壓水堆機組壽期末降功率延伸運行方案研究

焦健　王勇智　楊卓芳

[摘? ? 要 ]隨著發(fā)電基地核電機組的不斷增加和長循環(huán)燃料管理模式的逐步應用，機組大修規(guī)劃和電網(wǎng)調(diào)峰保電矛盾日益突出，延伸運行的應用日益頻繁。降功率延伸運行相比降溫度延伸運行有諸多優(yōu)點：不改變溫度功率對應關系，不改變二回路蒸汽品質(zhì)，需要開展的論證較少，實際應用靈活性較大。本文以壓水堆機組壽期末延伸運行方案設計為例，分析降功率延伸運行需要考慮的邊界條件、延伸運行方案的設計、論證。從延伸運行模式的選擇、事故分析、燃耗限值、系統(tǒng)設備周期影響、關鍵安全參數(shù)的獨立校算、方案的經(jīng)濟性分析等多角度建立延伸運行方案設計和選擇的方法體系。根據(jù)反應性計算和其它多因素綜合考慮，選擇了方案2——分平臺階梯式降功率的延伸運行方式作為本循環(huán)擬采用的方式，并對其進行了多方面論證。論證表明：該方案滿足延伸運行能量需求，滿足延伸運行論證體系各方面相關要求，其實施可以達到推遲停堆時間目的，增加了發(fā)電量，提高了非復用組件的卸料燃耗，具備顯著的經(jīng)濟性和良好的社會效益。文章還對未來進一步增加運行周期裕量的方案進行了初步探討。

[關鍵詞]延伸運行;方案設計;邊界條件

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]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

核電壓水堆機組在運行達到一定燃耗情況下，硼濃度不能繼續(xù)降低.由于某些原因，需要延長運行時間，即需要實施延伸運行[1]。延伸運行的方式按反應性釋放的方式不同可以分為兩種：降溫度（降參數(shù)）延伸運行和降功率延伸運行[2]。

國內(nèi)某核電廠預計自然停堆時間為2020年8月11日。為滿足電網(wǎng)迎峰度夏要求，生產(chǎn)計劃安排該循環(huán)通過延伸運行方式延伸至9月1日停堆。為滿足該延伸運行的要求，需要開展延伸運行的方案設計和分析論證，確定了方案的可行性和實施建議。

2 延伸運行邊界條件

延伸運行的實施不僅涉及堆內(nèi)燃料組件燃耗的繼續(xù)加深，還涉及到延伸運行期間安全分析的論證結果是否被有效驗證，延伸運行對系統(tǒng)、設備等的影響，主要包括：

2.1 延伸運行方案必須滿足FSAR事故分析的論證結論

必須對延伸運行期間的可能出現(xiàn)的事故進行全面的分析論證，論證的范圍同每一個循環(huán)換料設計時進行的論證范圍相同，其結果也被《機組最終安全分析報告》（FSAR）論證包絡。

2.2 延伸運行方案必須滿足燃耗限制要求

延伸運行方案必須滿足燃料管理論證的燃耗限值的相關要求，燃料組件和燃料棒的燃耗限值是保證燃料安全屏障完整性和事故分析有效性的重要基礎，必須保證任何情況下機組的燃耗不能超過經(jīng)過論證審批的該類型燃料組件和燃料棒的最大燃耗限值。

2.3 延伸運行方案必須考慮對機組運行的影響

壽期末功率變化期間，相關反饋系數(shù)會變得更大，反饋效應更明顯。相關的調(diào)節(jié)會引起機組軸向功率偏差的變化，由于壽期末本身變軸向功率偏差超帶風險大，功率和溫度的變化會導致該風險進一步增加。因此在延伸運行功率變化的方式選擇和實際控制過程中應該充分考慮超帶風險和預防措施。

2.4 延伸運行方案必須考慮周期延長對系統(tǒng)設備的影響

包括延伸運行時間在內(nèi)的運行周期必須滿足系統(tǒng)設備周期論證的相關要求，在機組延長運行時間例如由年度換料改為長燃料循環(huán)或者實施壽期末延伸運行時間間隔內(nèi)，相關安全相關定期試驗的試驗周期應該滿足機組運行模式下經(jīng)過論證的系統(tǒng)設備周期定期試驗要求。

2.5 延伸運行方案必須考慮經(jīng)濟性

必須考慮延伸運行方式對后續(xù)循環(huán)規(guī)劃的影響，必須考慮延伸運行方案的經(jīng)濟性，盡量減小負荷因子的損失。

3 方案設計分析

3.1 方案1——一次性階躍式降功率

方案描述：一次性降低核功率到某一個滿足要求的功率平臺，保持該功率運行到壽期末;計算得到需要一次性降功率到86%FP，通過功率虧損和氙毒釋放，可以保證機組停堆時間延長至9月1日。

3.2 方案2——分階段階躍式降功率

方案描述：核功率由99%FP階躍降功率方式下降至90%FP，并在此功率平臺停留盡量，然后由90%平臺降功率一定平臺，共計運行時間為20天，計算得到該平臺為83%FP.

