尹浪　吳迪　申中祥　炊曉東　張藝　徐陽(yáng)

摘? ?要：壓水堆的延伸運(yùn)行模式，是指在核電廠燃料循環(huán)壽期末，一回路的硼濃度小于10ppm、功率控制棒全抽出位置時(shí)，通過降溫和降功率引入反應(yīng)性，來延長(zhǎng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間的一種反應(yīng)堆運(yùn)行模式。一方面，延伸運(yùn)行可以增加大修停機(jī)窗口安排的靈活性;另一方面，延伸運(yùn)行能提高燃料的使用效率，增加燃耗深度，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。在延伸運(yùn)行期間，反應(yīng)堆堆芯的物理狀態(tài)以及機(jī)組的運(yùn)行模式與正常運(yùn)行時(shí)存在較大差異，因此，主控室操縱人員在實(shí)施延伸運(yùn)行之前，必須針對(duì)延伸運(yùn)行開展系統(tǒng)的理論培訓(xùn)，了解延伸運(yùn)行的物理原理、堆芯特點(diǎn)、注意事項(xiàng)以及異常響應(yīng)等知識(shí)。本文對(duì)我國(guó)M310型核電廠的延伸運(yùn)行以上各方面進(jìn)行了全面、詳細(xì)的調(diào)查研究。

關(guān)鍵詞：M310? 壓水堆? 延伸運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TM61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（b）-0047-03

1? 引言

壓水堆的延伸運(yùn)行（Stretch-Out，簡(jiǎn)稱SO）模式，是指在核電廠燃料循環(huán)壽期末，一回路的硼濃度小于10ppm、功率控制棒全抽出位置時(shí)，通過降溫和降功率引入反應(yīng)性，來延長(zhǎng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間的一種反應(yīng)堆運(yùn)行模式。在延伸運(yùn)行工況下，反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)的控制手段已不能繼續(xù)維持反應(yīng)堆滿功率運(yùn)行。此時(shí)堆芯硼濃度小于10ppm，不能再使用調(diào)硼手段增加反應(yīng)性;控制棒基本在全抽出位置，不能通過提升控制棒維持滿功率運(yùn)行。由于燃耗末期慢化劑溫度系數(shù)極負(fù)（通常小于-60pcm/℃），通過降低一回路平均溫度能比較容易地獲得維持反應(yīng)堆運(yùn)行的正反應(yīng)性。此外，還可以通過降低反應(yīng)堆功率，利用功率虧損和平衡氙毒的效應(yīng)來釋放正反應(yīng)性，在一定程度延長(zhǎng)反應(yīng)堆的運(yùn)行時(shí)間。

對(duì)于壓水堆核電廠而言，實(shí)施延伸運(yùn)行有許多優(yōu)點(diǎn)。一方面，延伸運(yùn)行可以增加大修停機(jī)窗口安排的靈活性，即通過長(zhǎng)短周期交替及壽期末延伸運(yùn)行等方法避開18個(gè)月?lián)Q料后在每年的6～9月電網(wǎng)用電高峰期間停機(jī)大修;另一方面，延伸運(yùn)行能提高燃料的使用效率，增加燃耗深度，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。

在延伸運(yùn)行期間，反應(yīng)堆堆芯的物理狀態(tài)以及機(jī)組的運(yùn)行模式與正常運(yùn)行時(shí)存在較大差異。首先，在循環(huán)末期，受燃耗效應(yīng)的影響，堆芯軸向功率偏差（?I）偏正，在運(yùn)行梯形圖中裕度較小。其次，延伸運(yùn)行時(shí)堆芯反應(yīng)性調(diào)節(jié)手段很少，一旦堆芯功率意外波動(dòng)或發(fā)生氙振蕩，堆芯軸向功率偏差很難得到有效控制。最后，延伸運(yùn)行期間由于一回路平均溫度偏低，二回路蒸汽品質(zhì)也會(huì)下降，對(duì)二回路的蒸汽流量和循環(huán)效率均會(huì)產(chǎn)生影響?；谝陨喜町悾骺厥也倏v人員在實(shí)施延伸運(yùn)行之前，必須針對(duì)延伸運(yùn)行開展系統(tǒng)的理論培訓(xùn)，了解延伸運(yùn)行的物理原理、堆芯特點(diǎn)、注意事項(xiàng)以及異常響應(yīng)等知識(shí)。因此，非常有必要對(duì)M310型核電廠延伸運(yùn)行進(jìn)行專項(xiàng)研究，有利于操縱人員在延伸運(yùn)行期間確保核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2? 延伸運(yùn)行的目的

核電廠延伸運(yùn)行主要目的是為了合理地安排大修：

（1）通過長(zhǎng)短周期交替及壽期末延伸運(yùn)行等方法避開18個(gè)月?lián)Q料后在電網(wǎng)用電高峰期間停機(jī)大修。

（2）將多臺(tái)機(jī)組大修相互錯(cuò)開。

（3）延伸運(yùn)行還可以加深燃料燃耗，降低發(fā)電成本。

根據(jù)堆芯的特性，延長(zhǎng)循環(huán)壽期運(yùn)行總共有三種方式：長(zhǎng)期低功率運(yùn)行、滑功率運(yùn)行、延伸運(yùn)行。而這三種運(yùn)行方式在功率運(yùn)行變化趨勢(shì)、一回路平均溫度變化趨勢(shì)和一回路硼濃度變化趨勢(shì)等方面有著各自的特點(diǎn)。

