堆芯通量測(cè)繪程序異常的原因分析和處理

杜君堯

【摘 要】本文介紹了三廠堆芯通量測(cè)繪程序的工作原理，針對(duì)近期2號(hào)機(jī)組堆芯通量測(cè)繪程序頻繁故障報(bào)警的現(xiàn)象，分析程序故障時(shí)機(jī)組的響應(yīng)，并與反應(yīng)堆功率控制程序中液體區(qū)域控制系統(tǒng)故障時(shí)機(jī)組的響應(yīng)相比較，簡(jiǎn)述了堆芯通量測(cè)繪程序異常時(shí)主控室操作員對(duì)故障的定位和處理。

【關(guān)鍵字】堆芯通量測(cè)繪程序;機(jī)組響應(yīng);故障定位和處理

中圖分類號(hào)： TL375.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）17-0226-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.107

0 概述

中核運(yùn)行三廠重水堆采用天然鈾作為燃料， 需要不停堆換料。因此在正常運(yùn)行期間， 其堆芯的中子通量分布由于燃耗的增加、裝卸料操作以及反應(yīng)性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作而隨時(shí)可能發(fā)生變化。因此， 在對(duì)反應(yīng)堆功率進(jìn)行控制時(shí)，需要通過(guò)堆芯通量測(cè)繪程序（下文簡(jiǎn)稱FLUX）實(shí)時(shí)計(jì)算反應(yīng)堆堆芯的中子通量分布，才能對(duì)反應(yīng)堆功率進(jìn)行準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，保證堆芯的安全。為了使功率在堆芯內(nèi)分布平衡，堆芯被劃分為14個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)的功率可以分別控制，使它們都盡量達(dá)到平均功率。為了得到準(zhǔn)確的區(qū)域功率，在堆芯內(nèi)部還安裝了102根釩探測(cè)器。它們用于校驗(yàn)鉑探測(cè)器的功率。堆芯通量測(cè)繪程序根據(jù)讀入的102個(gè)信號(hào)，計(jì)算出14個(gè)區(qū)域功率的校驗(yàn)因子ADiF，最終控制用的區(qū)域功率是根據(jù)熱功率和釩探測(cè)器功率校驗(yàn)后的鉑探測(cè)器功率。

1 堆芯通量測(cè)繪程序FLUX

1.1 程序功能

堆芯通量測(cè)繪程序（FLUX）的功能是建立反應(yīng)堆內(nèi)詳細(xì)的中子通量分布圖，為反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)（RRS）提供控制參數(shù)，同時(shí)也為操縱員提供反應(yīng)堆堆芯功率和中子通量等有關(guān)信息。

程序的主要功能有：

1.1.1 區(qū)域功率校正因子的計(jì)算

FLUX程序?yàn)镽RS程序的功率測(cè)量和校準(zhǔn)模塊提供14個(gè)區(qū)域的校正因子ADiF。

1.1.2 降功率模塊的功率計(jì)算

FLUX程序?yàn)镽RS程序的降功率模塊提供用來(lái)計(jì)算停堆整定值的參數(shù)。該參數(shù)稱為PGMAX（取FLUX程序計(jì)算的500個(gè)點(diǎn)中、燃料棒束功率自高而低排列的第15個(gè)棒束的功率）。實(shí)際上，這是一個(gè)最大中子通量的閾值：即僅有1%的燃料棒束可以達(dá)到這樣高的通量水平。

1.1.3 信息表的計(jì)算

根據(jù)要求，F(xiàn)LUX程序提供有關(guān)釩中子通量探測(cè)器的信息表和堆內(nèi)不同位置的功率和通量的信息表。

1.2 程序的運(yùn)行

FLUX程序是慢程序和開(kāi)關(guān)程序，它是一個(gè)完全獨(dú)立的程序，自己控制報(bào)警信息的輸出。FLUX程序又由FLX1、FLX2和FLX3三個(gè)程序組成，前兩個(gè)子程序用來(lái)處理通量探測(cè)器的信號(hào)，第三個(gè)子程序則用來(lái)計(jì)算處理所需要的有關(guān)信息。

程序的每一次執(zhí)行只調(diào)用這三個(gè)子程序中的一個(gè)，每8秒運(yùn)行一次;而且在多數(shù)情況下，每個(gè)子程序中也只有部分程序得到了執(zhí)行。一個(gè)正常完整的全周期計(jì)算需要完成上述三個(gè)子程序的14次調(diào)用，總計(jì)耗時(shí)112秒。

1.3 釩探信號(hào)異常時(shí)程序的響應(yīng)

