秦山第二核電廠物理試驗管理

代前進，潘澤飛，詹勇杰，葉國棟

（核電秦山聯(lián)營有限公司，浙江 海鹽314300）

任何一座新建成核電廠的反應(yīng)堆，或換料后的反應(yīng)堆，在投入正常功率運行之前都需要實施一系列反應(yīng)堆物理試驗。物理試驗同核電廠的安全性和經(jīng)濟性息息相關(guān)，尤其換料后的堆芯物理試驗，是核電廠大修的主線，它的成功實施是核電廠能夠順利實現(xiàn)換料后滿功率的前提條件，試驗實施的時間控制越短，則越早到達滿功率，為核電廠帶來一定的經(jīng)濟性提升。

物理試驗的實施，無論零功率階段還是升功率階段，都是在特定的堆芯狀態(tài)下，改變堆芯特征參數(shù)來測量相應(yīng)的反應(yīng)性、堆芯中子通量密度等變化，因此，物理試驗常常偏離核電廠正常運行的范圍。在核電廠運行技術(shù)規(guī)格書中，對這種狀態(tài)的偏離并沒有詳細的規(guī)定，對物理試驗的監(jiān)督?jīng)]有明確的要求?；谏鲜鲈?，物理試驗的監(jiān)督近年來越來越受到國外核安全機構(gòu)的重視，美國核管會和法國EDF已將物理試驗的安全監(jiān)督體系納入核電廠運行技術(shù)規(guī)格書的基本要求，如美國核管會最新的核電廠運行技術(shù)規(guī)格書和法國EDF的GOR10文件，物理試驗的監(jiān)督要求成為核電廠申請運行執(zhí)照時必要的體系類文件。國內(nèi)核安全監(jiān)管當局在多年的核電廠安全管理的過程中，對物理試驗的認識和經(jīng)驗也逐步地加深。國內(nèi)核電廠在積累自身經(jīng)驗的同時，通過與國內(nèi)外的交流，也逐漸發(fā)現(xiàn)自身在物理試驗管理、監(jiān)督和優(yōu)化等方面存在的不足。

在這種現(xiàn)狀下，秦山第二核電廠通過對核電廠設(shè)計、運行和多年物理試驗的分析，制定并完善了用于4臺機組的物理試驗監(jiān)督要求，并通過核電廠自身文件和文件體系的升版、試驗組織機構(gòu)和試驗流程管理的完善，結(jié)合人員配置的優(yōu)化、培訓(xùn)、設(shè)備、試驗方法以及反饋等各方面的逐步提高建立了反應(yīng)堆物理試驗的管理體系，為物理試驗的安全、質(zhì)量和時間控制提供了保障。

1 物理試驗監(jiān)督要求

物理試驗的管理，首先需要明確對物理試驗的監(jiān)督要求，也就是適用于秦山第二核電廠的GOR10文件，確定物理試驗的項目安排、監(jiān)督參數(shù)、頻率控制、驗收要求和相應(yīng)的安全措施。秦山第二核電廠通過對國內(nèi)外的調(diào)研、設(shè)計文件的分析、物理試驗結(jié)果的整理，確定了物理試驗監(jiān)督要求所應(yīng)達到的目標，從而為監(jiān)督要求的內(nèi)容設(shè)立了框架。通過對目標的剖析和逐步實現(xiàn)，完成監(jiān)督要求的制定。

1.1 物理試驗項目管理

物理試驗的項目，在不同類型的核電廠之間，存在很大的區(qū)別。即使對于同一核電廠，也需要考慮調(diào)試啟動，換料啟動和機組可能出現(xiàn)的堆芯重大技術(shù)改造，實施不同的物理試驗項目。

