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(yīng)堆冷卻劑惰走試驗及數(shù)據(jù)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(zhuǎn)后反應(yīng)堆冷卻劑擁有足夠的惰走流量,機組在臨界前需通過反應(yīng)堆冷卻劑流量惰走試驗?zāi)M主泵失電工況,驗證主泵惰轉(zhuǎn)后反應(yīng)堆壓力容器冷卻劑流量系數(shù)的大小是否滿足要求。從該試驗的組織結(jié)構(gòu)、風(fēng)險分析、試驗數(shù)據(jù)的處理等幾個方面詳細(xì)描述了整個試驗的執(zhí)行過程,并針對試驗準(zhǔn)備過程中遇到的問題給出了具體的解決方案,以期為后續(xù)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(shù)據(jù)處理
在正常工況下,主泵使反應(yīng)堆冷卻劑強迫循環(huán),它的連續(xù)運行保證了反應(yīng)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(zhuǎn),反應(yīng)堆冷卻劑流量在主泵惰轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的支持下以一定的速率開始下降直至建立自然循環(huán)。此時,反應(yīng)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(yuǎn)離最小偏離泡核沸騰比(DNBR)的關(guān)鍵。為了驗證這一點,在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)調(diào)試大綱中規(guī)定機組在臨界前需執(zhí)行反應(yīng)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(zhuǎn),驗證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)在反應(yīng)堆冷卻劑強迫循環(huán)時,全部喪失或者部分喪失工況下維持堆芯安全的能力。
反應(yīng)堆冷卻劑流量惰走試驗由于其具有的重要性,它的試驗結(jié)果是國家核安全局釋放反應(yīng)堆臨界節(jié)點的一項重要判斷依據(jù)。同時,從反應(yīng)堆臨界至滿功率的數(shù)個功率平臺,該試驗都必須重復(fù)執(zhí)行并將試驗結(jié)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(zhǔn)備工作尤為重要。
由于該試驗涉及部門較多,因此,編制了試驗組織結(jié)構(gòu)圖,便于試驗的開展,如圖1所示

圖1 試驗組織結(jié)構(gòu)圖
按照規(guī)程要求,該試驗將由2種方案進(jìn)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(zhuǎn);②通過斷開LGA001JA使得RCP002/003PO同時失去動力,電源開始惰轉(zhuǎn)。由于2種方案的執(zhí)行均要斷開母線開關(guān)(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(zhuǎn),因此,將產(chǎn)生母線失電、主泵惰轉(zhuǎn)以及熱停工況下主泵完全停運3個重大風(fēng)險源。為了確保試驗?zāi)軌虬踩㈨樌麍?zhí)行,于是編制生效了《反應(yīng)堆冷卻劑流量惰走試驗風(fēng)險預(yù)案》。該預(yù)案的風(fēng)險分析全面,應(yīng)對措施有效,對于試驗執(zhí)行過程中機組狀態(tài)的控制能夠提供可靠的指導(dǎo)。
試驗過程中由于涉及到母線失電,機組狀態(tài)變化較多且大多數(shù)為瞬態(tài)變化,為了更好地控制機組狀態(tài)以及順利地開展試驗,執(zhí)行前需編制試驗典型操作票。內(nèi)容包括試驗先決條件檢查、試驗步驟以及試驗后狀態(tài)恢復(fù)。
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(zhuǎn),以驗證3臺主泵同時惰轉(zhuǎn)工況下相關(guān)信號的觸發(fā)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(fù)荷多和在RPA/RPB中模擬P7+P8信號的前提。
試驗方案II總體執(zhí)行思路與方案I是一致的,執(zhí)行方式的區(qū)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(zhuǎn);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(huán)路流量低(1/3)+P8觸發(fā)反應(yīng)堆停堆即可。在方案II中,還引入停堆斷路器信號進(jìn)行停堆觸發(fā)時間點的比較。
由于試驗準(zhǔn)則中對數(shù)據(jù)的精度要求較高(小數(shù)點后四位),且流量探測器的響應(yīng)時間均不超過0.4 s,因此,對于冷卻劑流量以及主泵轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵數(shù)據(jù)點的掃描周期要求達(dá)到100 ms。為了達(dá)到這個目的,上述數(shù)據(jù)點均導(dǎo)入KDO中進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的采集。
在試驗的2種方案中數(shù)據(jù)采集的精度都比較高,主泵惰轉(zhuǎn)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(zhuǎn),即時間起始點的采集為相應(yīng)母線斷路器狀態(tài)的記錄,方案I記錄0GEW斷路器的狀態(tài),方案II記錄LGA001JA的狀態(tài)。
環(huán)路探測器響應(yīng)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(huán)路探測器響應(yīng)曲線;a(t)為t時刻環(huán)路冷卻劑的流量下降系數(shù);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(yīng)時間τ的函數(shù)關(guān)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(huán)路探測器的響應(yīng)時間。以方案I中二環(huán)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(huán)環(huán)路探測器響應(yīng)曲線
結(jié)合圖2與式(2),可以計算出二環(huán)響應(yīng)時間τ=0.020 1/0.065 2=0.31 s,同理,可計算出其他環(huán)路響應(yīng)時間。
由于受到探測器本身誤差的影響,必須對冷卻劑環(huán)路流量表進(jìn)行熱態(tài)試驗下的重新標(biāo)定,標(biāo)定后數(shù)據(jù)如表1所示。反應(yīng)堆冷卻劑環(huán)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(huán)路流量探測器標(biāo)定后數(shù)據(jù)
以一環(huán)RCP025MD為例,根據(jù)P∝Q2可得以下關(guān)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(yīng)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(huán)流量修正值△Q1=44.37 m3/h。
主泵轉(zhuǎn)速下降曲線直接代表了主泵失電后轉(zhuǎn)子惰轉(zhuǎn)的能力,同時,也為反應(yīng)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(zhǔn)則中明確提出“主泵轉(zhuǎn)速下降率慢于設(shè)計值”。主泵轉(zhuǎn)速下降率公式為:

