核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書標(biāo)準(zhǔn)化探討

萬(wàn)寒陽(yáng)

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 葫蘆島 125100）

0 前言

運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書規(guī)定了核電廠正常運(yùn)行、運(yùn)行瞬態(tài)及異常運(yùn)行工況下的技術(shù)要求， 包括安全限值、安全系統(tǒng)整定值、運(yùn)行限制條件以及監(jiān)督要求。 當(dāng)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)較技術(shù)規(guī)格書要求發(fā)生偏離時(shí)，應(yīng)在規(guī)定的后撤時(shí)間內(nèi)將機(jī)組撤到規(guī)定工況，防止預(yù)計(jì)運(yùn)行事件升級(jí)。

技術(shù)規(guī)格書對(duì)核電廠安全性及經(jīng)濟(jì)性有重大影響，統(tǒng)一的運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書標(biāo)準(zhǔn)對(duì)核電技術(shù)輸出和國(guó)內(nèi)核電廠安全監(jiān)管及技術(shù)交流將起到巨大的正向推動(dòng)作用。

1 運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書現(xiàn)狀及差異

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書總體上分為以法國(guó)M310 運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書為代表的法系模式和以美國(guó)西屋公司標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書為代表的美系模式[1]。 美系與法系運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中都包括定義、 安全限值、運(yùn)行限制條件、監(jiān)督要求和行政管理等內(nèi)容，以約束核電廠行為規(guī)范。風(fēng)格上美系運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書條理清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，執(zhí)行時(shí)可執(zhí)行性較強(qiáng)；法系運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書內(nèi)容更精細(xì)。

運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書采用美系模式的有秦山一期CNP300 壓水堆，秦山三期CANDU-6 重水堆，田灣1、2、3、4 號(hào) VVER 機(jī)組，三門、海陽(yáng) AP1000 等；法系模式的有秦山二期、二擴(kuò)方家山M310 改進(jìn)型，大亞灣基地M310 改進(jìn)型，福清、昌江、紅沿河、寧德、陽(yáng)江、防城港M310 改進(jìn)型，臺(tái)山EPR 等。 這些運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書存在如下差異。

1.1 對(duì)運(yùn)行模式的定義不同

運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中將反應(yīng)堆不同的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)劃分為不同的運(yùn)行模式，并對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行限制條件。 AP1000 壓水堆運(yùn)行模式分為：換料、冷停堆、安全停堆、熱備用、啟動(dòng)、功率運(yùn)行。 VVER 壓水堆運(yùn)行模式分為：換料冷停堆、維修冷停堆、冷態(tài)、加熱冷卻、熱態(tài)、最小可監(jiān)測(cè)功率水平、功率運(yùn)行。秦山一期CNP300 壓水堆運(yùn)行模式分為：停堆換料，冷停堆，中間停堆B 階段，中間停堆A 階段、熱停堆、熱態(tài)零功率、功率運(yùn)行。 秦山二期1/2 號(hào)機(jī)組M310 改運(yùn)行模式分為：換料冷停堆，維修冷停堆，RRA 投入的雙相中停、單相中間停堆、正常冷停堆，熱停堆和正常中間停堆（RRA 未連接），功率運(yùn)行和熱備用。秦山二期3/4號(hào)機(jī)組M310 改運(yùn)行模式分為： 全部燃料在燃料廠房?jī)?nèi)，換料冷停堆，維修冷停堆，正常冷停堆，RRA 投入的雙相中停、單相中間停堆，熱停堆和正常中間停堆（RRA 未連接），功率運(yùn)行和熱備用。 方家山1/2 號(hào)機(jī)組M310 改運(yùn)行模式分為：堆芯完全卸料模式、換料停堆模式、維修停堆模式、RRA 冷卻正常停堆模式、蒸汽發(fā)生器冷卻正常停堆模式、反應(yīng)堆功率運(yùn)行模式。 秦山三期CANDU-6 重水堆運(yùn)行模式分為： 保證停堆狀態(tài)，非常低功率/冷態(tài)卸壓，升溫、升壓或降溫、降壓，低功率/熱態(tài)加壓，功率運(yùn)行。 上述運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中各運(yùn)行模式內(nèi)涵及對(duì)應(yīng)階段有較大不同，這也導(dǎo)致它們的編排格式及內(nèi)容存在較大差異。

