压水堆机组寿期末降功率延伸运行方案研究

焦健　王勇智　杨卓芳

[摘    要 ]隨着发电基地核电机组的不断增加和长循环燃料管理模式的逐步应用，机组大修规划和电网调峰保电矛盾日益突出，延伸运行的应用日益频繁。降功率延伸运行相比降温度延伸运行有诸多优点：不改变温度功率对应关系，不改变二回路蒸汽品质，需要开展的论证较少，实际应用灵活性较大。本文以压水堆机组寿期末延伸运行方案设计为例，分析降功率延伸运行需要考虑的边界条件、延伸运行方案的设计、论证。从延伸运行模式的选择、事故分析、燃耗限值、系统设备周期影响、关键安全参数的独立校算、方案的经济性分析等多角度建立延伸运行方案设计和选择的方法体系。根据反应性计算和其它多因素综合考虑，选择了方案2——分平台阶梯式降功率的延伸运行方式作为本循环拟采用的方式，并对其进行了多方面论证。论证表明：该方案满足延伸运行能量需求，满足延伸运行论证体系各方面相关要求，其实施可以达到推迟停堆时间目的，增加了发电量，提高了非复用组件的卸料燃耗，具备显著的经济性和良好的社会效益。文章还对未来进一步增加运行周期裕量的方案进行了初步探讨。

[关键词]延伸运行;方案设计;边界条件

[中图分类号]TM73 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03

Research on extended operation plan of PWR unit with reduced power at the end of its life

Jiao Jian， Wang Yong-zhi， Yang Zhuo-fang

[Abstract]With the continuous increase of nuclear power generating units in power generation bases and the gradual application of long-cycle fuel management models， the contradiction between unit overhaul planning and power grid peak regulation and power protection has become increasingly prominent， and the application of extended operation has become increasingly frequent. The extended operation with reduced power has many advantages compared with the extended operation with reduced temperature： it does not change the corresponding relationship between temperature and power， does not change the steam quality of the secondary circuit， requires less demonstration， and has greater flexibility in practical applications. This paper takes the design of extended operation scheme at the end of the life of PWR unit as an example to analyze the boundary conditions that need to be considered for extended operation at reduced power， and the design and demonstration of extended operation scheme. Establish a method system for the design and selection of extended operation schemes from multiple perspectives such as the selection of extended operation mode， accident analysis， fuel consumption limit， system equipment cycle impact， independent calibration of key safety parameters， and economic analysis of the scheme. According to the comprehensive consideration of reactivity calculation and other factors， option 2-the extended operation mode of sub-platform step-down power reduction was selected as the method to be adopted in this cycle， and it was demonstrated in various aspects. The demonstration shows that the scheme meets the energy requirements of extended operation and meets the relevant requirements of all aspects of the extended operation demonstration system. Its implementation can achieve the purpose of delaying the shutdown time， increase the power generation， and increase the unloading fuel consumption of non-reusable components. The economy and good social benefits. The article also discusses the plan for further increasing the operating cycle margin in the future.

[Keywords]stretch out ，scheme  design ， boundary condition

1 背景

核电压水堆机组在运行达到一定燃耗情况下，硼浓度不能继续降低.由于某些原因，需要延长运行时间，即需要实施延伸运行[1]。延伸运行的方式按反应性释放的方式不同可以分为两种：降温度（降参数）延伸运行和降功率延伸运行[2]。

国内某核电厂预计自然停堆时间为2020年8月11日。为满足电网迎峰度夏要求，生产计划安排该循环通过延伸运行方式延伸至9月1日停堆。为满足该延伸运行的要求，需要开展延伸运行的方案设计和分析论证，确定了方案的可行性和实施建议。

2 延伸运行边界条件

延伸运行的实施不仅涉及堆内燃料组件燃耗的继续加深，还涉及到延伸运行期间安全分析的论证结果是否被有效验证，延伸运行对系统、设备等的影响，主要包括：

2.1 延伸运行方案必须满足FSAR事故分析的论证结论

必須对延伸运行期间的可能出现的事故进行全面的分析论证，论证的范围同每一个循环换料设计时进行的论证范围相同，其结果也被《机组最终安全分析报告》（FSAR）论证包络。

2.2 延伸运行方案必须满足燃耗限制要求

延伸运行方案必须满足燃料管理论证的燃耗限值的相关要求，燃料组件和燃料棒的燃耗限值是保证燃料安全屏障完整性和事故分析有效性的重要基础，必须保证任何情况下机组的燃耗不能超过经过论证审批的该类型燃料组件和燃料棒的最大燃耗限值。

2.3 延伸运行方案必须考虑对机组运行的影响

寿期末功率变化期间，相关反馈系数会变得更大，反馈效应更明显。相关的调节会引起机组轴向功率偏差的变化，由于寿期末本身变轴向功率偏差超带风险大，功率和温度的变化会导致该风险进一步增加。因此在延伸运行功率变化的方式选择和实际控制过程中应该充分考虑超带风险和预防措施。

2.4 延伸运行方案必须考虑周期延长对系统设备的影响

包括延伸运行时间在内的运行周期必须满足系统设备周期论证的相关要求，在机组延长运行时间例如由年度换料改为长燃料循环或者实施寿期末延伸运行时间间隔内，相关安全相关定期试验的试验周期应该满足机组运行模式下经过论证的系统设备周期定期试验要求。