式(4)中:β(t)為t時刻主泵轉(zhuǎn)速下降系數(shù);Ω(t)表示t時刻主泵實測轉(zhuǎn)速;Ω(t=0)為0時刻主泵轉(zhuǎn)速(即惰轉(zhuǎn)前轉(zhuǎn)速)。在方案I中,通過式(4)計算出的前10個主泵轉(zhuǎn)速下降系數(shù)如圖3所示。
以方案I中RCP001PO轉(zhuǎn)速評估為例,將β1(t)數(shù)據(jù)通過Excel繪制成曲線后與判定曲線進(jìn)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(zhuǎn)速的下降速率慢于要求的值,試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。

圖3 主泵轉(zhuǎn)速下降系數(shù)

圖4 主泵轉(zhuǎn)速下降系數(shù)對比示意圖
壓力容器流量系數(shù)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(yuǎn)離最小DNBR的程度,在計算壓力容器流量系數(shù)時為了更加準(zhǔn)確地體現(xiàn)實際通過壓力容器的流量,其計算過程需考慮響應(yīng)時間(τ)以及流量計誤差△Q的影響。考慮了探測器的響應(yīng)時間后在t時刻環(huán)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(yīng)的,環(huán)路實際流量下降系數(shù)a*(t)=a(t+τ)。此時,3個環(huán)路的總流量Q為:

式(5)中:Qi為反應(yīng)堆冷卻劑流量驗證試驗實測各環(huán)路100%Qn流量值。
考慮探測器精度的影響后,在t時刻各環(huán)路探測器精度產(chǎn)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(huán)路總流量的誤差;(t)為各環(huán)路t時刻實際流量下降系數(shù);△Qi為各環(huán)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(shù)a′(t)為:

式(7)中:68 520為反應(yīng)堆壓力容器熱工設(shè)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(shù)據(jù)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(shù)均高于要求值,試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。

圖5 壓力容器流量系數(shù)對比示意圖
反應(yīng)堆冷卻劑流量惰走試驗本身屬于高風(fēng)險試驗,經(jīng)過前期各方精心的準(zhǔn)備以及大量的驗證,該試驗執(zhí)行過程平穩(wěn)有序,試驗結(jié)果也完全滿足設(shè)計要求,試驗取得圓滿成功。通過對試驗前期準(zhǔn)備工作進(jìn)行總結(jié),并對試驗數(shù)據(jù)的采集和處理進(jìn)行詳細(xì)描述,為后續(xù)機組的同類型試驗提供了一定的參考并積累了寶貴的經(jīng)驗。
〔編輯:張思楠〕
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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.027
2095-6835(2017)18-0027-03