650MW機(jī)組壽期末延伸運(yùn)行方案設(shè)計(jì)及論證研究

焦健 王勇智 楊卓芳

摘要：隨著核電基地機(jī)組數(shù)量的不斷增加和長(zhǎng)循環(huán)燃料管理模式的逐步應(yīng)用，機(jī)組大修規(guī)劃和電網(wǎng)調(diào)峰保電矛盾日益突出，延伸運(yùn)行的應(yīng)用日益頻繁。本文簡(jiǎn)要介紹650MW機(jī)組壽期末降功率延伸運(yùn)行方案設(shè)計(jì)，分析需要考慮的邊界條件。從延伸運(yùn)行方案的選擇、事故分析、燃耗限值、系統(tǒng)設(shè)備周期影響、方案的經(jīng)濟(jì)性分析等多角度建立延伸運(yùn)行方案設(shè)計(jì)和論證體系。

關(guān)鍵詞：延伸運(yùn)行 方案設(shè)計(jì) 邊界條件

中圖分類號(hào)：TL 326 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：

壓水堆核電機(jī)組在運(yùn)行達(dá)到一定燃耗情況下，硼濃度不能繼續(xù)降低，機(jī)組需要停堆換料。但由于某些原因，機(jī)組需要繼續(xù)運(yùn)行，即需要實(shí)施延伸運(yùn)行。延伸運(yùn)行的方式按反應(yīng)性釋放的方式不同可以分為降溫度延伸運(yùn)行和降功率延伸運(yùn)行[1]。降功率延伸運(yùn)行相比有諸多優(yōu)點(diǎn)：不改變溫度功率對(duì)應(yīng)關(guān)系，不改變二回路蒸汽品質(zhì)，需要開(kāi)展的論證較少，實(shí)際應(yīng)用靈活性較大。

以650MW壓水堆機(jī)組為例，為滿足電網(wǎng)迎峰度夏要求，要求核電廠通過(guò)延伸運(yùn)行方式推遲停堆時(shí)間約20自然天。但是推遲停堆會(huì)超出本燃料循環(huán)自然循環(huán)的設(shè)計(jì)燃耗窗口，需要開(kāi)展延伸運(yùn)行的方案設(shè)計(jì)和安全分析論證，確保核電站始終處于安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1延伸運(yùn)行的邊界條件

延伸運(yùn)行的實(shí)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(yùn)行期間安全分析的論證結(jié)果是否被有效驗(yàn)證，延伸運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備等的影響、延伸運(yùn)行對(duì)機(jī)組控制的影響，主要包括：

1.1 延伸運(yùn)行方案必須滿足FSAR事故分析的論證結(jié)論。

必須對(duì)延伸運(yùn)行期間的可能出現(xiàn)的事故進(jìn)行全面的分析論證，論證的范圍同每一個(gè)循環(huán)換料設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行的論證范圍相同，其結(jié)果必須被《機(jī)組最終安全分析報(bào)告（FSAR）》論證包絡(luò)。

1.2 延伸運(yùn)行方案必須滿足燃耗限值要求。

延伸運(yùn)行方案必須滿足燃料管理論證的燃耗限值的相關(guān)要求，必須保證任何情況下機(jī)組的燃耗不能超過(guò)經(jīng)過(guò)論證審批的該類型燃料組件和燃料棒的最大燃耗限值，不能超過(guò)安全分析報(bào)告論證覆蓋的機(jī)組燃耗狀態(tài)。

1.3 延伸運(yùn)行方案必須考慮對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響

壽期末功率變化期間，相關(guān)反饋系數(shù)會(huì)變得更大，反饋效應(yīng)更明顯。機(jī)組的相關(guān)調(diào)節(jié)會(huì)引起軸向功率偏差的變化范圍更大，功率和棒位的調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致“超帶”風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。因此在延伸運(yùn)行功率變化的方式選擇和實(shí)際控制過(guò)程中應(yīng)該充分考慮“超帶”風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防措施。

1.4 延伸運(yùn)行方案必須考慮周期延長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響。

現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)備周期論證結(jié)論必須能覆蓋延伸運(yùn)行后的機(jī)組運(yùn)行周期，確保系統(tǒng)、設(shè)備、定期試驗(yàn)和檢查不會(huì)超期。

1.5 延伸運(yùn)行方案必須考慮經(jīng)濟(jì)性。

必須考慮延伸運(yùn)行方式對(duì)后續(xù)循環(huán)規(guī)劃的影響，必須考慮延伸運(yùn)行方案的經(jīng)濟(jì)性，盡量減小負(fù)荷因子的損失。

2設(shè)計(jì)這方案分析

2.1 方案1——一次性階躍式降功率

方案描述：一次性將反應(yīng)堆從滿功率降到目標(biāo)功率，保持目標(biāo)功率運(yùn)行到壽期末；通過(guò)功率虧損和氙毒釋放引入正反應(yīng)性，補(bǔ)償燃耗負(fù)反應(yīng)性。

