EPR首堆試驗項目的選取方法

余維銘邱小平陳世記伍家彬

（1.南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽 421001；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124；3.臺山核電合營有限公司，廣東臺山 529228）

EPR首堆試驗項目的選取方法

余維銘1，2邱小平1陳世記2伍家彬3

（1.南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽 421001；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124；3.臺山核電合營有限公司，廣東臺山 529228）

本文通過研究美國核管會、國際院子能機構(gòu)、國家核安全局等機構(gòu)關(guān)于原型堆首臺機組試驗項目相關(guān)的法規(guī)要求，梳理EPR歐洲先進(jìn)壓水堆的新系統(tǒng)、新設(shè)備、新結(jié)構(gòu)、新特性，分析EPR項目調(diào)試范圍分析試驗項目對機組進(jìn)度、機組投入、機組瞬態(tài)、試驗風(fēng)險等影響因素，給出了EPR機組首堆試驗定義、EPR機組首堆試驗的選取原則、選取依據(jù)、選取流程與方法。

EPR 首堆試驗 選取 方法

EPR大量吸取了法國N4型壓水堆核電廠和德國KONVOI型壓水堆核電廠的經(jīng)驗，并在安全方面采用了一些新的技術(shù)和新概念。相比AP1000項目美國核管會（NRC）在2004年9月出版的NUREG-1973［1］第14.2.5.1節(jié)的中已基本同意其7個首堆試驗（FPOT Firstplant-only-test）項目與2個首三堆試驗（F3POT First-three plant only test）項目，EPR遲遲未有首堆試驗的相關(guān)分析方案。

1　法規(guī)的要求及定義

1.1國內(nèi)法規(guī)導(dǎo)則的要求

目前我國在用的核安全法規(guī)HAF103《核動力廠運行安全規(guī)定》［2］（2004版）及核安全導(dǎo)則HAD103/02《核電廠調(diào)試程序》［3］（1987版）對首堆試驗均未作具體規(guī)定。

圖1　EPR 調(diào)試試驗項目劃分示意圖［6］Fig. 1 EPR Commissioning Test classify［6］

圖2　EPR首堆試驗選取的流程［6］Fig. 2 Flow of EPR FOAK Selction［6］

圖3　FPOT EPR試驗項目選取分析Fig. 3 Analysis on FPOT EPR Test Items

1.2IAEA的法規(guī)要求

IAEA 的安全標(biāo)準(zhǔn)的安全導(dǎo)則NS-G-2.《9Commissioning for Nuclear Power Plants》［4］的第2.2章規(guī)定：調(diào)試大綱可包括不同類型的試驗，并應(yīng)區(qū)別如下：a）驗證每個系統(tǒng)功能（包括其總體性能）的試驗；b）新型設(shè)備的試驗；c）對一個系列的原型核動力廠進(jìn)行試驗是為了檢驗新概念的正確性，對于該系列隨后的核動力廠的試驗則只是為了驗證其符合性；d）為確認(rèn)設(shè)計所用計算程序的正確性和證實安全系統(tǒng)整定值的正確性而獲取數(shù)據(jù)的試驗；e）確認(rèn)運行規(guī)程正確性的試驗。

圖4　僅需要在1號機中的1列進(jìn)行的試驗項目Fig. 4 Test only need to performed in one train of unit

圖5　電源和儀控系統(tǒng)試驗項目選取分析Fig.5 Instrument &Control System Test Items Selection analysis

圖6　合同與性能驗證相關(guān)項目選取分析Fig.6 Contract and Performance Validation Related test Analysis

圖7　驗證新設(shè)計相關(guān)項目選取分析Fig.7 Validation New Design test Analysis

上述b、c條款是目前我國對于首堆試驗最直接適用法規(guī)中的規(guī)定條款。

1.3NRC的法規(guī)要求

NRC在2007年3月第三版的RG 1.68（Regulation Guideline）《Initial Test Programs for Water-Cooled Nuclear Power Plants》［5］的A22頁中對首堆試驗有如下規(guī)定：FOAK（First of a Kind）首類試驗定義為，據(jù)聯(lián)邦法規(guī)第10章第52部分進(jìn)行設(shè)計的新反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)或部件（SSC）相關(guān)的新設(shè)計特點進(jìn)行的全新的、獨特的、或者特殊的試驗。《初始試驗大綱》的電站功能試驗要求中需要對其進(jìn)行性能驗證。

1.4EPR首堆試驗的定義

EPR核電技術(shù)是一個改進(jìn)型的設(shè)計，因此，EPR的調(diào)試項目中也包含上述2個電站在FOAK方面所獲得的經(jīng)驗。目前EPR的調(diào)試分類見下圖1。

