EPR首堆試驗(yàn)項(xiàng)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(yáng) 421001；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124；3.臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司，廣東臺(tái)山 529228）

EPR首堆試驗(yàn)項(xiàng)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(yáng) 421001；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124；3.臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司，廣東臺(tái)山 529228）

本文通過(guò)研究美國(guó)核管會(huì)、國(guó)際院子能機(jī)構(gòu)、國(guó)家核安全局等機(jī)構(gòu)關(guān)于原型堆首臺(tái)機(jī)組試驗(yàn)項(xiàng)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(xiàng)目調(diào)試范圍分析試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)機(jī)組進(jìn)度、機(jī)組投入、機(jī)組瞬態(tài)、試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)等影響因素，給出了EPR機(jī)組首堆試驗(yàn)定義、EPR機(jī)組首堆試驗(yàn)的選取原則、選取依據(jù)、選取流程與方法。

EPR 首堆試驗(yàn) 選取 方法

EPR大量吸取了法國(guó)N4型壓水堆核電廠和德國(guó)KONVOI型壓水堆核電廠的經(jīng)驗(yàn)，并在安全方面采用了一些新的技術(shù)和新概念。相比AP1000項(xiàng)目美國(guó)核管會(huì)（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(gè)首堆試驗(yàn)（FPOT Firstplant-only-test）項(xiàng)目與2個(gè)首三堆試驗(yàn)（F3POT First-three plant only test）項(xiàng)目，EPR遲遲未有首堆試驗(yàn)的相關(guān)分析方案。

1　法規(guī)的要求及定義

1.1國(guó)內(nèi)法規(guī)導(dǎo)則的要求

目前我國(guó)在用的核安全法規(guī)HAF103《核動(dòng)力廠運(yùn)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(duì)首堆試驗(yàn)均未作具體規(guī)定。

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

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

圖3　FPOT EPR試驗(yàn)項(xiàng)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(yàn)，并應(yīng)區(qū)別如下：a）驗(yàn)證每個(gè)系統(tǒng)功能（包括其總體性能）的試驗(yàn)；b）新型設(shè)備的試驗(yàn)；c）對(duì)一個(gè)系列的原型核動(dòng)力廠進(jìn)行試驗(yàn)是為了檢驗(yàn)新概念的正確性，對(duì)于該系列隨后的核動(dòng)力廠的試驗(yàn)則只是為了驗(yàn)證其符合性；d）為確認(rèn)設(shè)計(jì)所用計(jì)算程序的正確性和證實(shí)安全系統(tǒng)整定值的正確性而獲取數(shù)據(jù)的試驗(yàn)；e）確認(rèn)運(yùn)行規(guī)程正確性的試驗(yàn)。

圖4　僅需要在1號(hào)機(jī)中的1列進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)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(yàn)項(xiàng)目選取分析Fig.5 Instrument &Control System Test Items Selection analysis

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

圖7　驗(yàn)證新設(shè)計(jì)相關(guān)項(xiàng)目選取分析Fig.7 Validation New Design test Analysis

上述b、c條款是目前我國(guó)對(duì)于首堆試驗(yàn)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(yè)中對(duì)首堆試驗(yàn)有如下規(guī)定：FOAK（First of a Kind）首類試驗(yàn)定義為，據(jù)聯(lián)邦法規(guī)第10章第52部分進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)特點(diǎn)進(jìn)行的全新的、獨(dú)特的、或者特殊的試驗(yàn)。《初始試驗(yàn)大綱》的電站功能試驗(yàn)要求中需要對(duì)其進(jìn)行性能驗(yàn)證。

1.4EPR首堆試驗(yàn)的定義

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

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

（2）EPR FOAK分類。分為以下三類：①FPOT EPR：僅需要在全球EPR的首臺(tái)機(jī)組上進(jìn)行的試驗(yàn)；②FPOT XXX：需要在每一個(gè)EPR項(xiàng)目的第一臺(tái)機(jī)組上進(jìn)行的試驗(yàn)；例如，對(duì)應(yīng)臺(tái)山項(xiàng)目，為FPOT TSN1，表示僅需要在臺(tái)山EPR項(xiàng)目的1號(hào)機(jī)組進(jìn)行驗(yàn)證的試驗(yàn)，臺(tái)山2號(hào)機(jī)組不需要再次進(jìn)行驗(yàn)證；③FOAK （non-FPOT）：對(duì)EPR的新設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行的試驗(yàn)需要在每個(gè)EPR機(jī)組上進(jìn)行；例如EPR的穩(wěn)壓器安全閥為新的設(shè)計(jì)的，不同于以往CPR項(xiàng)目使用的先導(dǎo)式安全閥，所以需要在所有項(xiàng)目中對(duì)該閥進(jìn)行試驗(yàn)，以確保其可用性。

其中①和②屬于特殊試驗(yàn)，第三類屬于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目。

2　EPR首堆試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果對(duì)所有的EPR項(xiàng)目都有效，其試驗(yàn)結(jié)果不會(huì)受以下的影響：①不同EPR項(xiàng)目之間設(shè)計(jì)差異；②不同國(guó)家之間的法規(guī)差異；③不同電站之間的操作差異（運(yùn)行模式，機(jī)組設(shè)置等的）。