2.5 延伸运行方案必须考虑经济性

必须考虑延伸运行方式对后续循环规划的影响，必须考虑延伸运行方案的经济性，尽量减小负荷因子的损失。

3 方案设计分析

3.1 方案1——一次性阶跃式降功率

方案描述：一次性降低核功率到某一个满足要求的功率平台，保持该功率运行到寿期末;计算得到需要一次性降功率到86%FP，通过功率亏损和氙毒释放，可以保证机组停堆时间延长至9月1日。

3.2 方案2——分阶段阶跃式降功率

方案描述：核功率由99%FP阶跃降功率方式下降至90%FP，并在此功率平台停留尽量，然后由90%平台降功率一定平台，共计运行时间为20天，计算得到该平台为83%FP.

3.3 方案3——每日逐步降功率的设计和论证

方案描述：采用每天连续降功率方式，降功率范围释放的反应性略大于燃耗累积和氙毒变化引入的负反应性。根据测算，在寿期末，功率每降低1%FP可以延续运行1个自然天。因此可以每天降功率1%FP至80%FP停堆。

针对三种方案的分析，从表1中可以看出，在延伸运行的长度相同情况下，方案3的平均功率最高，负荷因子最好，经济型最好。功率变化期间的反应性控制难度方案3由于累计效应原因，AO变化范围大，但实际操作会消除累计效应。方案2方案3反应性控制次数较多但操作简单，氙震荡风险较小。方案3需要开展的安全分析论证范围较大，需要模拟的状态点较多，尤其是PCI裕量分析需要明确的功率史，短时间内无法进行充分的论证。方案2的热点因子最小，安全性更好。综合安全性、机组控制风险、安全分析论证的可能性、机组经济性，本次机组降功率方案拟采用方案2——两个功率平台的阶跃式降功率延伸运行实施方案。

4 方案论证

4.1 对FSAR的符合性验证——超差事故的分析

延伸运行期间的燃耗和运行状态已经超出了自然循环的论证范围。经过建模计算，采用方案2的延伸运行方式，进行通用关键安全参数的计算和特定事故的事故分析，主要结果如下：

按方案2功率运行时单棒提出事故EOL的最大FQ（RCCA提出后）超出FSAR限值，采用更保守的参数进行事故分析，结果表明FSAR各限制准则均能够得到满足。

50%FP-EOL、HFP-EOL工况下弹棒事故最大FQ不能被RSAC限值包络，但是在采用更为恶劣的FQ参数进行事故分析后发现，事故后果仍然未超出限值，FSAR各限制准则均能够得到满足。

4.2 对系统设备周期的符合性

在进行延伸运行论证时不仅需要考虑反应堆物理燃料方面燃耗的加深和相关参数的变化，还需要考虑延长的运行周期对机组系统设别、定期试验的相关影响。在压水堆机组开展长燃耗循环（18个月换料）的相关论证时论证了包括对电厂系统设备检查、监督、试验和维修等与周期延长相关的项目进行分析论证，经过论证完成了预防性维修、定期试验、在役检查和仪表漂移等专项论证份报告，对电厂大纲级文件和电厂规程进行修改。论证表明在平衡循环+机动循环的运行模式下，现有的系统设备周期技术文件和技术规程可以覆盖延伸运行的周期延长。本次延伸运行的周期没有超出长循环的论证范围，因此相关论证结果仍然试用。

4.3 轴向功率偏差的计算及硼-棒控制建议

根据方案2的降功率运行方案，运用核设计软件系统，考虑氙毒变化和功率反馈效应，进行多次模拟-修正迭代计算，给出方案2的优化硼——棒控制操作建议，如图1所示，供运行人员参考，按此控制方案可以尽量降低氙震荡的影响，确保△I控制在运行带尽量小的范围。

5 结束语

本文根据生产计划和大修规划的实际需求，详细论证的压水堆机组寿期末采用降功率方式进行延伸运行的可能性、可行性、经济性，给出降功率延伸运行的具体方案，就拟采用的方案在对FSAR的遵守和影响、对系统设备周期等方面的影响、对燃料管理策略的遵守、对运行操作实践等方面进行了详细的论证，验证延伸运行的可行性。压水堆机组机组

已经按此方案在8月13日至9月1日期间实施了参考方案2的延伸运行，延后大修时间约20个自然天，保证夏季用电高峰，增加可观的发电量，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 张彦义.核电站延伸技术的原理及其应用[J].科技视界，2015（16）：11-12.

[2] 尹浪，吴迪，申中祥，等.M310型压水堆核电厂延伸运行专项研究[J].科技创新导报，2020（8）：53-54，56.

[3] 姚雪鸿，汪长春，方军，等.大亚湾核电基地压水堆机组二回路水质控制与实践[C].中国电机工程学会电厂化学学术年会.中国电机工程学会，2013.

[4] 黄岳峰.核电机组及其调速系统的建模与仿真[D].杭州：浙江大学，2014.

[5] 杨冠三，赵旭，杨健.基于风险指引的机组经济性优化研究[J].核工程研究与设计，2017（4）：109-110.