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)、風險分析、試驗數(shù)據(jù)的處理等幾個方面詳細描述了整個試驗的執(zhí)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(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，該試驗的前期準備工作尤為重要。

1.1 試驗組織結(jié)構(gòu)準備

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 風險預(yù)案準備

按照規(guī)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(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險預(yù)案》。該預(yù)案的風險分析全面，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。

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(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。

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到100 ms。為了達到這個目的，上述數(shù)據(jù)點均導入KDO中進行試驗數(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)路流量表進行熱態(tài)試驗下的重新標定，標定后數(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險試驗，經(jīng)過前期各方精心的準備以及大量的驗證，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。通過對試驗前期準備工作進行總結(jié)，并對試驗數(shù)據(jù)的采集和處理進行詳細描述，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