1.2 慢化劑溫度系數(shù)（MTC）運(yùn)行限值的界定及表述不同

GDC11 中規(guī)定“反應(yīng)堆堆芯和相關(guān)的冷卻劑系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成：在功率運(yùn)行范圍內(nèi)，瞬時(shí)的固有的核反饋特性的凈效應(yīng)須有助于補(bǔ)償反應(yīng)性的快速增加”。 所以MTC 與其他的反應(yīng)性參數(shù)疊加后應(yīng)能滿足反應(yīng)性的負(fù)反饋要求。

早期大多以“當(dāng)所有控制棒提出堆外，在燃料循環(huán)壽期初、熱態(tài)零功率條件下，MTC 不得為正（＜0 pcm/℃）”確定MTC 限值上限， 隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和核工程設(shè)計(jì)理念的提升， 陸續(xù)有核電廠的運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中，MTC 限值上限出現(xiàn)正值， 實(shí)際燃料循環(huán)的相應(yīng)工況中，MTC 也確實(shí)出現(xiàn)過(guò)正值。 NRC 頒布文件中，也出現(xiàn)了MTC 上限值為12.6 pcm/℃，承認(rèn)了MTC 可以出現(xiàn)正值。

如今， 除秦山一期等設(shè)計(jì)及投產(chǎn)較早的核電廠，大多數(shù)核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書對(duì)MTC 限值范圍已不再有上述不得為正的規(guī)定， 但對(duì)MTC 運(yùn)行限制條件的表述仍有差異。 田灣VVER 1、2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中為“壽期初，控制棒處于規(guī)定位置，慢化劑溫度系數(shù)（MTC）不應(yīng)為正（≤0/△K/K/℃）；壽期末，慢化劑溫度系數(shù)低限為-100 pcm/℃[2]。 ”三門 AP1000 1/2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行規(guī)格書中規(guī)定為“MTC 必須維持在堆芯運(yùn)行限值報(bào)告（COLR）規(guī)定的限值之內(nèi)[3]。 ”COLR 是西屋公司1980 年代末開始為避免對(duì)技術(shù)規(guī)格書中限值變更導(dǎo)致的NRC 審評(píng)中損耗時(shí)間和金錢， 換料設(shè)計(jì)時(shí)在原有報(bào)告的基礎(chǔ)上補(bǔ)充報(bào)告。 之后在NRC 鼓勵(lì)下，美國(guó)多數(shù)核電廠都將技術(shù)規(guī)格書中燃料循環(huán)相關(guān)的限值轉(zhuǎn)移至COLR。

2 對(duì)運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書標(biāo)準(zhǔn)化的改進(jìn)建議

2.1 完善并統(tǒng)一運(yùn)行模式的定義

《核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定》中規(guī)定運(yùn)行限制條件“必須包括對(duì)各種運(yùn)行狀態(tài)（包括停堆在內(nèi)）的要求”[4]，但并未對(duì)“各種運(yùn)行狀態(tài)”做出詳細(xì)解釋，“各種運(yùn)行狀態(tài)”理解起來(lái)應(yīng)該包括堆芯無(wú)料的狀態(tài)。AP1000 運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中“換料”指的工況是：反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的一個(gè)或多個(gè)螺栓未處于完全張緊狀態(tài)，即反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的螺栓已經(jīng)松開或頂蓋已移走，燃料仍在壓力容器內(nèi)；不包括卸料完成到裝料開始之間的工況。 這種工況是存在且將持續(xù)一段時(shí)間的， 現(xiàn)有AP1000 機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況中這種工況也持續(xù)數(shù)月存在過(guò)。燃料卸至乏燃料水池后仍需保證電源供應(yīng)和冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行， 以保證乏燃料水池水溫不超限，確保乏燃料的安全。 福島核事故也以慘痛教訓(xùn)明確了“排出乏燃料衰變熱” 是保證核電廠安全的基本要求之一。運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中缺少完全卸料模式時(shí)的運(yùn)行限制條件將導(dǎo)致運(yùn)行人員在編制該工況下的運(yùn)行規(guī)程及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備停復(fù)役計(jì)劃時(shí)缺少確保乏燃料安全的上層文件依據(jù)，進(jìn)而導(dǎo)致乏燃料池喪失冷卻的風(fēng)險(xiǎn)增加。 因此，建議在標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書運(yùn)行模式中增加“完全卸料”模式工況的運(yùn)行限制條件等相關(guān)內(nèi)容。