3.3 方案3——每日逐步降功率的設計和論證

方案描述：采用每天連續(xù)降功率方式，降功率范圍釋放的反應性略大于燃耗累積和氙毒變化引入的負反應性。根據(jù)測算，在壽期末，功率每降低1%FP可以延續(xù)運行1個自然天。因此可以每天降功率1%FP至80%FP停堆。

針對三種方案的分析，從表1中可以看出，在延伸運行的長度相同情況下，方案3的平均功率最高，負荷因子最好，經(jīng)濟型最好。功率變化期間的反應性控制難度方案3由于累計效應原因，AO變化范圍大，但實際操作會消除累計效應。方案2方案3反應性控制次數(shù)較多但操作簡單，氙震蕩風險較小。方案3需要開展的安全分析論證范圍較大，需要模擬的狀態(tài)點較多，尤其是PCI裕量分析需要明確的功率史，短時間內(nèi)無法進行充分的論證。方案2的熱點因子最小，安全性更好。綜合安全性、機組控制風險、安全分析論證的可能性、機組經(jīng)濟性，本次機組降功率方案擬采用方案2——兩個功率平臺的階躍式降功率延伸運行實施方案。

4 方案論證

4.1 對FSAR的符合性驗證——超差事故的分析

延伸運行期間的燃耗和運行狀態(tài)已經(jīng)超出了自然循環(huán)的論證范圍。經(jīng)過建模計算，采用方案2的延伸運行方式，進行通用關鍵安全參數(shù)的計算和特定事故的事故分析，主要結果如下：

按方案2功率運行時單棒提出事故EOL的最大FQ（RCCA提出后）超出FSAR限值，采用更保守的參數(shù)進行事故分析，結果表明FSAR各限制準則均能夠得到滿足。

50%FP-EOL、HFP-EOL工況下彈棒事故最大FQ不能被RSAC限值包絡，但是在采用更為惡劣的FQ參數(shù)進行事故分析后發(fā)現(xiàn)，事故后果仍然未超出限值，F(xiàn)SAR各限制準則均能夠得到滿足。

4.2 對系統(tǒng)設備周期的符合性

在進行延伸運行論證時不僅需要考慮反應堆物理燃料方面燃耗的加深和相關參數(shù)的變化，還需要考慮延長的運行周期對機組系統(tǒng)設別、定期試驗的相關影響。在壓水堆機組開展長燃耗循環(huán)（18個月?lián)Q料）的相關論證時論證了包括對電廠系統(tǒng)設備檢查、監(jiān)督、試驗和維修等與周期延長相關的項目進行分析論證，經(jīng)過論證完成了預防性維修、定期試驗、在役檢查和儀表漂移等專項論證份報告，對電廠大綱級文件和電廠規(guī)程進行修改。論證表明在平衡循環(huán)+機動循環(huán)的運行模式下，現(xiàn)有的系統(tǒng)設備周期技術文件和技術規(guī)程可以覆蓋延伸運行的周期延長。本次延伸運行的周期沒有超出長循環(huán)的論證范圍，因此相關論證結果仍然試用。

4.3 軸向功率偏差的計算及硼-棒控制建議

根據(jù)方案2的降功率運行方案，運用核設計軟件系統(tǒng)，考慮氙毒變化和功率反饋效應，進行多次模擬-修正迭代計算，給出方案2的優(yōu)化硼——棒控制操作建議，如圖1所示，供運行人員參考，按此控制方案可以盡量降低氙震蕩的影響，確?！鱅控制在運行帶盡量小的范圍。

5 結束語

本文根據(jù)生產(chǎn)計劃和大修規(guī)劃的實際需求，詳細論證的壓水堆機組壽期末采用降功率方式進行延伸運行的可能性、可行性、經(jīng)濟性，給出降功率延伸運行的具體方案，就擬采用的方案在對FSAR的遵守和影響、對系統(tǒng)設備周期等方面的影響、對燃料管理策略的遵守、對運行操作實踐等方面進行了詳細的論證，驗證延伸運行的可行性。壓水堆機組機組

已經(jīng)按此方案在8月13日至9月1日期間實施了參考方案2的延伸運行，延后大修時間約20個自然天，保證夏季用電高峰，增加可觀的發(fā)電量，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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