M310型壓水堆核電廠延伸運行專項研究

尹浪　吳迪　申中祥　炊曉東　張藝　徐陽

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

關鍵詞：M310? 壓水堆? 延伸運行

中圖分類號：TM61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0047-03

1? 引言

壓水堆的延伸運行（Stretch-Out，簡稱SO）模式，是指在核電廠燃料循環壽期末，一回路的硼濃度小于10ppm、功率控制棒全抽出位置時，通過降溫和降功率引入反應性，來延長反應堆運行時間的一種反應堆運行模式。在延伸運行工況下，反應堆正常運行時的控制手段已不能繼續維持反應堆滿功率運行。此時堆芯硼濃度小于10ppm，不能再使用調硼手段增加反應性;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行。由于燃耗末期慢化劑溫度系數極負（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堆運行的正反應性。此外，還可以通過降低反應堆功率，利用功率虧損和平衡氙毒的效應來釋放正反應性，在一定程度延長反應堆的運行時間。

對于壓水堆核電廠而言，實施延伸運行有許多優點。一方面，延伸運行可以增加大修停機窗口安排的靈活性，即通過長短周期交替及壽期末延伸運行等方法避開18個月換料后在每年的6～9月電網用電高峰期間停機大修;另一方面，延伸運行能提高燃料的使用效率，增加燃耗深度，提高電廠的經濟性。

在延伸運行期間，反應堆堆芯的物理狀態以及機組的運行模式與正常運行時存在較大差異。首先，在循環末期，受燃耗效應的影響，堆芯軸向功率偏差（?I）偏正，在運行梯形圖中裕度較小。其次，延伸運行時堆芯反應性調節手段很少，一旦堆芯功率意外波動或發生氙振蕩，堆芯軸向功率偏差很難得到有效控制。最后，延伸運行期間由于一回路平均溫度偏低，二回路蒸汽品質也會下降，對二回路的蒸汽流量和循環效率均會產生影響?；谝陨喜町?，主控室操縱人員在實施延伸運行之前，必須針對延伸運行開展系統的理論培訓，了解延伸運行的物理原理、堆芯特點、注意事項以及異常響應等知識。因此，非常有必要對M310型核電廠延伸運行進行專項研究，有利于操縱人員在延伸運行期間確保核電站安全穩定運行。

2? 延伸運行的目的

核電廠延伸運行主要目的是為了合理地安排大修：

（1）通過長短周期交替及壽期末延伸運行等方法避開18個月換料后在電網用電高峰期間停機大修。

（2）將多臺機組大修相互錯開。

（3）延伸運行還可以加深燃料燃耗，降低發電成本。

根據堆芯的特性，延長循環壽期運行總共有三種方式：長期低功率運行、滑功率運行、延伸運行。而這三種運行方式在功率運行變化趨勢、一回路平均溫度變化趨勢和一回路硼濃度變化趨勢等方面有著各自的特點。

三種運行模式的差異見表1。

以陽江核電廠延長循環壽期4天為例，如果采用滑功率運行，每天降功率15MW，則4天下降60MW電功率，若同一時間段內采用延伸運行的滿功率運行，按照陽江核電廠上網電價0.42元/度，則延伸運行4d可多發約288萬度電，可多產生121萬的經濟效益。若滑功率運行7天，則可多產生約370萬的經濟效益。時間越長，延伸運行經濟性優勢越明顯。

綜合，延伸運行相比其他兩種，經濟性更好。

3? 延伸運行安全分析

3.1 核物理設計考慮事項

（1）軸向功率偏差ΔI。

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

（2）反應性控制。

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

反應堆運行所需的額外的反應性則通過降低冷卻劑溫度來獲?。ㄐ薷臏囟纫幊?，同時拓展溫度死區）。

（3）堆芯不穩定性。

在延伸運行階段，堆芯軸向功率的特殊分布可能會引起堆芯軸向功率分布震蕩，堆芯也會變得不穩定。這就要求修改相應的運行模式。

（4）燃耗。

延伸運行后，燃料燃耗相對較深。對1/3換料方案來說，單個燃料組件的布置只與燃料組件的燃耗和下一循環的天數有關。延伸運行后的燃料組件的燃耗變化，會導致燃料組件位置的重新計算和確定，并由于延伸運行有30d等效滿功率日的限制，因此延伸運行后的下一循環燃料的剩余反應性滿足下一循環的運行天數要求?？傊?，延伸運行會導致下一循環燃料燃耗深度增加，但經過燃料的重新計算和布置，對機組正常運行天數無影響。

