北方某核電廠升功率物理試驗優化的論證及實施

郭 建，曹云龍

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧大連116001)

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北方某核電廠升功率物理試驗優化的論證及實施

郭 建，曹云龍

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧大連116001)

在核電廠反應堆換料后提升堆芯功率的物理試驗中，在不同的功率平臺氙濃度的分布需要等待24h才能穩定。隨著軟件的升級，已經可以計算氙毒未穩定情況下的理論數據庫。本文采用SCIENCE軟件對不同功率平臺不同運行時間間隔的通量圖試驗結果進行模擬計算，理論分析表明，機組在功率平臺穩定6h進行物理試驗是滿足安全要求的。根據該電廠1號機組第4循環首次啟動物理試驗的結果進行分析比較，得出結論：在不同的功率平臺，堆芯連續穩定運行6h后，進行通量圖測量試驗是可行的。關鍵詞： 物理試驗； 氙平衡； 低功率臺階

1 引言

北方某核電廠在換料大修后的提升功率過程中，規定了在30%FP、75%FP、87%FP(必要時)、100% FP的功率平臺，進行全堆芯通量圖測量試驗，通過對堆芯徑向功率分布圖的分析，核查堆芯裝料情況，檢查安全準則和設計準則是否得到遵守，驗證換料核設計報告的準確性。在30%FP、75%FP、87%FP(必要時)功率平臺穩定時間為24h，100%FP功率平臺穩定時間為48h。

制約功率平臺穩定時間的關鍵因素為氙毒，由于氙毒的固有特性，氙毒在功率平臺穩定24h后才能基本穩定，在氙濃度和分布達到平衡前，氙毒的空間分布每時每刻都受運行狀態的影響。以前的理論計算很難精確模擬非穩定運行下的氙毒空間變化，因此常規的做法是在每個功率平臺穩定至少24h后再進行通量圖測量工作。

為了提高核電廠的負荷因子和經濟性，結合國外的實際經驗，開展了換料后升功率期間氙未平衡條件下物理試驗的論證，即將升功率平臺穩定時間由24h縮短為6h。隨著軟件的升級，已經可以計算在氙毒未穩定情況下的理論數據庫。EDF電站的900MW機組已經在2012年實施了升功率平臺優化，平臺穩定時間減少到6h，西屋電站的某些機組也已經完成優化。優化前后對比見表1。

表1 升功率物理試驗優化前后對比

2 理論計算分析

本文理論計算分析部分使用的軟件是SCIENCE，理論數據來源于該核電廠1號機組第4循環(H1C04)的FINALMODEL模塊。

2.1 軸向功率偏差對比

圖1 升功率理論ΔI走勢圖Fig.1 The Trend of Theory ΔI of Power Escalation

2.2 焓升因子(FTΔH)對比

模擬升功率平臺穩定6h和24h情況下的焓升因子FTΔH，計算結果表明在每個平臺穩定6h和24h的FTΔH理論值偏差小于1%。在平臺穩定期間，即使在ΔI震蕩時焓升因子變化量也是有限的，滿足安全準則且裕度較大。見圖2。

圖2 升功率平臺穩定6h和24h情況下焓升因子(FTΔH)走勢圖Fig.2 Trend of Enthalpy Rise Factor(FTΔH) at 6h and 24h of Power Escalation Level

2.3 熱點因子(QT(Z))對比

模擬升功率平臺穩定6h和24h情況下熱點因子QT(Z)，結果表明在每個平臺穩定6h和24h的QT(Z)理論值偏差小于1%。在平臺穩定期間，即使在ΔI震蕩時熱點因子變化量也是有限的，滿足安全準則且裕度很大。見圖3。

圖3 升功率平臺穩定6h和24h情況下熱點因子(QT(Z))走勢圖Fig.3 Trend of Hotspot Factor(QT(Z))at 6h and 24h of Power Escalation Level

2.4 平臺穩定分析

通過模擬30%FP和75%FP功率平臺穩定期間軸向功率分布隨時間的演變情況發現，堆芯在不同時間的軸向功率分布有較大變化，見圖4和圖5(因SCIENCE軟件將堆芯高度分為57個截面，所以圖中橫坐標的57對應堆頂，下同)。所以在不同穩定時間需要使用相應的氙瞬態理論庫對堆芯進行評價。

圖4 30%FP功率平臺軸向功率分布圖Fig.4 Axial Power Distribution at 30%FP Power Level

圖5 75%FP功率平臺軸向功率分布圖Fig.5 Axial Power Distribution at 75%FP Power Level

2.5 理論分析總結

通過對軸向功率偏差、焓升因子、熱點因子和平臺穩定性的分析，可以得出以下結論：升功率平臺穩定6h的ΔI波動幅度更小，更利于機組控制，并且焓升因子和熱點因子與穩定24h的基本相同，另外，需要使用不同的氙瞬態理論庫才可以對堆芯進行精確的評價。理論上機組穩定6h進行物理試驗是滿足安全要求的。

