秦山第二核電廠長燃料循環后堆芯溫度變化對運行的影響

李茂友

摘 要：該文通過對秦山第二核電廠首個長燃料循環后堆芯平均溫度波動變大，導致堆芯溫度偏差變大，控制棒組D棒頻繁動作的現象進行分析，評價對機組運行的影響。秦山第二核電廠首個長燃料循環后出現堆芯平均溫度波動變大，堆芯溫度偏差大報警頻繁觸發、控制棒組D棒頻繁動作的現象，該文介紹了秦山第二核電廠反應堆內溫度監測報警和控制棒動作邏輯的原理，通過對長燃料理論計算數據和實際堆芯溫度監測數據進行對比分析，并考慮堆芯內毒物的影響，找出電廠出現此現象的原因，并評價對機組運行的影響。

關鍵詞：長燃料循環 堆芯溫度 控制棒

中圖分類號：TL351 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0077-02

秦山第二核電廠2號機組第11循環（U2C11）為秦山第二核電廠首個長燃料循環（指換料周期由12個月延長至18個月），堆芯裝載模式為低泄漏，該循環于2014年7月31日達到滿功率運行。在初始滿功率運行的1個月時間內，主控室頻繁觸發2RIC713/714AA（堆芯熱電偶溫差高）報警，同時出現了反應堆主控制棒D棒頻繁動作的現象。

1 堆芯溫度檢測和D棒控制原理

堆芯出口熱電偶溫度的測量是用于確定堆芯徑向功率分布，監測堆芯徑向功率分布是否發生或存在不均勻的分布現象和計算冷卻劑的飽和裕度。針對堆芯熱電偶RIC報警，根據秦山二期工程《反應堆及反應堆冷卻劑系統定值手冊》規定，RIC系統“同一區域內溫度測量允許偏差”目前取值為25 ℃。由于堆芯分成3個區域，而熱電偶分成兩列，就是說每一個區域都有兩列，這樣相當于有6組數值，每組數值內的最大值減去最小值都會產生一個偏差，任意一個偏差大于定值都會產生報警。

而作為反應堆平均溫度調節系統的主調節棒組的D棒組由反應堆功率控制系統根據測量溫度與參考溫度的偏差（Tavg-Tref）形成提棒、插棒和棒速信號，送往棒控系統。閾值繼電器產生插棒或提棒信號（方向信號）。經函數發生器產生棒速信號。當偏差為負時，說明平均溫度偏低，當偏差增加到-0.83 ℃時，控制棒開始以8步/min提升，偏差在-1.73 ℃～-2.8 ℃，棒速在8～72步/min變化。當偏差降到-0.56 ℃時，控制棒停止提升。為防止棒速頻繁動作，棒速單元中設置了棒速死區。在棒速單元中±0.83 ℃的（Tavg-Tref）偏差范圍稱為死區（盲區）。另外，（Tavg-Tref）在-0.83 ℃～-0.56 ℃及0.56 ℃～-0.83 ℃的溫度偏差范圍均稱為回環。

2 堆芯溫度變化和D棒頻繁動作原因分析

秦二廠2號機組第11循環為長燃料循環，裝載模式為低泄漏，核設計焓升因子變大，造成組件出口溫差較大，U2C10循環壽期初堆芯出口熱電偶的最大溫差為16 ℃左右，而U2C11循環為24 ℃左右。

秦山第二核電廠1&2號機組長循環燃料管理論證報告中，燃料管理理論計算采用SMART程序進行的燃料管理理論計算給出了各燃料循環BOL、BLX和MOL時的堆芯出口溫度分布。SMART程序是采用封閉通道熱工水力模型的三維程序，不考慮通道之間的交混效應。通過計算得出的各燃料循環堆芯出口溫度偏差的包絡值是26.2 ℃，超過原RIC定值，從而導致主控室頻繁觸發RIC溫度差高報警。