CANDU堆用于堆芯通量測(cè)繪的探測(cè)器是自給能釩探測(cè)器。FLUX程序執(zhí)行的所有計(jì)算的基礎(chǔ)是反應(yīng)堆內(nèi)102個(gè)釩中子通量探測(cè)器的中子通量讀數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 該探測(cè)器在堆芯使用10年后總體失效率會(huì)達(dá)到 50%， 但在前6年內(nèi)一般不會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象， 在6年之后失效率呈直線上升，在運(yùn)行后第6年到第10年期間， 釩探測(cè)器每年的失效數(shù)量會(huì)從幾根上升至幾十根。我廠2號(hào)機(jī)組已有36號(hào)和91號(hào)釩探失效。

在每一個(gè)完整的FLUX程序的計(jì)算周期內(nèi)，子程序FLX2主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)信號(hào)嚴(yán)重漂移的和失效的中子通量探測(cè)器，并計(jì)算相應(yīng)的估算中子通量來(lái)代替這些失效（異?；蚱疲┑闹凶油刻綔y(cè)器讀數(shù)。這個(gè)計(jì)算過(guò)程要重復(fù)執(zhí)行兩次，第一次采用一個(gè)寬誤差限，第二次則采用窄誤差限。第一次的“寬通道”是用來(lái)識(shí)別具有顯著漂移但又不致殃及其相鄰探測(cè)器的失效探測(cè)器。

2 FLUX程序異常時(shí)的分析和處理

由于2號(hào)機(jī)組釩探國(guó)產(chǎn)化，36號(hào)釩探和91號(hào)釩探分別于2013年2月19日和20日失效，之后，2號(hào)機(jī)組多次出現(xiàn)FLUX程序異常的報(bào)警，特別是6月4日因FLUX程序異常導(dǎo)致區(qū)域功率波動(dòng)致使停堆系統(tǒng)ROPT裕量降低而被迫降功率事件。

2.1 事件回顧

2013年6月4日中班，J08通道換料結(jié)束，執(zhí)行完ROPT探測(cè)器正常標(biāo)定后，ROPT裕量正常，隨后恢復(fù)滿功率運(yùn)行。5分鐘后， FLUX程序突然發(fā)出“FLX 153 FLX PRGM BAD：MANY DET BAD”、“FLX 155 DET LIFETIME TOTAL NOT UPDATED”報(bào)警。2分鐘后報(bào)警消除，一切似乎恢復(fù)正常：滿功率運(yùn)行，沒(méi)有窗口報(bào)警，沒(méi)有CRT報(bào)警， FLUX程序運(yùn)行指示燈正常閃爍。2號(hào)機(jī)組之前曾發(fā)生過(guò)兩次FLUX 程序異常報(bào)警的情況，當(dāng)時(shí)并未產(chǎn)生明顯后果，但主控操縱員并未放松對(duì)機(jī)組狀態(tài)的監(jiān)視，主動(dòng)檢查L(zhǎng)ZC區(qū)域水位、ROPT裕量、區(qū)域功率等重要參數(shù)。通過(guò)調(diào)取1號(hào)停堆系統(tǒng)ROPT參數(shù)監(jiān)視界面，發(fā)現(xiàn)ROPT 9E裕量低于6%FP且正在減小，緊接著ROPT 9F裕量低于6%FP且正在減小。值長(zhǎng)下令立即降功率至99%FP，操縱員快速走向主控盤臺(tái)6的同時(shí)，出現(xiàn)“1號(hào)停堆系統(tǒng)ROPT裕量低”報(bào)警。操縱員熟練地調(diào)出降功率界面，準(zhǔn)確輸入降功率速率、目標(biāo)功率，按下EXECUTE鍵進(jìn)行降功率，幾乎在功率下降的同一時(shí)刻，ROPT 9F裕量低于4%FP，PDS發(fā)出了紅色警示。降功率后ROPT裕量逐漸好轉(zhuǎn)，“1號(hào)停堆系統(tǒng)ROPT裕量低”報(bào)警消除，機(jī)組在99%FP運(yùn)行正常，有效避免了機(jī)組發(fā)生瞬態(tài)。

2.2 功率波動(dòng)原因分析

事件發(fā)生后主控室操作員立即調(diào)出反應(yīng)堆各個(gè)區(qū)域的LZC液位和區(qū)域功率調(diào)查原因，發(fā)現(xiàn)多個(gè)區(qū)域的LZC液位和未校正鉑探功率發(fā)生大幅波動(dòng)，特別是2區(qū)液位從34.6%降至18.18%，非校正鉑探功率最高達(dá)107.9%FP，9區(qū)非校正鉑探功率也最高達(dá)107.3%FP，多個(gè)ROPT裕量低于6%FP甚至4%FP，直到降功率后這些參數(shù)才發(fā)生好轉(zhuǎn)。為什么多個(gè)區(qū)域的區(qū)域功率和LZC液位會(huì)異常波動(dòng)呢？主控操縱員通過(guò)進(jìn)一步詳細(xì)的檢查，又聯(lián)想到事件發(fā)生前的FLUX程序異常報(bào)警，終于發(fā)現(xiàn)了根本原因是由于多個(gè)區(qū)域的區(qū)域功率校正因子ADiF突變?cè)斐傻摹?/p>