2.2 方案2——分階段階躍式降功率

方案描述：根據(jù)反應(yīng)性平衡，將機(jī)組從滿功率降低到一定功率平臺(tái)，維持機(jī)組功率穩(wěn)定，然后再次進(jìn)行降功率釋放正反應(yīng)性并維持運(yùn)行，直至停堆。

2.3 方案3——每日逐步降功率

方案描述：采用每天連續(xù)降功率方式，從滿功率降到目標(biāo)功率，根據(jù)測(cè)算，功率每天降低1%FP可以延長(zhǎng)運(yùn)行1個(gè)自然天。

3方案比較與選擇

以650MW壓水堆機(jī)組壽期末、超設(shè)計(jì)燃耗延伸運(yùn)行為例，針對(duì)三種方案的分析，在延伸運(yùn)行的長(zhǎng)度相同情況下，方案3的平均功率最高，負(fù)荷因子最好，經(jīng)濟(jì)型最好。功率變化期間的反應(yīng)性控制難度方案3由于累計(jì)效應(yīng)原因，AO變化范圍大，但實(shí)際操作通過(guò)恰當(dāng)控制會(huì)消除累計(jì)效應(yīng)。方案2方案3反應(yīng)性控制次數(shù)較多但操作簡(jiǎn)單，氙震蕩風(fēng)險(xiǎn)較小。方案3需要開(kāi)展的安全分析論證范圍較大，需要模擬的狀態(tài)點(diǎn)較多，尤其是PCI裕量分析需要明確的功率史，論證的工作量較大且費(fèi)時(shí)。方案2的熱點(diǎn)因子最小，安全性更好。

4方案論證

4.1 對(duì)FSAR的符合性驗(yàn)證——超差事故的分析

延伸運(yùn)行期間的燃耗和運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)超出了自然循環(huán)的論證范圍。需要重新進(jìn)行相關(guān)事故分析，如果出現(xiàn)某些安全參數(shù)超差，需要做補(bǔ)充事故分析，而且補(bǔ)充分析的結(jié)論要滿足FSAR的要求。

4.2 對(duì)系統(tǒng)設(shè)備周期的符合性

在進(jìn)行延伸運(yùn)行論證時(shí)不僅需要考慮反應(yīng)堆物理燃料方面燃耗的加深和相關(guān)參數(shù)的變化，還需要考慮延長(zhǎng)的運(yùn)行周期對(duì)機(jī)組系統(tǒng)設(shè)別、定期試驗(yàn)的相關(guān)影響。在平衡循環(huán)+機(jī)動(dòng)循環(huán)的運(yùn)行模式下，現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)備周期技術(shù)文件和技術(shù)規(guī)程可以覆蓋延伸運(yùn)行的周期延長(zhǎng)。

4.3 軸向功率偏差的計(jì)算及硼-棒控制建議

根據(jù)選定的降功率運(yùn)行方案，運(yùn)用軟件系統(tǒng)，考慮氙毒變化和功率反饋效應(yīng)，進(jìn)行多次模擬-修正迭代計(jì)算，提供運(yùn)行控制操作建議，供運(yùn)行人員參考，按此控制方案可以盡量降低氙震蕩的影響，確保降功率期間△I控制在運(yùn)行帶盡量小的范圍[2]。

用堆芯計(jì)算軟件模擬計(jì)算了650MWe機(jī)組壽期末的降功率過(guò)程中的△I和棒位，如圖1所示?？梢詾檫\(yùn)行人員提供很好的操作指導(dǎo)，確保降功率過(guò)程實(shí)際△I始終處于參考△I附近，不會(huì)超出運(yùn)行帶。

5 結(jié)論

本文介紹了650MWe機(jī)組壽期末超自然循環(huán)設(shè)計(jì)燃耗情況下，通過(guò)降功率延伸運(yùn)行延后停堆時(shí)間。對(duì)延伸運(yùn)行的可行性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行，并對(duì)選定的降功率方案進(jìn)相關(guān)論證分析，確保方案滿足FSAR要求，確保現(xiàn)有的燃料管理論證和系統(tǒng)設(shè)備周期論證結(jié)論有效、并給出運(yùn)行操作建議，降低超帶風(fēng)險(xiǎn)。

整個(gè)方案的制定和實(shí)施，為核電廠積累壽期末超設(shè)計(jì)燃耗情況下的延伸運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)，提高燃料經(jīng)濟(jì)性，為電網(wǎng)的迎峰度夏做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖岷.大亞灣核電站延伸運(yùn)行技術(shù)的研究和實(shí)施[J].核動(dòng)力工程，2006年第1期

[2] 張彥義.核電站延伸技術(shù)的原理及其應(yīng)用[J].科技視界，2015年第16期

作者簡(jiǎn)介：焦?。?986.7—），性別：男；籍貫：內(nèi)蒙古赤峰；民族：漢族；學(xué)歷：本科；職稱：工程師；職務(wù)：科員；研究方向：壓水堆堆芯物理和燃料管理相關(guān)技術(shù)管理工作；單位：中核核電運(yùn)行管理有限公司；郵編314300