物理試驗的項目安排，一方面要保證安全分析與設(shè)計的要求，即物理試驗所測量的堆芯參數(shù)，主要包括臨界硼濃度、棒組微積分價值、溫度系數(shù)和堆內(nèi)的中子通量密度分布等，能夠?qū)崿F(xiàn)對安全分析假設(shè)和設(shè)計預(yù)計的驗證；另一方面，物理試驗的實施，尤其是換料大修后物理試驗的實施，需要占用大修和升功率的時間，對核電廠的經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響，物理試驗同時造成反應(yīng)堆偏離運行技術(shù)規(guī)格書，對核電廠的穩(wěn)定性也產(chǎn)生影響，因此，對試驗時間的控制也成為必須要考慮的因素，在每一項試驗時間基本固定的情況下，恰當?shù)脑囼烅椖堪才懦蔀楸仨殹?/p>

因此，作為一套完善的監(jiān)督要求，首先就是要明確所監(jiān)督的對象，以及對監(jiān)督對象進行的規(guī)劃管理。

按照核電廠的基本特征，核反應(yīng)堆的啟動主要包括了反應(yīng)堆首次啟動（即調(diào)試啟動）、換料后重新啟動以及設(shè)計技術(shù)變更后堆芯重新啟動，監(jiān)督要求需要對各種情況下的物理試驗項目制定相應(yīng)的要求和規(guī)劃。這主要通過以下步驟完成：

1）首先根據(jù)法規(guī)和標準的要求，對所有執(zhí)行的試驗內(nèi)容和驗證的試驗參數(shù)進行整理、確定；

2）確定試驗的理論基礎(chǔ)，即試驗所驗證的參數(shù)對應(yīng)核設(shè)計或安全分析的內(nèi)容，分析其理論基礎(chǔ)，確定試驗的重要程度；

3）根據(jù)歷史運行參數(shù)的變化和趨勢分析，確定試驗對于運行的安全或控制的影響；

4）比較國內(nèi)外行業(yè)經(jīng)驗，分析試驗項目的調(diào)整和區(qū)別；

5）根據(jù)上述的結(jié)果對項目進行篩選和驗證，確定各階段最小試驗項目和推薦物理試驗項目。

通過上述步驟的分析和驗證，將物理試驗分成了4個不同的類型，分別用標號說明：

1）標號為●：表示必須做的試驗項目，強制執(zhí)行；

2）標號為◆：表示推薦做的試驗項目，非強制執(zhí)行；

3）標號為★：表示是否做由設(shè)計論證決定；

4）標號為： 表示不需要做的試驗項目。

通過上述分類，對不同階段項目實施管理，并通過過渡階段的驗證，建立了最小化的試驗項目規(guī)劃，以保證安全滿足條件下的優(yōu)化管理，見表1。

1.2 物理試驗監(jiān)督參數(shù)管理

完成試驗項目管理規(guī)劃后，下一項需要確定的是試驗的監(jiān)督參數(shù)和相應(yīng)的監(jiān)督和驗收準則。反應(yīng)堆物理試驗，本質(zhì)上是對堆芯特定參數(shù)的驗證，這種驗證應(yīng)考慮兩方面的要求，設(shè)計的不確定性和試驗的誤差。設(shè)計的不確定性是安全分析或設(shè)計計算的包絡(luò)，在很大程度上決定了設(shè)計參數(shù)的范圍和控制的靈活程度，如果設(shè)計誤差本身較大，那么對運行過程中的參數(shù)波動和控制就需要非常嚴格。而試驗的誤差是實際測量的包絡(luò)，在很大程度上決定于測量儀表的精度和測量方法的選取。

表1 啟動物理試驗項目規(guī)劃表Table1 Physics tests project planning

根據(jù)不同的設(shè)計軟件和設(shè)計計算，同時考慮對于同一參數(shù)不同的測量方法和測量手段選取，不同的核電廠對于同一參數(shù)應(yīng)該有不同的監(jiān)督參數(shù)和準則。例如控制棒組的價值，在停堆裕量分析、彈棒、落棒事故分析等相關(guān)事故分析與評價中是重要的關(guān)鍵安全參數(shù)，因此，它的不確定度考慮對于事故的評價十分重要。在早期的核電廠設(shè)計中，單棒組價值和棒組總價值作為重要的安全參數(shù)進行監(jiān)督，采用的單棒組設(shè)計不確定度為±15%，總價值準則為±10%。而在秦山第二核電廠，設(shè)計中在停堆裕量分析、彈棒、落棒事故分析等對控制棒組價值的不確定度考慮均為±10%，對計算的要求提高了，事故分析的過程也有所區(qū)別，就不能延用±15%的準則了。