三種運(yùn)行模式的差異見表1。

以陽(yáng)江核電廠延長(zhǎng)循環(huán)壽期4天為例，如果采用滑功率運(yùn)行，每天降功率15MW，則4天下降60MW電功率，若同一時(shí)間段內(nèi)采用延伸運(yùn)行的滿功率運(yùn)行，按照陽(yáng)江核電廠上網(wǎng)電價(jià)0.42元/度，則延伸運(yùn)行4d可多發(fā)約288萬(wàn)度電，可多產(chǎn)生121萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)效益。若滑功率運(yùn)行7天，則可多產(chǎn)生約370萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)效益。時(shí)間越長(zhǎng)，延伸運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)越明顯。

綜合，延伸運(yùn)行相比其他兩種，經(jīng)濟(jì)性更好。

3? 延伸運(yùn)行安全分析

3.1 核物理設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)

（1）軸向功率偏差ΔI。

在延伸運(yùn)行階段，堆芯功率再分布偏向頂部將會(huì)使得ΔI增加。而功率的重新分布則是由于正常運(yùn)行工況下燃耗增加造成的。在延伸運(yùn)行階段，由于冷卻劑在堆芯進(jìn)、出口處溫度差的減小，功率的重新分布效應(yīng)將會(huì)更加明顯。

（2）反應(yīng)性控制。

延伸運(yùn)行階段應(yīng)盡量避免使用硼，以防止因一回路水凈化處理問題而影響電廠運(yùn)行。反應(yīng)堆冷卻劑的硼濃度應(yīng)接近于0（5～10ppm）。

反應(yīng)堆運(yùn)行所需的額外的反應(yīng)性則通過降低冷卻劑溫度來獲?。ㄐ薷臏囟纫?guī)程，同時(shí)拓展溫度死區(qū)）。

（3）堆芯不穩(wěn)定性。

在延伸運(yùn)行階段，堆芯軸向功率的特殊分布可能會(huì)引起堆芯軸向功率分布震蕩，堆芯也會(huì)變得不穩(wěn)定。這就要求修改相應(yīng)的運(yùn)行模式。

（4）燃耗。

延伸運(yùn)行后，燃料燃耗相對(duì)較深。對(duì)1/3換料方案來說，單個(gè)燃料組件的布置只與燃料組件的燃耗和下一循環(huán)的天數(shù)有關(guān)。延伸運(yùn)行后的燃料組件的燃耗變化，會(huì)導(dǎo)致燃料組件位置的重新計(jì)算和確定，并由于延伸運(yùn)行有30d等效滿功率日的限制，因此延伸運(yùn)行后的下一循環(huán)燃料的剩余反應(yīng)性滿足下一循環(huán)的運(yùn)行天數(shù)要求。總之，延伸運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致下一循環(huán)燃料燃耗深度增加，但經(jīng)過燃料的重新計(jì)算和布置，對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行天數(shù)無(wú)影響。

3.2 熱工水力數(shù)據(jù)

在延伸運(yùn)行中，不允許進(jìn)行負(fù)荷跟蹤。在I類、II類工況下，DNBR和線性功率余量在延伸運(yùn)行時(shí)有所增加。因此，延伸運(yùn)行能夠被正常循環(huán)所包絡(luò)，不需要重新確認(rèn)延伸運(yùn)行工況下的堆芯功率能力。

4? 延伸運(yùn)行期間修改的參數(shù)

延伸運(yùn)行期間，機(jī)組狀態(tài)發(fā)生變化，為確保機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)行，需要修改的參數(shù)具體如下：

（1）平均溫度程序的改變;

（2）汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)（GCT）的改變;

（3）R棒死區(qū)的增大;

（4）調(diào)整核儀表系統(tǒng)（RPN）（RPN功率量程及?I）;

（5）調(diào)整?Iref;

（6）調(diào)整灰棒刻度曲線（G9）曲線;

（7）調(diào)整P12定值;

（8）調(diào)整穩(wěn)壓器（PZR）水位定值;

（9）調(diào)整最終功率整定值;

（10）調(diào)整棒控和棒位系統(tǒng)RGL406KA/407KA報(bào)警定值。

4.1 平均溫度程序的改變

改變理由：確保R棒處于自動(dòng)運(yùn)行方式，防止過冷甩負(fù)荷。

改變方法：延伸運(yùn)行每一步平均溫度相差2℃。

改變時(shí)間：當(dāng)Tref–Tavg>1℃，即過冷超過1℃時(shí)，通知儀控修改溫度程序。

4.2 擴(kuò)大R棒的死區(qū)

秦二廠及海南昌江核電廠因控制棒設(shè)置無(wú)單獨(dú)的R棒，只有D棒，兼具溫度及功率調(diào)節(jié)功能，因此，此節(jié)不適用以上兩廠。