（1）EPR FOAK的定義。EPR FOAK：為驗證EPR新的理念或新的設(shè)計特征而進(jìn)行的試驗。（與EPR結(jié)構(gòu)/系統(tǒng)/部件（SSC）有關(guān)的設(shè)計）。

（2）EPR FOAK分類。分為以下三類：①FPOT EPR：僅需要在全球EPR的首臺機組上進(jìn)行的試驗；②FPOT XXX：需要在每一個EPR項目的第一臺機組上進(jìn)行的試驗；例如，對應(yīng)臺山項目，為FPOT TSN1，表示僅需要在臺山EPR項目的1號機組進(jìn)行驗證的試驗，臺山2號機組不需要再次進(jìn)行驗證；③FOAK （non-FPOT）：對EPR的新設(shè)計特點進(jìn)行的試驗需要在每個EPR機組上進(jìn)行；例如EPR的穩(wěn)壓器安全閥為新的設(shè)計的，不同于以往CPR項目使用的先導(dǎo)式安全閥，所以需要在所有項目中對該閥進(jìn)行試驗，以確保其可用性。

其中①和②屬于特殊試驗，第三類屬于標(biāo)準(zhǔn)試驗項目。

2　EPR首堆試驗的選取方法與流程

2.1EPR FOAK FPOT的選取原則

（1）FPOT EPR。FPOT EPR的試驗結(jié)果對所有的EPR項目都有效，其試驗結(jié)果不會受以下的影響：①不同EPR項目之間設(shè)計差異；②不同國家之間的法規(guī)差異；③不同電站之間的操作差異（運行模式，機組設(shè)置等的）。

（2）FPOT XXX。FPOT XXX在某個項目1號機組的試驗結(jié)果也適用于該項目的其他機組。

2.2FPOT EPR及FPOT XXX的選取依據(jù)

FPOT EPR和FPOT XXX其選取主要原因及依據(jù)如下：①試驗對機組或設(shè)備可能會引入瞬態(tài)導(dǎo)致運行參數(shù)的急劇變化，可能使系統(tǒng)或設(shè)備超出運行限值的要求；②試驗執(zhí)行過程很復(fù)雜，例如需要設(shè)計和使用專門的工具及專門的儀表；③需要在嚴(yán)重或特殊的試驗工況下進(jìn)行多次試驗。

2.3EPR首堆試驗選取的流程

EPR首堆試驗項目的選取流程見圖2。

（1）STEP 1對于每個EPR項目，建立需要執(zhí)行調(diào)試試驗的完整清單，以確保機組得到完整的驗證（遵循安全/可操作性/合同需求）；

（2）STEP 2選擇哪些項目可以不在所有的EPR機組上執(zhí)行（FPOT），由以下因素決定：1）結(jié)果適用于其它機組：試驗結(jié)果不會受到不同設(shè)計、操作、法規(guī)的影響。2）試驗特性：對系統(tǒng)和設(shè)備而言極端苛刻、復(fù)雜性、需要大量的試驗工況和組態(tài)；

（3）STEP 3明確試驗是否只在第一個機組執(zhí)行或應(yīng)在幾個機組執(zhí)行（FPOT EPR FPOT xxx）；

（4）STEP 4對每一個確認(rèn)的FPOT項目，確定能同時滿足完成論證和限制風(fēng)險的最好的試驗方案（哪種工況及組態(tài)進(jìn)行試驗，是否適用試驗結(jié)果轉(zhuǎn)換，使用特殊的試驗方法等）；

（5）STEP 5最終審查以得到參與各方（設(shè)計方，營運單位，監(jiān)管當(dāng)局）的認(rèn)可；

根據(jù)項目的進(jìn)展情況，項目業(yè)主可以自行決定是否使用別的項目的試驗結(jié)果（即使FPOT僅需要在一個機組上進(jìn)行，但業(yè)主仍然可以決定在自己的項目上再次執(zhí)行該試驗）。

3　臺山EPR的首堆試驗項目

通過前面的分析，結(jié)合臺山核電廠（TSN）相比N4和Konvoi的新的設(shè)計、新的概念及之前電站的經(jīng)驗反饋，確定了4項FPOT EPR試驗及14項 FPOT TSN1試驗。

3.1FPOT EPR項目選擇及其分析

FPOT EPR項目的選取分析見圖3。其中的風(fēng)險簡列如下：

（1）堆內(nèi)構(gòu)件流致振動試驗：該試驗儀表從設(shè)計、采購、到安裝完畢需要17個月時間，試驗風(fēng)險及操作難度大，堆內(nèi)構(gòu)件可能在儀表安裝和拆除期間損壞，或在試驗期間儀表部件脫落；