驗收準則的規(guī)范化，主要采用的方法為：

1）分析安全和設(shè)計論證原理，分析核電廠堆芯事故分析和設(shè)計所使用的主要參數(shù)和不確定度范圍；

2）分析試驗方法，分析對于不同的試驗方法，不同數(shù)據(jù)的不確定度，以及這種不確定度的疊加對最終試驗參數(shù)的影響；

3）比較歷史參數(shù)，分析1、2號機組歷史數(shù)據(jù)中各試驗參數(shù)的歷史趨勢；

4）國內(nèi)外經(jīng)驗反饋。

進而建立需要監(jiān)督的物理參數(shù)和監(jiān)督的安全或設(shè)計要求，如表2所示。

1.3 安全措施的制定

制定監(jiān)督要求一個非常重要的方面，就是制定針對物理試驗的安全措施。通過前面的介紹可以知道，物理試驗不僅僅是完成對物理參數(shù)的測量，更重要的是通過測量結(jié)果實現(xiàn)對設(shè)計和安全分析的間接驗證。因此試驗結(jié)果的超限，意味著設(shè)計或安全分析的偏離，會對反應(yīng)堆的運行帶來潛在的危險，必須采取相應(yīng)的措施來消除這種危險。同時，多數(shù)參數(shù)偏離所造成的危險并不會立刻帶來實質(zhì)的反應(yīng)堆異常狀況，因此，安全措施的建立需要按照不同的參數(shù)所造成的反應(yīng)堆后果和可能性，考慮相應(yīng)的時間裕量。

表2 物理試驗驗收準則表Table2 Physical test acceptance criteria

安全措施在一定程度上是整個監(jiān)督要求的核心內(nèi)容，主要包括：

1）對特定試驗參數(shù)和驗收準則、限值的說明；

2）核電廠的響應(yīng)時間規(guī)定：針對每一項監(jiān)督參數(shù)偏離設(shè)計預(yù)計或安全分析的程度，按照其危害程度的發(fā)展趨勢規(guī)定不同的響應(yīng)時間限制；

3）響應(yīng)行動要求：在響應(yīng)第一時間，應(yīng)采取的行動主旨在于保證安全，根據(jù)每一項參數(shù)的理論分析結(jié)果確定響應(yīng)行動的內(nèi)容；

4）向安全監(jiān)督機構(gòu)的通告：基于安全分析和監(jiān)督的要求，向安全監(jiān)督機構(gòu)的通報；

5）重新的安全和設(shè)計分析要求：基于參數(shù)超限情況所帶來的影響，重新進行設(shè)計和安全方面的分析，以保證后續(xù)堆芯的安全；

6）在規(guī)定響應(yīng)時間內(nèi)響應(yīng)措施不能被完成時的退防要求；

7）響應(yīng)措施完成后的返回條件。

物理試驗監(jiān)督要求作為FSAR的補充，為物理試驗管理提供了上層指導(dǎo)，明確了試驗項目、參數(shù)、準則和安全措施。它的建立為秦山第二核電廠物理試驗的管理實現(xiàn)體系化、規(guī)范化提供了條件。