同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書需對(duì)運(yùn)行模式的定義統(tǒng)一，并建議現(xiàn)有運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書后續(xù)改進(jìn)升版時(shí)對(duì)運(yùn)行模式的定義往統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)靠攏，這樣便于各電廠工作人員間人才交流，有利于核安全局理解和監(jiān)管。

2.2 統(tǒng)一對(duì)慢化劑溫度系數(shù)（MTC）運(yùn)行限值的界定及表述

結(jié)合現(xiàn)有運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中的表述來(lái)看，對(duì)MTC運(yùn)行限值要求（上限是個(gè)正值）的具體表述可以有以下若干種方案：

對(duì)MTC 上限的要求變更為“在燃料循環(huán)壽期初、熱態(tài)零功率條件下，MTC 不得為正（＜0 pcm/℃）”。 去除了對(duì)控制棒位置的限制， 允許使用控制棒干預(yù)，將控制棒保持在提升極限內(nèi)，控制MTC 上限不為正。

對(duì)MTC 上限的要求變更為圖表， 不同條件下設(shè)置不同上限。

對(duì)MTC 上限的要求變更為 “當(dāng)所有控制棒提出堆外，在燃料循環(huán)壽期初、熱態(tài)零功率條件下，MTC 小于某個(gè)正值”。

在運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中不對(duì)MTC 具體限制進(jìn)行說(shuō)明，采用COLR 模式，每個(gè)燃料循環(huán)由設(shè)計(jì)方向業(yè)主及核安全局（或國(guó)外核安全監(jiān)管部門）提供COLR，對(duì)MTC 限值動(dòng)態(tài)變更。

在第四種方案COLR 中采用第三種方案表述，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了后續(xù)修改時(shí)審批上的煩瑣程序， 三門AP1000 采用了該方式。 由于堆芯每一燃料循環(huán)間存在差異，第二種方案不能精準(zhǔn)地對(duì)每一燃料循環(huán)的情況進(jìn)行規(guī)定。第一種方案由于去除了對(duì)控制棒位置的限制，需人為判斷進(jìn)行干預(yù)，引入了一定風(fēng)險(xiǎn)，也增加了運(yùn)行時(shí)的難度。田灣采用的表述方式實(shí)際上與第一種方案類似，仍規(guī)定了控制棒的位置，減少人因引入的風(fēng)險(xiǎn)，也同時(shí)減少了靈活性。

因此， 建議在標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中對(duì)MTC運(yùn)行限制條件的規(guī)定及表述采用COLR 模式，不在技術(shù)規(guī)格書中說(shuō)明具體數(shù)值，在COLR 中使用第三種方案中的表述“當(dāng)所有控制棒提出堆外，在燃料循環(huán)壽期初、熱態(tài)零功率條件下，MTC 小于某個(gè)正值”。 這個(gè)上限值的界定需在各種燃料管理方案下，對(duì)于反應(yīng)性反饋特性相關(guān)的一系列事故及瞬態(tài)進(jìn)行分析，從事故后果判斷是否允許出現(xiàn)正的慢化劑溫度系數(shù)、不同工況下允許出現(xiàn)的正的慢化劑溫度系數(shù)上限值是多少。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中運(yùn)行模式定義的完善和統(tǒng)一以及MTC 運(yùn)行限值的界定及表述的統(tǒng)一提出建議，對(duì)今后運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書標(biāo)準(zhǔn)化工作有一定參考價(jià)值。