M310型压水堆核电厂延伸运行专项研究

尹浪　吴迪　申中祥　炊晓东　张艺　徐阳

摘   要：压水堆的延伸运行模式，是指在核电厂燃料循环寿期末，一回路的硼浓度小于10ppm、功率控制棒全抽出位置时，通过降温和降功率引入反应性，来延长反应堆运行时间的一种反应堆运行模式。一方面，延伸运行可以增加大修停机窗口安排的灵活性;另一方面，延伸运行能提高燃料的使用效率，增加燃耗深度，提高电厂的经济性。在延伸运行期间，反应堆堆芯的物理状态以及机组的运行模式与正常运行时存在较大差异，因此，主控室操纵人员在实施延伸运行之前，必须针对延伸运行开展系统的理论培训，了解延伸运行的物理原理、堆芯特点、注意事项以及异常响应等知识。本文对我国M310型核电厂的延伸运行以上各方面进行了全面、详细的调查研究。

关键词：M310  压水堆  延伸运行

中图分类号：TM61                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0047-03

1  引言

压水堆的延伸运行（Stretch-Out，简称SO）模式，是指在核电厂燃料循环寿期末，一回路的硼浓度小于10ppm、功率控制棒全抽出位置时，通过降温和降功率引入反应性，来延长反应堆运行时间的一种反应堆运行模式。在延伸运行工况下，反应堆正常运行时的控制手段已不能继续维持反应堆满功率运行。此时堆芯硼浓度小于10ppm，不能再使用调硼手段增加反应性;控制棒基本在全抽出位置，不能通过提升控制棒维持满功率运行。由于燃耗末期慢化剂温度系数极负（通常小于-60pcm/℃），通过降低一回路平均温度能比较容易地获得维持反应堆运行的正反应性。此外，还可以通过降低反应堆功率，利用功率亏损和平衡氙毒的效应来释放正反应性，在一定程度延长反应堆的运行时间。

对于压水堆核电厂而言，实施延伸运行有许多优点。一方面，延伸运行可以增加大修停机窗口安排的灵活性，即通过长短周期交替及寿期末延伸运行等方法避开18个月换料后在每年的6～9月电网用电高峰期间停机大修;另一方面，延伸运行能提高燃料的使用效率，增加燃耗深度，提高电厂的经济性。

在延伸运行期间，反应堆堆芯的物理状态以及机组的运行模式与正常运行时存在较大差异。首先，在循环末期，受燃耗效应的影响，堆芯轴向功率偏差（?I）偏正，在运行梯形图中裕度较小。其次，延伸运行时堆芯反应性调节手段很少，一旦堆芯功率意外波动或发生氙振荡，堆芯轴向功率偏差很难得到有效控制。最后，延伸运行期间由于一回路平均温度偏低，二回路蒸汽品质也会下降，对二回路的蒸汽流量和循环效率均会产生影响。基于以上差异，主控室操纵人员在实施延伸运行之前，必须针对延伸运行开展系统的理论培训，了解延伸运行的物理原理、堆芯特点、注意事项以及异常响应等知识。因此，非常有必要对M310型核电厂延伸运行进行专项研究，有利于操縱人员在延伸运行期间确保核电站安全稳定运行。

2  延伸运行的目的

核电厂延伸运行主要目的是为了合理地安排大修：

（1）通过长短周期交替及寿期末延伸运行等方法避开18个月换料后在电网用电高峰期间停机大修。

（2）将多台机组大修相互错开。

（3）延伸运行还可以加深燃料燃耗，降低发电成本。

根据堆芯的特性，延长循环寿期运行总共有三种方式：长期低功率运行、滑功率运行、延伸运行。而这三种运行方式在功率运行变化趋势、一回路平均温度变化趋势和一回路硼浓度变化趋势等方面有着各自的特点。

三种运行模式的差异见表1。

以阳江核电厂延长循环寿期4天为例，如果采用滑功率运行，每天降功率15MW，则4天下降60MW电功率，若同一时间段内采用延伸运行的满功率运行，按照阳江核电厂上网电价0.42元/度，则延伸运行4d可多发约288万度电，可多产生121万的经济效益。若滑功率运行7天，则可多产生约370万的经济效益。时间越长，延伸运行经济性优势越明显。

综合，延伸运行相比其他两种，经济性更好。

3  延伸运行安全分析

3.1 核物理设计考虑事项

（1）轴向功率偏差ΔI。

在延伸运行阶段，堆芯功率再分布偏向顶部将会使得ΔI增加。而功率的重新分布则是由于正常运行工况下燃耗增加造成的。在延伸运行阶段，由于冷却剂在堆芯进、出口处温度差的减小，功率的重新分布效应将会更加明显。

（2）反应性控制。

延伸运行阶段应尽量避免使用硼，以防止因一回路水净化处理问题而影响电厂运行。反应堆冷却剂的硼浓度应接近于0（5～10ppm）。

反应堆运行所需的额外的反应性则通过降低冷却剂温度来获取（修改温度规程，同时拓展温度死区）。

（3）堆芯不稳定性。

在延伸运行阶段，堆芯轴向功率的特殊分布可能会引起堆芯轴向功率分布震荡，堆芯也会变得不稳定。这就要求修改相应的运行模式。

（4）燃耗。

延伸运行后，燃料燃耗相对较深。对1/3换料方案来说，单个燃料组件的布置只与燃料组件的燃耗和下一循环的天数有关。延伸运行后的燃料组件的燃耗变化，会导致燃料组件位置的重新计算和确定，并由于延伸运行有30d等效满功率日的限制，因此延伸运行后的下一循环燃料的剩余反应性满足下一循环的运行天数要求。总之，延伸运行会导致下一循环燃料燃耗深度增加，但经过燃料的重新计算和布置，对机组正常运行天数无影响。