2 試驗實施管理

2.1 試驗文件管理

物理試驗的準備與實施，最重要的是指導(dǎo)文件體系，所有試驗必須在相應(yīng)的文件指導(dǎo)下進行。在完成物理試驗監(jiān)督要求的編制并且生效后，整個物理試驗的上層文件發(fā)生變化。因此，電廠對《反應(yīng)堆物理試驗實施試驗大綱》、《反應(yīng)堆物理試驗試驗技術(shù)導(dǎo)則》、《換料大綱》等指導(dǎo)文件進行了升版或重新編寫，并結(jié)合此次修改的機會，對試驗管理類規(guī)程、試驗原理性規(guī)程和試驗技術(shù)類規(guī)程等分別進行了修改和調(diào)整。形成全新的、完善的試驗文件體系（見圖1）。

2.2 試驗組織機構(gòu)控制

圖1 秦山第二核電廠物理試驗文件體系Fig.1 Physical tests document system of Qinshan II

通過多年的物理試驗實施與反饋，秦山第二核電廠為物理試驗構(gòu)建了完善的專項組織機構(gòu)。由公司主管領(lǐng)導(dǎo)和物理試驗領(lǐng)域?qū)＜医M成物理試驗領(lǐng)導(dǎo)小組，物理試驗負責(zé)人作為物理試驗項目的總負責(zé)人和協(xié)調(diào)人，全面負責(zé)物理試驗項目的執(zhí)行。運行值長作為核電廠反應(yīng)堆安全控制的第一責(zé)任人和物理試驗監(jiān)督人，在判斷某些操作可能會危及堆芯安全的情況下，有權(quán)要求暫停物理試驗。主控操縱員、各崗位運行人員、化學(xué)分析員和儀控工程師配合物理試驗班組進行物理試驗的實施，如圖2所示。

2.3 試驗流程控制

物理試驗的實施，根據(jù)其重要程度的要求，不僅需要專項的機構(gòu)和文件體系控制，重要的是需要對整個過程實施嚴格的控制。這個控制主要是通過對物理試驗建立的結(jié)構(gòu)流程圖來實現(xiàn)的。試驗流程的控制，包括了試驗準備、試驗實施、試驗驗收和反饋等四個方面的內(nèi)容，對每一個方面建立起相應(yīng)的工作內(nèi)容要求，只有完成相應(yīng)的工作后才允許進入下一個項目，同時，流程中存在若干邏輯控制點，使整個過程完成閉環(huán)，具體如圖3所示。

2.4 試驗人員管理

物理試驗的管理中，人員管理尤為重要，主要包括人員配置、人員培訓(xùn)和授權(quán)管理。

圖2 秦山第二核電廠物理試驗專項組織機構(gòu)圖Fig.2 Organizational structure of physical tests in Qinshan II

圖3 秦山第二核電廠物理試驗流程圖Fig.3 Flow chart of physical tests in Qinshan II

物理試驗，尤其調(diào)試啟動階段的物理試驗，需要8天以上連續(xù)實施，有時甚至達到十幾天。即使換料后的啟動，也要幾十個小時連續(xù)實施。因此經(jīng)常安排3班輪換試驗，對于其他的工作，只需要一個工作負責(zé)人全面掌握工作內(nèi)容和安全責(zé)任，對于物理試驗，則需要對每個班安排負責(zé)人，全面負責(zé)物理試驗，同時配備相應(yīng)的試驗員。

物理試驗人員的培訓(xùn)，在某種程度上比運行人員更加嚴格，這主要基于反應(yīng)性操作的重要性。秦山第二核電廠物理試驗人員建立了包括初級、中級和高級在內(nèi)的三階段系統(tǒng)化培訓(xùn)體系，每一個階段的培訓(xùn)，包括崗位知識、崗位實踐和崗位素質(zhì)三方面的內(nèi)容，涵蓋了反應(yīng)堆物理理論、熱工理論、燃料管理、試驗理論、試驗方法、設(shè)計理論、系統(tǒng)運行等11個方面，32個培訓(xùn)科目的內(nèi)容，每階段的培訓(xùn)需要2年以上的時間完成，并通過相應(yīng)的考核授權(quán)制度，保證了培訓(xùn)的質(zhì)量。物理試驗的授權(quán)和培訓(xùn)是息息相關(guān)的，完成了相應(yīng)培訓(xùn)并且考核合格的人員獲得了相應(yīng)的崗位授權(quán)，同時獲得相應(yīng)的物理試驗授權(quán)。目前，試驗授權(quán)主要分為試驗負責(zé)人、試驗班長和試驗員。