平均溫度控制是通過移動(dòng)控制棒（R棒）來使溫度接近其功率水平對(duì)應(yīng)的溫度設(shè)定值死區(qū)是通過忽略溫度和功率的小幅偏差來防止控制棒不停移動(dòng)而設(shè)定的溫度區(qū)間，在死區(qū)內(nèi)控制棒不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。

4.3 調(diào)整P12定值

在正常循環(huán)期間，P12信號(hào)的定值是284℃，由于在延伸運(yùn)行期間，平均溫度不斷降低，因此在正常運(yùn)行的瞬態(tài)，觸發(fā)P12信號(hào)的可能性也就不斷增加。在反應(yīng)堆停堆后，由于蒸汽流量的擾動(dòng)有可能導(dǎo)致意外的高蒸汽流量信號(hào)，如果此時(shí)P12信號(hào)也存在，安注就會(huì)動(dòng)作。因此，延伸運(yùn)行時(shí)，也必須對(duì)P12信號(hào)的定值進(jìn)行更改。

4.4 調(diào)整PZR水位定值

在延伸運(yùn)行工況下，對(duì)于給定的功率水平，平均溫度Tavg和穩(wěn)壓器水位均低于正常運(yùn)行工況。

延伸運(yùn)行時(shí)，需要修改穩(wěn)壓器水位設(shè)定值，以避免穩(wěn)壓器水位達(dá)到低水位時(shí)出

現(xiàn)下述反應(yīng)堆緊急停堆：

（1）加熱器隔離，以避免無(wú)水時(shí)的過度加熱（整定值14%）;

（2）下泄管線隔離（整定值10%）。

4.5 調(diào)整RGL406KA/407KA報(bào)警定值

在延伸運(yùn)行期間，有必要修改一回路平均溫度及最高溫度偏差高的報(bào)警定值。

一旦R棒的控制程序改變，與報(bào)警RGL406KA/407KA相關(guān)的報(bào)警定值也應(yīng)做相應(yīng)的改變。

4.6 ?Iref的校正

在延伸運(yùn)行期間，堆芯上部慢化劑溫度系數(shù)α上部約等于-65pcm/℃，而堆芯下部慢化劑溫度系數(shù)α下部約等于-55pcm/℃。因此當(dāng)平均溫度降低時(shí)（堆芯冷熱段溫度同時(shí)降低），相對(duì)而言，堆芯上部通量較堆芯下部通量增加得多，同時(shí)與堆芯下部相比較，由于堆芯上部燃耗較小，更加重了這種現(xiàn)象。

因此，在延伸運(yùn)行期間，?Iref將快速向右偏移，?Iref必須每周校準(zhǔn)一次。

4.7 RPN通道校準(zhǔn)

在功率穩(wěn)定時(shí)，隨著一回路平均溫度降低，中子探測(cè)器的電流IH和IB也隨之降低，因此，基于中子探測(cè)器的其他的測(cè)量參數(shù)也必須定期校準(zhǔn)（RPN功率量程，?I）。

4.8 G9曲線的調(diào)整

秦二廠及海南核電因控制棒設(shè)置區(qū)別，無(wú)G9曲線，因此，此節(jié)不適用以上兩廠。

在延伸運(yùn)行期間，隨著參考溫度程序的改變，慢化劑溫度效應(yīng)也隨之改變，因此，當(dāng)功率降低時(shí)，灰棒插入的也越來越淺，灰棒刻度曲線（G9）也應(yīng)改變。否則會(huì)造成功率棒的過度插入而導(dǎo)致停堆裕度的降低。

4.9 調(diào)整最終功率整定值

當(dāng)蒸汽排放控制系統(tǒng)運(yùn)行在壓力模式時(shí)，蒸汽聯(lián)箱的壓力是由主控室的手動(dòng)控制站（GCT402KU）給出的壓力定值決定的。在自動(dòng)控制模式下，該設(shè)定值是零負(fù)荷壓力，即76bar.a。

這個(gè)壓力也用于確定棒控系統(tǒng)中的最終功率整定值，當(dāng)一回路溫度改變及由此引起二回路壓力改變時(shí)，也必須改變給出作為壓力整定值函數(shù)的最終功率整定值的函數(shù)發(fā)生器。

4.10 GCT的改變

GCT的改變的內(nèi)容包含了蒸汽排放控制的基本原則、T模式下蒸汽排放的修改、壓力模式下的蒸汽排放控制、蒸汽排放控制中使用的警報(bào)和其他設(shè)定值、甩負(fù)荷運(yùn)行工況。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文研究了M310型壓水堆核電廠延伸運(yùn)行的基本原理，針對(duì)電廠采取的延伸運(yùn)行方式，對(duì)延伸運(yùn)行方式的特點(diǎn)進(jìn)行了分析;歸納分析了M310型壓水堆的反應(yīng)堆控制方式以及堆芯的物理特點(diǎn)、關(guān)注要求和主要風(fēng)險(xiǎn)管控;確保延伸運(yùn)行期間反應(yīng)堆的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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