楊 嗣 劉 臻 沈亞杰 高永恒 王澄瀚

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 前言

隨著核電機(jī)組的增多，各機(jī)組按照設(shè)計(jì)循環(huán)長(zhǎng)度同時(shí)大修的情況時(shí)有發(fā)生。另外，隨著核電在電網(wǎng)中所占比例逐漸增大，電網(wǎng)也對(duì)核電錯(cuò)峰大修等要求越來(lái)越高?；谝陨显?，機(jī)組延伸運(yùn)行成為一種迫切的需求，在適當(dāng)?shù)臋C(jī)組循環(huán)實(shí)施延伸運(yùn)行時(shí)可以提高停堆大修窗口安排的靈活性，提高燃料經(jīng)濟(jì)性，也可以滿足電網(wǎng)要求。

1 延伸運(yùn)行原理

隨著燃耗增加，易裂變核素減少，熱中子利用系數(shù)f降低，導(dǎo)致反應(yīng)堆有效增殖系數(shù)Keff降低，為了維持臨界狀態(tài)，需要不斷引入正反應(yīng)性。在常規(guī)的功率運(yùn)行過程中，是通過不斷稀釋降低硼濃度和提升控制棒來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中降低硼濃度提供了絕大部分正反應(yīng)性。但是在壽期末，一回路硼濃度通常只有10ppm左右，控制棒能提升的步數(shù)也很有限，并沒有進(jìn)一步引入正反應(yīng)性的空間，只能通過延伸運(yùn)行的方式的方式保持反應(yīng)堆功率運(yùn)行。

延伸運(yùn)行分為降參數(shù)延伸運(yùn)行和降功率延伸運(yùn)行。CNP600機(jī)組由于沒有進(jìn)行專項(xiàng)論證，暫不具備實(shí)施降參數(shù)延伸運(yùn)行的條件，只考慮以降功率的方式來(lái)延伸運(yùn)行。

降功率后，堆芯釋放正反應(yīng)性以延伸運(yùn)行，反應(yīng)性釋放來(lái)源有：

（1）功率虧損：當(dāng)功率降低時(shí)，燃料溫度下降，多普勒效應(yīng)導(dǎo)致鈾-238對(duì)中子的共振吸收減少，有更多的快中子被慢化成熱中子，使Keff增加，即引入正反應(yīng)性，通常稱此為釋放功率虧損，這是降功率延伸運(yùn)行中反應(yīng)性的主要來(lái)源。

（2）氙毒：機(jī)組降低功率運(yùn)行，堆芯的平衡氙毒變小，釋放出正反應(yīng)性。

（3）慢化劑溫度反饋：在降功率延伸運(yùn)行中，堆芯功率降低也伴隨有慢化劑溫度的降低，由于CNP600機(jī)組是在欠慢化區(qū)運(yùn)行，故溫度降低也會(huì)引入正反應(yīng)性。但通常計(jì)算中慢化劑溫度反饋已經(jīng)包含在功率虧損中，不作單獨(dú)考慮。

（4）提升控制棒：電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書規(guī)定，控制棒組D應(yīng)位于咬量位置以下運(yùn)行。在壽期末可以使控制棒組D盡量接近咬量位置，從而釋放一部分反應(yīng)性。但是在電廠實(shí)際運(yùn)行過程中，需要實(shí)施延伸運(yùn)行時(shí)，控制棒已經(jīng)處于較高位置，為了保證控制棒有一定的控制調(diào)整裕量，能夠應(yīng)對(duì)氙震蕩等突發(fā)情況，不應(yīng)把控制棒置于過于接近咬量的位置，所以通常進(jìn)行延伸運(yùn)行時(shí)不考慮通過提升控制棒進(jìn)行反應(yīng)性釋放。