2.5 試驗設(shè)備管理

物理試驗的儀器設(shè)備管理和試驗實施同樣重要，秦山第二核電廠建立了專用的物理試驗室，用于儀器設(shè)備的存放和管理；建立了專用的物理試驗設(shè)備臺賬，用于各儀器設(shè)備的跟蹤；建立并按時實施了設(shè)備送檢，保證所有設(shè)備在檢驗合格的時間范圍內(nèi)。對于重要的測量儀器，如四筆記錄儀、反應(yīng)性儀等，實行每2臺機組一用一備的管理。對于物理試驗室管理，每月安排人員執(zhí)行巡檢，檢查試驗室的環(huán)境，并對各設(shè)備進行離線的檢查。設(shè)備的良好狀態(tài)，是試驗良好執(zhí)行的保障。

2.6 試驗方法管理

由于啟動升功率物理試驗與電站大修控制和經(jīng)濟效益相關(guān)，同時，反應(yīng)堆物理試驗過程中反應(yīng)性的安全控制也十分重要，因此，反應(yīng)堆物理試驗方法也需要改進和發(fā)展，主要通過幾個方面的研究進行：

1）對現(xiàn)有方法進行檢查和細節(jié)的改進，這個方面是比較保守的，現(xiàn)有方法基本上是國際上比較通用且應(yīng)用比較廣泛的方法，但也有一定的缺點。由于通用，因此對于不同的核電廠必然不是最合適的，需要根據(jù)堆芯運行和儀器的發(fā)展進行相應(yīng)的修改。

2）國內(nèi)同行方法的學(xué)習(xí)和比較。秦山第二核電廠通過與國內(nèi)同行的定期交流，對物理試驗方法有一定發(fā)展，在3號機組調(diào)試中，對控制棒價值的測量，采取了互刻法，就是同行交流的結(jié)果;在3號機組壽期末，對慢化劑溫度系數(shù)的測量，秦山第二核電廠學(xué)習(xí)了不同電站的方法，并通過比較，最終確定了適合的方法。

3）國外先進方法的研究儲備。目前，國外無論研究機構(gòu)還是核電廠，都發(fā)展了較為先進的堆芯物理試驗方法，在驗證設(shè)計的同時節(jié)約了很多時間。包括次臨界下刻棒試驗、動態(tài)刻棒試驗、在線功率監(jiān)測、噪聲法測量等。通過這種國外方法的學(xué)習(xí)調(diào)研，為將來的物理試驗節(jié)約大修時間和提高水平奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

秦山第二核電廠物理試驗監(jiān)督要求的制定，規(guī)范了核電廠物理試驗的項目安排、參數(shù)監(jiān)督、驗收準則和安全措施。物理試驗實施管理的持續(xù)改進，加強了核電廠物理試驗實施過程的質(zhì)量控制，提高了物理試驗過程的安全性和穩(wěn)定性。通過18個堆年的物理試驗實施和反饋，秦山第二核電廠建立的物理試驗管理體系已比較成熟，為核電廠4臺機組的換料后物理試驗、核電廠將來實施長循環(huán)燃料管理變更后的物理試驗實施等提供了保障和指導(dǎo)，對同類型其他核電廠的物理試驗管理，也具有借鑒意義。

[1]葉國棟，等.中核集團秦山第二核電廠燃料管理持續(xù)改進[R]. 中國核學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會.（YE Guodong, et al. Continuous improvement of fuel management in Qinshan II [R].2009 annual academic meeting of China Nuclear Society.）

[2]秦山第二核電廠. 物理試驗監(jiān)督要求[R]，2009.（Qinshan NPP Phase II. Supervision requirements for physical experience [R],2009.）