(cè)量值與理論值偏差、F■■、F■■和QPTR等堆芯功率分布特性參數(shù)。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

表4是此次驗(yàn)證試驗(yàn)和常規(guī)試驗(yàn)（穩(wěn)定48小時(shí)后功率分布試驗(yàn)）的試驗(yàn)結(jié)果匯總。表5為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果的比較情況，即各功率分布特性參數(shù)的偏差（由于功率分布試驗(yàn)只對(duì)各特性參數(shù)的最大值進(jìn)行驗(yàn)收，因此只計(jì)算特性參數(shù)最大值之間的偏差）。圖2為各特性參數(shù)偏差的直觀顯示。

根據(jù)表4，所有功率分布試驗(yàn)結(jié)果都符合驗(yàn)收準(zhǔn)則要求，且裕量很大。由圖2可以直觀地看出，實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算分析結(jié)果比較符合，大部分參數(shù)的偏差都比較小，并隨穩(wěn)定時(shí)間的增加而逐漸減小。特別是當(dāng)穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到16小時(shí)以后，所有功率分布特性參數(shù)與穩(wěn)定48小時(shí)后的偏差都小于0.5%。

4 研究結(jié)論

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，秦山核電廠320MWe機(jī)組在換料后首次啟動(dòng)提升功率至75%功率平臺(tái)的速率一般在2%FP/h左右，理論計(jì)算分析結(jié)果表明，以這一速率提升功率至75%功率平臺(tái)穩(wěn)定1小時(shí)后，各功率分布特性參數(shù)，包括組件功率分布、F和F等偏差就已在可接受范圍之內(nèi)，并隨穩(wěn)定時(shí)間的增加而進(jìn)一步減小。

在實(shí)際反應(yīng)堆驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程中，在反應(yīng)堆功率提升至75%功率平臺(tái)后穩(wěn)定時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，堆芯狀態(tài)較不穩(wěn)定，要保持堆芯功率穩(wěn)定，對(duì)操縱員的操作要求非常高。因此，雖然驗(yàn)證試驗(yàn)中穩(wěn)定1、4、8小時(shí)后獲得的功率分布特性參數(shù)能夠滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求，但還是取穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到16小時(shí)作為優(yōu)化目標(biāo)。此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)難度較小，測(cè)量結(jié)果的偏差也較小，且75%功率平臺(tái)其它工作都已完成。

綜合理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果，并從工程實(shí)踐及保守角度出發(fā)，將秦山核電廠320MWe機(jī)組75%功率平臺(tái)功率分布試驗(yàn)前穩(wěn)定時(shí)間從48小時(shí)縮短至16小時(shí)，即將機(jī)組提前32小時(shí)從75%功率提升至滿功率運(yùn)行是完全合理可行的。

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