2 延伸運(yùn)行計(jì)算

2.1 降功率方式

在降功率延伸運(yùn)行時(shí)，若一次降功率幅度較大，則由于功率虧損，降功率后需要進(jìn)行硼化操作，而且在隨后的氙毒變化過程中又需要進(jìn)行稀釋或除硼，這些都對(duì)電廠運(yùn)行的操作性和經(jīng)濟(jì)性造成不利影響，特別是在壽期末堆芯硼濃度很低時(shí)，一回路硼濃度的頻繁調(diào)整在操作上非常困難。因而，通常采取逐步降功率的方式?？紤]到電廠實(shí)際報(bào)表、工作等一般以天為單位，逐步降功率也以天為周期為宜。

2.2 燃耗效應(yīng)

因?yàn)樵谡９β蔬\(yùn)行期間，燃耗效應(yīng)引入的負(fù)反應(yīng)性主要靠對(duì)一回路硼濃度進(jìn)行稀釋釋放出的正反應(yīng)性來(lái)平衡，所以燃耗效應(yīng)的反應(yīng)性可以通過延伸運(yùn)行前一階段的硼濃度變化來(lái)間接求得。

以CNP600機(jī)組某循環(huán)為例，如表1所示。

表1 以CNP600機(jī)組某循環(huán)硼降速率

根據(jù)該循環(huán)的《核設(shè)計(jì)報(bào)告》查詢可得壽期末硼微分價(jià)值為-7.56pcm/ppm，可得每天由燃耗效應(yīng)引入的反應(yīng)性ρ=3.783ppm/d×（-7.56pcm/ppm）=-28.60pcm/d。

2.3 功率虧損

根據(jù)圖1《核設(shè)計(jì)報(bào)告》中該循環(huán)的功率虧損曲線，可知在壽期末需要延伸運(yùn)行時(shí)功率虧損值為3142ppm/100%FP=31.42pcm/%FP。

圖1 CNP600機(jī)組某循環(huán)《核設(shè)計(jì)報(bào)告》的功率虧損曲線

2.4 平衡氙毒

根據(jù)圖2《核設(shè)計(jì)報(bào)告》中該循環(huán)的氙毒曲線，可以認(rèn)為在一小段功率范圍內(nèi)變化接近線性，則在滿功率至75%這段范圍內(nèi)的平衡氙毒為（2722-2507）pcm/（100-75）%FP=8.6pcm/%FP。需要注意的是氙毒并不是在降功率時(shí)立即降低到平衡氙毒，而是有一個(gè)先漲毒再消毒的過程。但是由于漲毒幅度很小，在幾個(gè)pcm之間，可以靠機(jī)組溫度等自我調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)，不會(huì)造成劇烈的功率峰波動(dòng)，隨后機(jī)組可以緩慢消毒，直至下一次降功率。

圖2 CNP600機(jī)組某循環(huán)《核設(shè)計(jì)報(bào)告》的氙毒曲線

2.5 反應(yīng)性平衡計(jì)算

通過降功率延伸運(yùn)行的方法時(shí)，因?yàn)楫?dāng)功率虧損與平衡氙毒變化之和與燃耗效應(yīng)釋放的負(fù)反應(yīng)性相加等于0時(shí)，即達(dá)成反應(yīng)性平衡。由2.2-2.4計(jì)算可知，該機(jī)組循環(huán)降功率延伸運(yùn)行時(shí)降功率速率為：

按照CNP600機(jī)組當(dāng)前的熱效率，0.71%FP核功率對(duì)應(yīng)電功率約為5MW。同時(shí)，因?yàn)檫M(jìn)行降功率時(shí)是對(duì)電功率進(jìn)行設(shè)定操作，考慮到便捷性，可設(shè)置電功率下降速率為5MW/d，即進(jìn)行延伸運(yùn)行時(shí)每天降低電功率5MW就能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性平衡。

繼續(xù)以該機(jī)組循環(huán)對(duì)上述各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3所示，其中正反應(yīng)變化為功率虧損與氙毒反應(yīng)性之和；燃耗效應(yīng)反應(yīng)性實(shí)際為負(fù)值，為了便于作圖對(duì)比，在圖中以正值給出。

