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）

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。

1 試驗準(zhǔn)備

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。

1.1 試驗組織結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備

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

1.2 風(fēng)險預(yù)案準(zhǔn)備

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)。

1.3 試驗典型操作票準(zhǔn)備

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)。

2 試驗內(nèi)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(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。

2.2 試驗方案II

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。

3 試驗數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)采集點的選擇

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。

3.2 數(shù)據(jù)采集起始點的選擇

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)。

3.3 環(huán)路流量探測器響應(yīng)時間τ的計算

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。

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(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。

3.5 主泵轉(zhuǎn)速下降評估

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

3.6 壓力容器流量系數(shù)評估

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

4 結(jié)束語

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〕

TL326

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.027

2095－6835（2017）18－0027－03