（2）FPOT XXX。FPOT XXX在某個(gè)項(xiàng)目1號(hào)機(jī)組的試驗(yàn)結(jié)果也適用于該項(xiàng)目的其他機(jī)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(yàn)對(duì)機(jī)組或設(shè)備可能會(huì)引入瞬態(tài)導(dǎo)致運(yùn)行參數(shù)的急劇變化，可能使系統(tǒng)或設(shè)備超出運(yùn)行限值的要求；②試驗(yàn)執(zhí)行過(guò)程很復(fù)雜，例如需要設(shè)計(jì)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(yàn)工況下進(jìn)行多次試驗(yàn)。

2.3EPR首堆試驗(yàn)選取的流程

EPR首堆試驗(yàn)項(xiàng)目的選取流程見圖2。

（1）STEP 1對(duì)于每個(gè)EPR項(xiàng)目，建立需要執(zhí)行調(diào)試試驗(yàn)的完整清單，以確保機(jī)組得到完整的驗(yàn)證（遵循安全/可操作性/合同需求）；

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

（3）STEP 3明確試驗(yàn)是否只在第一個(gè)機(jī)組執(zhí)行或應(yīng)在幾個(gè)機(jī)組執(zhí)行（FPOT EPR FPOT xxx）；

（4）STEP 4對(duì)每一個(gè)確認(rèn)的FPOT項(xiàng)目，確定能同時(shí)滿足完成論證和限制風(fēng)險(xiǎn)的最好的試驗(yàn)方案（哪種工況及組態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，是否適用試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換，使用特殊的試驗(yàn)方法等）；

（5）STEP 5最終審查以得到參與各方（設(shè)計(jì)方，營(yíng)運(yùn)單位，監(jiān)管當(dāng)局）的認(rèn)可；

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

3　臺(tái)山EPR的首堆試驗(yàn)項(xiàng)目

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

3.1FPOT EPR項(xiàng)目選擇及其分析

FPOT EPR項(xiàng)目的選取分析見圖3。其中的風(fēng)險(xiǎn)簡(jiǎn)列如下：

（1）堆內(nèi)構(gòu)件流致振動(dòng)試驗(yàn)：該試驗(yàn)儀表從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、到安裝完畢需要17個(gè)月時(shí)間，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)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(yàn)：試驗(yàn)會(huì)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(yùn)行限值的風(fēng)險(xiǎn)；

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

（4）40%NP（NP表示核功率Nuclear power）下失去一臺(tái)主泵后重新啟動(dòng)：試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)入瞬態(tài)工況，可能造成機(jī)組超出運(yùn)行限值的要求，有導(dǎo)致反應(yīng)堆的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2FPOT XXX項(xiàng)目選擇及其分析

FPOT XXX對(duì)臺(tái)山而言就是FPOT TSN1，通過(guò)分析，得出14項(xiàng)需要在臺(tái)山1號(hào)機(jī)進(jìn)行的首堆試驗(yàn)。這些試驗(yàn)項(xiàng)目因?yàn)?號(hào)機(jī)組與2號(hào)機(jī)組在該試驗(yàn)分為以下幾類：

（1）僅需要在1號(hào)機(jī)組中的一列執(zhí)行（見圖4），該類試驗(yàn)有產(chǎn)生不可用記數(shù)事件的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）電源和儀控系統(tǒng)試驗(yàn)（見圖4），該類試驗(yàn)在切換時(shí)可能失去對(duì)機(jī)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(xiǎn)。

（3）合同和性能驗(yàn)證試驗(yàn)（見圖6），該類試驗(yàn)是根據(jù)合同要求及過(guò)去的二代核電不同技術(shù)系列的實(shí)踐要求進(jìn)行的，在每個(gè)項(xiàng)目的1臺(tái)機(jī)組上進(jìn)行就足夠完成所需的驗(yàn)證。

（4）驗(yàn)證工藝系統(tǒng)新設(shè)計(jì)（見圖7），該類試驗(yàn)有引入瞬態(tài)，對(duì)機(jī)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(xiǎn)，需要優(yōu)化試驗(yàn)方案以避免發(fā)生瞬態(tài)。

說(shuō)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(jì)相似性是針對(duì)臺(tái)山1號(hào)機(jī)及2號(hào)機(jī)組進(jìn)行的比較；設(shè)計(jì)相似性指溫度、壓力、流量、功率、容量、儀控設(shè)計(jì)等。

4　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)首堆試驗(yàn)適用的規(guī)范進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，重點(diǎn)介紹了EPR首堆試驗(yàn)的定義及EPR首堆試驗(yàn)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(hào)系列機(jī)組的首堆試驗(yàn)選取積累了經(jīng)驗(yàn)，起到了良好的經(jīng)驗(yàn)反饋?zhàn)饔谩?/p>

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

［2］國(guó)家核安全局.核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定［Z］.2004-04-18.

［3］國(guó)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(yàn)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(tái)山核電合營(yíng)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。