圖3 反應(yīng)性平衡曲線

圖中正反應(yīng)變化為功率虧損與氙毒反應(yīng)性之和，從圖中可以看出，該機(jī)組循環(huán)按照電功率5MW/d進(jìn)行降功率延伸運(yùn)行時(shí)，在降功率的前幾個(gè)小時(shí)，由于功率虧損基本是瞬時(shí)變化，氙毒的變化速度也比較快，引入的正反應(yīng)性會(huì)大于燃耗效應(yīng)引入的負(fù)反應(yīng)性。隨著機(jī)組的運(yùn)行，燃耗效應(yīng)不斷引入負(fù)反應(yīng)性，在降功率后24小時(shí)左右，燃耗效應(yīng)所引入的負(fù)反應(yīng)性應(yīng)與功率虧損、氙毒變化引入的正反應(yīng)性之和基本相同，即達(dá)成反應(yīng)性平衡，完成一天的降功率延伸運(yùn)行，可以進(jìn)行下一天的降功率操作。

3 延伸運(yùn)行實(shí)施及其他事項(xiàng)

3.1 延伸運(yùn)行實(shí)施

繼續(xù)以上述某機(jī)組為例，在7月18日硼濃度達(dá)到10ppm，從7月18日開始以1MWe/min的速率降低電功率5MW，直至達(dá)到計(jì)劃停堆日期。實(shí)際實(shí)施時(shí)不一定必須在機(jī)組運(yùn)行至10ppm時(shí)才開始降功率，要綜合考慮需要延伸的天數(shù)、燃耗限值等因素。

3.2 其他調(diào)整

實(shí)施延伸運(yùn)行時(shí)，除了考慮堆芯反應(yīng)性平衡等堆芯物理相關(guān)因素外，還需要對(duì)一回路溫度定值、GCTC參數(shù)、RGL系統(tǒng)報(bào)警定值、PZR水位等進(jìn)行調(diào)整，以匹配堆芯核功率降低、一回路溫度降低等新的狀態(tài)。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）燃耗超限：實(shí)施延伸運(yùn)行時(shí)，要關(guān)注堆芯燃耗及組件燃耗，防止超過設(shè)計(jì)限值。若發(fā)現(xiàn)以天為單位進(jìn)行的降功率延伸存在燃耗超限等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以以更長(zhǎng)時(shí)間為周期進(jìn)行降功率，即每次更大幅度地降低功率，用更長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間的燃耗效應(yīng)去平衡功率虧損，以達(dá)到降低停堆燃耗的目的。

（2）氙震蕩：以天為周期進(jìn)行降功率延伸運(yùn)行時(shí)，每次降功率幅度小，氙毒變化有限，變化比較平穩(wěn)，通常不會(huì)對(duì)運(yùn)行控制產(chǎn)生明顯影響。但由于控制棒棒位較高，控制能力有限，機(jī)組仍應(yīng)盡量避免非必要的瞬變，同時(shí)密切監(jiān)視氙毒、△I等參數(shù)。當(dāng)機(jī)組以更長(zhǎng)周期、更大幅度進(jìn)行降功率延伸時(shí)，更應(yīng)注意避免瞬變和加強(qiáng)監(jiān)視。

4 結(jié)論

經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)際操作，在CNP600機(jī)組上進(jìn)行降功率延伸運(yùn)行是可行的，特別是選取一天為周期進(jìn)行延伸運(yùn)行時(shí)，堆芯變化平穩(wěn)，不會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行控制產(chǎn)生明顯影響。近幾年，CNP600各機(jī)組己大體按照上述方案實(shí)施了數(shù)次延伸運(yùn)行。具備成熟的降功率延伸運(yùn)行方案后，提高了機(jī)組運(yùn)行靈活性和機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，也滿足了電網(wǎng)日趨復(fù)雜的發(fā)電需求。