選取在該院進行治療的60例糖尿病患者展開研究，采用隨機分配的方法將其劃分為兩組，研究組和對照組均為30例。所有納入研究的患者均符合世界衛生組織所發布的關于糖尿病評測以及分型標準[2]，所有患者均知情該次研究，并簽署知情同意書。對照組包括16例男性，14例女性，年齡 40～75歲，平均年齡為（58.4±6.7）歲。研究組中男性、女性分別為17例、13例，年齡在 38～76歲范圍之內，平均年齡（59.1±6.9）歲。 兩組患者一般資料具有可比性，差異無統計學意義（P＞0.05）。

3 現場比對試驗統計分析

3.1 設計準則和安全準則

該核電廠在1號機組第4循環的升功率階段，分別在30%FP和75%FP功率平臺進行了對比試驗，即在6h和24h各進行了一次通量圖試驗，試驗結果均滿足安全準則和設計準則，并且試驗結果偏差非常小，見表2和表3。

表2 H1C04循環30%FP功率平臺通量圖試驗結果

表3 H1C04循環75%FP功率平臺通量圖試驗結果

3.2 組件功率偏差對比(以30%FP功率平臺數據為例)

通過對30%FP功率平臺的6h和24h全通量圖數據進行分析，兩次通量圖中相同位置的每組組件(共157組)的相對功率和組件功率偏差均十分接近，最大組件功率偏差之差小于2.3%。為了更直觀的分析每個組件的相對功率偏差，將兩個通量圖相同位置的組件功率偏差值制作成圖6，從圖中也可以看出兩次通量圖的數據均十分接近，偏差小于1%。

圖6 30%FP功率平臺組件功率偏差對比圖Fig.6 Comparison of Assembly Power Deviation at 30%FP Power Level

為了比較每個功率平臺徑向功率分布變化，利用非參數統計方法，計算比較徑向組件功率的皮爾森相關系數(Pearson)和斯皮爾曼系數(Spearman)(相關系數越接近1，表明二者一致性越高)。計算表明二者相似性非常高，見表4。

表4 徑向功率分布比較表

3.3 軸向功率分布(PMOY(Z))對比(以30%FP功率平臺數據為例)

將6h和24h全通量圖結果中軸向功率分布做成圖表，見圖7。

圖7 30%FP功率平臺軸向功率分布(PMOY(Z))對比圖Fig.7 Comparison of Axial Power Distribution(PMOY(Z)) at 30%FP Power Level

從圖中可以看出堆芯穩定6h和24h軸向功率分布曲線重疊較好，最大相對偏差是3.6%。

3.4 徑向功率峰值因子(FXY)對比(以30%FP功率平臺數據為例)

將6h和24h全通量圖結果中徑向功率峰值因子(FXY)做成圖表，見圖8。

圖8 30%FP功率平臺徑向功率峰值因子(FXY)對比圖Fig.8 Comparison of Radial Power Peak Factor(FXY) at 30%FP Power Level

從圖中可以看出堆芯穩定6h和24h徑向功率峰值因子分布曲線重疊較好，最大相對偏差是2.8%。

3.5 熱點因子對比(以30%FP功率平臺數據為例)

將6h和24h全通量圖結果中熱點因子做成圖表，見圖9。

圖9 30%FP功率平臺熱點因子對比圖Fig.9 Comparison of Hotspot Factor at 30%FP Power Level

從圖中可以看出堆芯穩定6h和24h的熱點因子值重疊較好，最大相對偏差是4%。

4 結論

(1) 縮短升功率平臺穩定時間，可以提高核電廠的負荷因子和經濟性。從理論分析和實際試驗測量結果可以得出：升功率物理試驗平臺穩定6h進行通量圖試驗是可行的，評價堆芯安全是可信的。

(2) 從外部反饋和對比試驗結果可以得出升功率平臺穩定6h對堆芯安全是有保障的。

[1] 王紅霞，程和平，霍小東等. 田灣核電站物理試驗縮短低功率臺階運行時間可行性論證 中國核科學技術進展報告——中國核學會2009年學術年會論文集(第一卷·第2冊)[C] 2009

Demonstration and Implementation of Optimization of Power Escalation Physics Tests for North Nuclear Power Plant

GUO Jian，CAO Yun-long

(Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co., Ltd，Liaoning，Dalian，116001，China)

During the period of reloading startup physics tests of Nuclear Power Plant in which the core power is enhanced to the state of full power step by step, it usually takes 24h for xenon to reach equilibrium. With the software upgraded, it’s possible to calculate the theory database in the cases of unstable states of xenon poisoning already. The software of SCIENCE has been used to simulate the results of flux map in conditions of different power steps and different time intervals in this article. It indicates theoretically that the results of physics tests can meet the security requirements when the physics tests are performed after the plant unit being stabled for 6h. According to the analysis based on comparison between the simulated results and measurement datum provided by the cycle 4 of unit 1 of the plant , it is further pointed out that the measurement after 6h continuous operation at different step is feasible.

Physics tests； Xe equilibrium； Lower power step

2017-03-03

郭 建(1982—)，男，工程師，現主要從事電廠反應堆物理、熱工水力和堆芯燃料管理工作

TL363

A

0258-0918(2017)03-0514-06