3.2 熱工水力數據

在延伸運行中，不允許進行負荷跟蹤。在I類、II類工況下，DNBR和線性功率余量在延伸運行時有所增加。因此，延伸運行能夠被正常循環所包絡，不需要重新確認延伸運行工況下的堆芯功率能力。

4? 延伸運行期間修改的參數

延伸運行期間，機組狀態發生變化，為確保機組穩定安全運行，需要修改的參數具體如下：

（1）平均溫度程序的改變;

（2）汽輪機旁路系統（GCT）的改變;

（3）R棒死區的增大;

（4）調整核儀表系統（RPN）（RPN功率量程及?I）;

（5）調整?Iref;

（6）調整灰棒刻度曲線（G9）曲線;

（7）調整P12定值;

（8）調整穩壓器（PZR）水位定值;

（9）調整最終功率整定值;

（10）調整棒控和棒位系統RGL406KA/407KA報警定值。

4.1 平均溫度程序的改變

改變理由：確保R棒處于自動運行方式，防止過冷甩負荷。

改變方法：延伸運行每一步平均溫度相差2℃。

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

4.2 擴大R棒的死區

秦二廠及海南昌江核電廠因控制棒設置無單獨的R棒，只有D棒，兼具溫度及功率調節功能，因此，此節不適用以上兩廠。

平均溫度控制是通過移動控制棒（R棒）來使溫度接近其功率水平對應的溫度設定值死區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而設定的溫度區間，在死區內控制棒不會發生移動。

4.3 調整P12定值

在正常循環期間，P12信號的定值是284℃，由于在延伸運行期間，平均溫度不斷降低，因此在正常運行的瞬態，觸發P12信號的可能性也就不斷增加。在反應堆停堆后，由于蒸汽流量的擾動有可能導致意外的高蒸汽流量信號，如果此時P12信號也存在，安注就會動作。因此，延伸運行時，也必須對P12信號的定值進行更改。

4.4 調整PZR水位定值

在延伸運行工況下，對于給定的功率水平，平均溫度Tavg和穩壓器水位均低于正常運行工況。

延伸運行時，需要修改穩壓器水位設定值，以避免穩壓器水位達到低水位時出

現下述反應堆緊急停堆：

（1）加熱器隔離，以避免無水時的過度加熱（整定值14%）;

（2）下泄管線隔離（整定值10%）。

4.5 調整RGL406KA/407KA報警定值

在延伸運行期間，有必要修改一回路平均溫度及最高溫度偏差高的報警定值。

一旦R棒的控制程序改變，與報警RGL406KA/407KA相關的報警定值也應做相應的改變。

4.6 ?Iref的校正

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

因此，在延伸運行期間，?Iref將快速向右偏移，?Iref必須每周校準一次。

4.7 RPN通道校準

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

4.8 G9曲線的調整

秦二廠及海南核電因控制棒設置區別，無G9曲線，因此，此節不適用以上兩廠。

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

4.9 調整最終功率整定值

當蒸汽排放控制系統運行在壓力模式時，蒸汽聯箱的壓力是由主控室的手動控制站（GCT402KU）給出的壓力定值決定的。在自動控制模式下，該設定值是零負荷壓力，即76bar.a。

這個壓力也用于確定棒控系統中的最終功率整定值，當一回路溫度改變及由此引起二回路壓力改變時，也必須改變給出作為壓力整定值函數的最終功率整定值的函數發生器。

4.10 GCT的改變

GCT的改變的內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和其他設定值、甩負荷運行工況。

5? 結語

本文研究了M310型壓水堆核電廠延伸運行的基本原理，針對電廠采取的延伸運行方式，對延伸運行方式的特點進行了分析;歸納分析了M310型壓水堆的反應堆控制方式以及堆芯的物理特點、關注要求和主要風險管控;確保延伸運行期間反應堆的安全穩定運行。

參考文獻

[1] 崔大偉.延伸運行綜合報告-安全分析[R].深圳中廣核設計有限公司，2012.

[2] 崔大偉.18個月換料改進延伸運行工況下一回路超壓保護驗證[R].深圳中廣核設計有限公司，2012.

[3] 崔大偉.18個月換料改進延伸運行可行性研究[R].深圳中廣核設計有限公司，2012.