（2）不同主泵配置工況下穩(wěn)壓器噴淋效率試驗：試驗會造成電站參數(shù)的急劇變化，可能引入設(shè)備瞬態(tài)，超出運行限值的風(fēng)險；

（3）自然循環(huán)試驗：該項目可能會出現(xiàn)飽和裕度低、堆芯產(chǎn)生熱點、穩(wěn)壓器波動管處產(chǎn)生比較高的溫度偏差等風(fēng)險；

（4）40%NP（NP表示核功率Nuclear power）下失去一臺主泵后重新啟動：試驗會導(dǎo)致機組進(jìn)入瞬態(tài)工況，可能造成機組超出運行限值的要求，有導(dǎo)致反應(yīng)堆的風(fēng)險。

3.2FPOT XXX項目選擇及其分析

FPOT XXX對臺山而言就是FPOT TSN1，通過分析，得出14項需要在臺山1號機進(jìn)行的首堆試驗。這些試驗項目因為1號機組與2號機組在該試驗分為以下幾類：

（1）僅需要在1號機組中的一列執(zhí)行（見圖4），該類試驗有產(chǎn)生不可用記數(shù)事件的風(fēng)險。

（2）電源和儀控系統(tǒng)試驗（見圖4），該類試驗在切換時可能失去對機組的控制，造成設(shè)備損壞，產(chǎn)生不可用記數(shù)事件的風(fēng)險。

（3）合同和性能驗證試驗（見圖6），該類試驗是根據(jù)合同要求及過去的二代核電不同技術(shù)系列的實踐要求進(jìn)行的，在每個項目的1臺機組上進(jìn)行就足夠完成所需的驗證。

（4）驗證工藝系統(tǒng)新設(shè)計（見圖7），該類試驗有引入瞬態(tài)，對機組設(shè)備造成損壞（泵汽蝕），產(chǎn)生不可用記數(shù)事件的風(fēng)險，需要優(yōu)化試驗方案以避免發(fā)生瞬態(tài)。

說明：圖3到表7中“+”表示受到影響“；-”表示不受影響“；=”表示一致性；布置及設(shè)備尺寸及設(shè)計相似性是針對臺山1號機及2號機組進(jìn)行的比較；設(shè)計相似性指溫度、壓力、流量、功率、容量、儀控設(shè)計等。

4　結(jié)語

本文對首堆試驗適用的規(guī)范進(jìn)行了簡要介紹，重點介紹了EPR首堆試驗的定義及EPR首堆試驗的選取流程，系統(tǒng)闡述了EPR FPOT及EPR TSN1的選取需要考慮的因素和選取原則，為后續(xù)華龍一號系列機組的首堆試驗選取積累了經(jīng)驗，起到了良好的經(jīng)驗反饋作用。

［1］NRC. NUREG-1973， chapter 14，［Z］.2004-9.

［2］國家核安全局.核動力廠運行安全規(guī)定［Z］.2004-04-18.

［3］國家核安全局.核電廠調(diào)試程序［Z］.1987-04-17.

［4］IAEA.NS-G-2.9 Commissioning for Nuclear Power Plants ［Z］. 2003.

［5］NRC.RG 1.68 Initial Test Programs for Water-Cooled Nuclear Power Plants ［Z］.2007-03.

［6］AREVA NP. Specific EPR features FOAK tests.［C］ MDEP EPRWG，ShenZhen.2013-06-03.

This subject through research the related regulations and requirements for first of a kind test， integrating the EPR new feature and new characteristic during the commissioning scope of Taishan nuclear power plant unit 1， discuss the FOAK definition and the methodology for select EPR first of a kind test items.

EPR； First of a kind； Select； Methodology

余維銘（1983—），男，漢族，福建永安人，工程師，南華大學(xué)核能與核技術(shù)工程在讀研究生，現(xiàn)在從事核電站總體試驗工作；邱小平（1958—），男，教授，學(xué)士，單位：南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，從事核技術(shù)應(yīng)用、輻射防護(hù)研究；伍家彬（1971—），男，漢族，重慶人，副研究員，學(xué)士，單位：臺山核電合營有限公司，現(xiàn)在從事核電站調(diào)試管理工作；陳世記（1984—），廣西柳州人，男，工程師，學(xué)士學(xué)位，單位：中廣核工程有限公司，現(xiàn)在從事核島調(diào)試工作。