M310型核電站反應堆冷卻劑惰走試驗及數據處理方法

白宇軒，肖明

（中國核電工程有限公司，北京100089）

M310型核電站反應堆冷卻劑惰走試驗及數據處理方法

白宇軒，肖明

（中國核電工程有限公司，北京100089）

為了確保主泵失電惰轉后反應堆冷卻劑擁有足夠的惰走流量，機組在臨界前需通過反應堆冷卻劑流量惰走試驗模擬主泵失電工況，驗證主泵惰轉后反應堆壓力容器冷卻劑流量系數的大小是否滿足要求。從該試驗的組織結構、風險分析、試驗數據的處理等幾個方面詳細描述了整個試驗的執行過程，并針對試驗準備過程中遇到的問題給出了具體的解決方案，以期為后續機組的同類型試驗提供一定的參考。

主泵；冷卻劑；惰走流量；數據處理

在正常工況下，主泵使反應堆冷卻劑強迫循環，它的連續運行保證了反應堆冷卻劑的正常流動。而在失去全部廠外電源等事故工況下，主泵由于失去動力電源而在電機飛輪慣性作用下開始惰轉，反應堆冷卻劑流量在主泵惰轉轉速的支持下以一定的速率開始下降直至建立自然循環。此時，反應堆冷卻劑惰走流量的下降速率以及惰走流量的大小是維持堆芯遠離最小偏離泡核沸騰比（DNBR）的關鍵。為了驗證這一點，在反應堆冷卻劑系統調試大綱中規定機組在臨界前需執行反應堆冷卻劑流量惰走試驗，通過2種方式同時使3臺主泵或2臺主泵失電惰轉，驗證反應堆冷卻劑系統在反應堆冷卻劑強迫循環時，全部喪失或者部分喪失工況下維持堆芯安全的能力。

1 試驗準備

反應堆冷卻劑流量惰走試驗由于其具有的重要性，它的試驗結果是國家核安全局釋放反應堆臨界節點的一項重要判斷依據。同時，從反應堆臨界至滿功率的數個功率平臺，該試驗都必須重復執行并將試驗結果作為允許提升功率的先決條件之一，因此，該試驗的前期準備工作尤為重要。

1.1 試驗組織結構準備

由于該試驗涉及部門較多，因此，編制了試驗組織結構圖，便于試驗的開展，如圖1所示

圖1 試驗組織結構圖

1.2 風險預案準備

按照規程要求，該試驗將由2種方案進行驗證：①通過斷開0GEW斷路器使3臺主泵同時失去動力電源開始惰轉；②通過斷開LGA001JA使得RCP002/003PO同時失去動力，電源開始惰轉。由于2種方案的執行均要斷開母線開關（超高壓斷路器或LGA母線斷路器）來使3臺或2臺主泵失去動力電源而惰轉，因此，將產生母線失電、主泵惰轉以及熱停工況下主泵完全停運3個重大風險源。為了確保試驗能夠安全、順利執行，于是編制生效了《反應堆冷卻劑流量惰走試驗風險預案》。該預案的風險分析全面，應對措施有效，對于試驗執行過程中機組狀態的控制能夠提供可靠的指導。

1.3 試驗典型操作票準備

試驗過程中由于涉及到母線失電，機組狀態變化較多且大多數為瞬態變化，為了更好地控制機組狀態以及順利地開展試驗，執行前需編制試驗典型操作票。內容包括試驗先決條件檢查、試驗步驟以及試驗后狀態恢復。

2 試驗內容

2.1 試驗方案I

方案I通過斷開超高壓斷路器（0GEW）使3臺主泵同時失去動力電源開始惰轉，以驗證3臺主泵同時惰轉工況下相關信號的觸發時間以及冷卻劑惰走流量的下降速率。為了更好地模擬這一工況，試驗前需滿足LGA/LGD母線下游負荷多和在RPA/RPB中模擬P7+P8信號的前提。

2.2 試驗方案II

試驗方案II總體執行思路與方案I是一致的，執行方式的區別是方案II通過斷開LGA001JA使RCP002/003PO主泵同時失去動力電源開始惰轉；方案II只在RPA/RPB中模擬P8信號，在流量下降過程中驗證一個環路流量低（1/3）+P8觸發反應堆停堆即可。在方案II中，還引入停堆斷路器信號進行停堆觸發時間點的比較。

3 試驗數據處理

3.1 數據采集點的選擇

由于試驗準則中對數據的精度要求較高（小數點后四位），且流量探測器的響應時間均不超過0.4 s，因此，對于冷卻劑流量以及主泵轉速等關鍵數據點的掃描周期要求達到100 ms。為了達到這個目的，上述數據點均導入KDO中進行試驗數據的采集。