3.2 热工水力数据

在延伸运行中，不允许进行负荷跟踪。在I类、II类工况下，DNBR和线性功率余量在延伸运行时有所增加。因此，延伸运行能够被正常循环所包络，不需要重新确认延伸运行工况下的堆芯功率能力。

4  延伸运行期间修改的参数

延伸运行期间，机组状态发生变化，为确保机组稳定安全运行，需要修改的参数具体如下：

（1）平均温度程序的改变;

（2）汽轮机旁路系统（GCT）的改变;

（3）R棒死区的增大;

（4）调整核仪表系统（RPN）（RPN功率量程及?I）;

（5）调整?Iref;

（6）调整灰棒刻度曲线（G9）曲线;

（7）调整P12定值;

（8）调整稳压器（PZR）水位定值;

（9）调整最终功率整定值;

（10）调整棒控和棒位系统RGL406KA/407KA报警定值。

4.1 平均温度程序的改变

改变理由：确保R棒处于自动运行方式，防止过冷甩负荷。

改变方法：延伸运行每一步平均温度相差2℃。

改变时间：当Tref–Tavg>1℃，即过冷超过1℃时，通知仪控修改温度程序。

4.2 扩大R棒的死区

秦二厂及海南昌江核电厂因控制棒设置无单独的R棒，只有D棒，兼具温度及功率调节功能，因此，此节不适用以上两厂。

平均温度控制是通过移动控制棒（R棒）来使温度接近其功率水平对应的温度设定值死区是通过忽略温度和功率的小幅偏差来防止控制棒不停移动而设定的温度区间，在死区内控制棒不会发生移动。

4.3 调整P12定值

在正常循环期间，P12信号的定值是284℃，由于在延伸运行期间，平均温度不断降低，因此在正常运行的瞬态，触发P12信号的可能性也就不断增加。在反应堆停堆后，由于蒸汽流量的扰动有可能导致意外的高蒸汽流量信号，如果此时P12信号也存在，安注就会动作。因此，延伸运行时，也必须对P12信号的定值进行更改。

4.4 调整PZR水位定值

在延伸运行工况下，对于给定的功率水平，平均温度Tavg和稳压器水位均低于正常运行工况。

延伸运行时，需要修改稳压器水位设定值，以避免稳压器水位达到低水位时出

现下述反应堆紧急停堆：

（1）加热器隔离，以避免无水时的过度加热（整定值14%）;

（2）下泄管线隔离（整定值10%）。

4.5 调整RGL406KA/407KA报警定值

在延伸运行期间，有必要修改一回路平均温度及最高温度偏差高的报警定值。

一旦R棒的控制程序改变，与报警RGL406KA/407KA相关的报警定值也应做相应的改变。

4.6 ?Iref的校正

在延伸运行期间，堆芯上部慢化劑温度系数α上部约等于-65pcm/℃，而堆芯下部慢化剂温度系数α下部约等于-55pcm/℃。因此当平均温度降低时（堆芯冷热段温度同时降低），相对而言，堆芯上部通量较堆芯下部通量增加得多，同时与堆芯下部相比较，由于堆芯上部燃耗较小，更加重了这种现象。

因此，在延伸运行期间，?Iref将快速向右偏移，?Iref必须每周校准一次。

4.7 RPN通道校准

在功率稳定时，随着一回路平均温度降低，中子探测器的电流IH和IB也随之降低，因此，基于中子探测器的其他的测量参数也必须定期校准（RPN功率量程，?I）。

4.8 G9曲线的调整

秦二厂及海南核电因控制棒设置区别，无G9曲线，因此，此节不适用以上两厂。

在延伸运行期间，随着参考温度程序的改变，慢化剂温度效应也随之改变，因此，当功率降低时，灰棒插入的也越来越浅，灰棒刻度曲线（G9）也应改变。否则会造成功率棒的过度插入而导致停堆裕度的降低。

4.9 调整最终功率整定值

当蒸汽排放控制系统运行在压力模式时，蒸汽联箱的压力是由主控室的手动控制站（GCT402KU）给出的压力定值决定的。在自动控制模式下，该设定值是零负荷压力，即76bar.a。

这个压力也用于确定棒控系统中的最终功率整定值，当一回路温度改变及由此引起二回路压力改变时，也必须改变给出作为压力整定值函数的最终功率整定值的函数发生器。

4.10 GCT的改变

GCT的改变的内容包含了蒸汽排放控制的基本原则、T模式下蒸汽排放的修改、压力模式下的蒸汽排放控制、蒸汽排放控制中使用的警报和其他设定值、甩负荷运行工况。

5  结语

本文研究了M310型压水堆核电厂延伸运行的基本原理，针对电厂采取的延伸运行方式，对延伸运行方式的特点进行了分析;归纳分析了M310型压水堆的反应堆控制方式以及堆芯的物理特点、关注要求和主要风险管控;确保延伸运行期间反应堆的安全稳定运行。

参考文献

[1] 崔大伟.延伸运行综合报告-安全分析[R].深圳中广核设计有限公司，2012.

[2] 崔大伟.18个月换料改进延伸运行工况下一回路超压保护验证[R].深圳中广核设计有限公司，2012.

[3] 崔大伟.18个月换料改进延伸运行可行性研究[R].深圳中广核设计有限公司，2012.