根據《秦山第二核電廠1&2號機組長循環燃料管理論證RIC定值論證報告》，在考慮了溫度測量不確定性后，RIC系統溫差報警定值需由當前的25 ℃調整至33.2 ℃。但因秦二廠1/2號機組RIC系統設計的原因，RIC溫差報警定值固化于系統硬件中，電廠維修技術人員無法對其進行調整。故在大修技術改造前RIC堆芯溫度高報警無法消除，運行人員需在報警出現后及時查看對應溫度變化，確保未超過最新給定限值，在技改完成后此溫度報警應不會再頻繁觸發。

組件出口溫差變大，可能使得冷卻劑溫度在堆芯出口及環路中不能及時攪勻，在冷卻劑到達測溫旁路熱端熱電偶溫度計時，會使得熱電偶測得的熱端溫度波動大，從而使得冷卻劑平均溫度波動大，以及控制環路的信號波動大，從而導致控制棒動作較頻繁。這種由于堆芯裝載方式的原因而對控制棒產生的“擾動”現象，已經在多個核電廠中出現。

秦山第二核電廠的D棒為反應堆平均溫度調節主控制棒，其動作和反應堆平均溫度變化直接相關。在對2014年8月13日冷卻劑平均溫度和D棒棒位變化全天的數據分析后可以得知，當冷卻劑平均溫度較高時，控制棒下插，下插后冷卻劑平均溫度降低，D棒動作和平均溫度的變化趨勢一致，并且D棒動作幅度也不大，連續動棒只有一次為2步，其余都為1步。從溫度變化和控制棒動作的對應趨勢上看，控制棒動作是正確的反應了堆內平均溫度變化。見圖1。

而從U2C11循環環路的冷卻劑溫度波動情況及與U2C10循環運行情況的比較圖（見圖2）可以看出，U2C11循環的冷卻劑熱端溫度波動幅度變大，并由此導致冷卻劑平均溫度波動幅度變大。

所以長循環低泄漏的裝載模式產生的組件出口溫差大，并且在堆芯出口和環路中不能完全攪勻的現象在2號機組是存在的。

冷卻劑平均溫度波動幅度變大后，平均溫度與參考溫度的溫差更容易超過控制棒的調節“死區”，從而使得控制棒更容易動作。由于目前U2C11循環處于壽期初，慢化劑溫度系數較小，這意味著堆芯的冷卻劑溫度穩定性相對較差，當堆芯受到各種反應性擾動時，冷卻劑平均溫度就比較容易產生波動，因此，壽期初反應堆冷卻劑平均溫度的變化相對壽期中和壽期末要大一些，這也會導致控制棒動作次數相對較多。從秦二廠4臺機組的運行歷史數據看，壽期初的D棒動作次數比壽期中和壽期末也相對多一些。

3 結語

U2C11長燃料循環低泄漏裝載模式下，組件出口溫差大，環路中冷卻劑溫度的均勻性降低，造成冷卻劑熱端溫度和平均溫度波動幅度增大，和堆芯內熱電偶測量數據偏差變大，這容易導致主控觸發堆芯熱電偶溫差大報警，并同時容易導致控制棒動作。同時壽期初慢化劑溫度系數較小，堆芯冷卻劑溫度的自穩性比較低，冷卻劑溫度比較容易產生波動，造成了D棒在一段時間內動作次數較多，從理論和時間情況來看，此階段D棒頻繁動作屬于正常現象。

由于長燃料循環低泄漏裝載模式，在U2C11循環壽期內，堆芯出口溫差將維持在一個較大水平，其導致的冷卻劑熱端溫度和平均溫度的波動幅度增大的現象將一直存在，但是波動幅度預計不會變得更大。隨著燃耗的加深，堆芯釤毒等毒物反應性會平衡，同時慢化劑溫度系數會越來越大，這使堆芯的平均溫度更趨于自穩定，這將抑制D棒組的動作。

參考文獻

[1] 關暉.反應堆及反應堆冷卻劑系統定值手冊，B版[Z].2001.

[2] 李文平.RIC系統手冊，A版[Z].2000.

[3] 秦山第二核電廠1&2號機組長循環燃料管理論證報告[R].2011.