3.2 數據采集起始點的選擇

在試驗的2種方案中數據采集的精度都比較高，主泵惰轉開始的時間點作為整個計算的起始時間點。由于試驗的2個方案中都是通過斷開母線斷路器使主泵失電開始惰轉，即時間起始點的采集為相應母線斷路器狀態的記錄，方案I記錄0GEW斷路器的狀態，方案II記錄LGA001JA的狀態。

3.3 環路流量探測器響應時間τ的計算

環路探測器響應時間是指計算實際流量信號采集到顯示的延時時間，且滿足τ≤0.4 s，計算公式為：

式（1）中：y（t）為環路探測器響應曲線；a（t）為t時刻環路冷卻劑的流量下降系數；Qt/Q0為t時刻流量與初始值的比值。

y（t）與時間t以及響應時間τ的函數關系為：

式（2）中：b為y（t）的斜率。

由式（1）通過Excel插入表格生成y（t）的散點圖，各散點組成的直線與時間軸的交點決定了環路探測器的響應時間。以方案I中二環的計算為例，通過以上方法生成的y（t）散點圖以及由散點圖生成的直線如圖2所示。

圖2 二環環路探測器響應曲線

結合圖2與式（2），可以計算出二環響應時間τ=0.020 1/0.065 2=0.31 s，同理，可計算出其他環路響應時間。

3.4 流量修正值的計算

由于受到探測器本身誤差的影響，必須對冷卻劑環路流量表進行熱態試驗下的重新標定，標定后數據如表1所示。反應堆冷卻劑環路流量表均為0.25級儀表，即儀表最大示值誤差為測量上限的0.25%.

表1 環路流量探測器標定后數據

以一環RCP025MD為例，根據P∝Q2可得以下關系式：

式（3）中：Qa為壓差誤差最大時的流量顯示值，Qb為100%Qn時實測流量，由反應堆冷卻劑流量驗證試驗報告可知Qb=246 25 m3/h，由此可計算出Qa（+）=24 669.29 m3/h，Qa（－）=24 580.63 m3/h。

因此，一環流量修正值△Q1=44.37 m3/h。

3.5 主泵轉速下降評估

主泵轉速下降曲線直接代表了主泵失電后轉子惰轉的能力，同時，也為反應堆冷卻劑惰走流量的下降速率提供了一定的參考，因此，本次試驗的運行準則中明確提出“主泵轉速下降率慢于設計值”。主泵轉速下降率公式為：

式（4）中：β（t）為t時刻主泵轉速下降系數；Ω（t）表示t時刻主泵實測轉速；Ω（t=0）為0時刻主泵轉速（即惰轉前轉速）。在方案I中，通過式（4）計算出的前10個主泵轉速下降系數如圖3所示。

以方案I中RCP001PO轉速評估為例，將β1（t）數據通過Excel繪制成曲線后與判定曲線進行對比，其對比圖如圖4所示。從圖1中可以看出，β（t）曲線均在判定曲線之上，說明主泵轉速的下降速率慢于要求的值，試驗結果滿足設計要求。

圖3 主泵轉速下降系數

圖4 主泵轉速下降系數對比示意圖

3.6 壓力容器流量系數評估

壓力容器流量系數作為通過壓力容器的實際流量與理論熱工流量的比值，它的大小反映了堆芯遠離最小DNBR的程度，在計算壓力容器流量系數時為了更加準確地體現實際通過壓力容器的流量，其計算過程需考慮響應時間（τ）以及流量計誤差△Q的影響。考慮了探測器的響應時間后在t時刻環路的流量值Q*實際上是延時τ后的流量值Q，即：Q*（t）=Q（t+τ），相應的，環路實際流量下降系數a*（t）=a（t+τ）。此時，3個環路的總流量Q為：

式（5）中：Qi為反應堆冷卻劑流量驗證試驗實測各環路100%Qn流量值。

考慮探測器精度的影響后，在t時刻各環路探測器精度產生的總的流量誤差為：

式（6）中：△Q（t）為t時刻探測器精度造成的3個環路總流量的誤差；（t）為各環路t時刻實際流量下降系數；△Qi為各環路100%Qn時的流量誤差（流量修正值）。

t時刻壓力容器流量系數a′（t）為：

式（7）中：68 520為反應堆壓力容器熱工設計流量，m3/h。以方案I為例通過以上公式計算得到的部分a′（t）數據繪制出壓力容器評估曲線如圖5所示，從圖5中可以看出壓力容器流量系數均高于要求值，試驗結果滿足設計要求。

圖5 壓力容器流量系數對比示意圖

4 結束語

反應堆冷卻劑流量惰走試驗本身屬于高風險試驗，經過前期各方精心的準備以及大量的驗證，該試驗執行過程平穩有序，試驗結果也完全滿足設計要求，試驗取得圓滿成功。通過對試驗前期準備工作進行總結，并對試驗數據的采集和處理進行詳細描述，為后續機組的同類型試驗提供了一定的參考并積累了寶貴的經驗。

〔編輯：張思楠〕

TL326

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.027

2095－6835（2017）18－0027－03