2.3 FLUX程序異常原因分析

事件發(fā)生后，運(yùn)行人員聯(lián)合相關(guān)技術(shù)人員一起調(diào)查事件原因。由于2號(hào)機(jī)組有兩個(gè)失效的釩探，大家首先把矛頭指向了這兩個(gè)釩探，通過(guò)臨時(shí)變更，選擇36/91號(hào)釩探鄰近探測(cè)器信號(hào)替代原信號(hào)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考驗(yàn)，F(xiàn)LUX異常報(bào)警不再出現(xiàn)。但釩探失效是不可避免的，F(xiàn)LUX程序也是可以允許少量釩探失效的，為什么兩個(gè)釩探失效就會(huì)造成怎么嚴(yán)重的問(wèn)題呢？技術(shù)人員又把焦點(diǎn)放在了FLUX程序本身上，為了避免再有新釩探失效造成同樣的后果，技術(shù)人員升級(jí)FLUX程序，從根本上解決了該問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)一系列的研究和驗(yàn)證，最終確定了FLUX程序異常的原因?yàn)镕LUX程序內(nèi)部邏輯缺陷，自身糾錯(cuò)邏輯有漏洞，再加上失效釩探，功率波動(dòng)等外部擾動(dòng)下導(dǎo)致計(jì)算釩探信號(hào)時(shí)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，由2個(gè)失效的釩探信號(hào)逐漸放大為多個(gè)釩探信號(hào)失效，從而導(dǎo)致程序出現(xiàn)報(bào)警并給出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，引發(fā)功率控制錯(cuò)誤。

2.4 FLUX程序異常時(shí)主控室操縱員的響應(yīng)

在6月4日的FLUX程序異常導(dǎo)致降功率事件中，主控室操作員是在FLUX程序報(bào)警幾分鐘之后才發(fā)現(xiàn)的多個(gè)停堆系統(tǒng)ROPT裕量低而降功率的，而實(shí)際上功率的波動(dòng)在報(bào)警時(shí)就開(kāi)始了，如果主控室操縱員忙于檢查其他參數(shù)沒(méi)有看到ROPT裕量快速降低，而是在停堆系統(tǒng)ROPT裕量低報(bào)警后才去降功率，很有可能來(lái)不及降功率而造成停堆系統(tǒng)局部高中子通量脫扣的停堆停機(jī)事件。

因此，主控室操縱員在看到FLUX程序異常的報(bào)警時(shí)，應(yīng)立即檢查兩個(gè)停堆系統(tǒng)的ROPT裕量、各個(gè)區(qū)域的真實(shí)功率和區(qū)域功率校正因子ADiF，并打印失效的釩探列表。如果工況持續(xù)惡化，應(yīng)立即降低反應(yīng)堆功率，而不必等ROPT裕量低報(bào)警，這樣我們就會(huì)有更充裕的時(shí)間來(lái)處理事故工況，避免機(jī)組的進(jìn)一步惡化。通過(guò)上節(jié)FLUX程序異常原因分析我們可以知道，當(dāng)功率處于使DELK1=0.9762928左右時(shí)，會(huì)使計(jì)算出的DELK1為負(fù)，進(jìn)而造成計(jì)算釩探信號(hào)時(shí)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，由少數(shù)失效的釩探信號(hào)逐漸放大為多個(gè)釩探信號(hào)失效，因此我們降低1%FP的反應(yīng)堆功率即可避免DELK1為負(fù)的情況，事實(shí)上也正是如此，當(dāng)主控室操縱員在降低了1%FP功率后，ADiF立即好轉(zhuǎn)，機(jī)組隨即恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 總結(jié)

堆芯通量測(cè)繪程序（FLUX）作為反應(yīng)堆功率控制程序的一部分，在機(jī)組功率控制中起著非常重要的作用，F(xiàn)LUX程序的穩(wěn)定運(yùn)行是電廠穩(wěn)定的重要條件。當(dāng)FLUX程序出現(xiàn)異常時(shí)，有可能會(huì)引起機(jī)組功率的波動(dòng)甚至瞬態(tài)。作為主控室操縱員，應(yīng)清楚了解FLUX程序的功能，掌握程序故障時(shí)的判斷和處理，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。由于本人水平有限，并且作為運(yùn)行人員，并沒(méi)有深究FLUX程序的計(jì)算原理，文中難免存在錯(cuò)誤，敬請(qǐng)指正。

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