堆芯通量測繪程序異常的原因分析和處理

杜君堯

【摘 要】本文介紹了三廠堆芯通量測繪程序的工作原理，針對近期2號機組堆芯通量測繪程序頻繁故障報警的現象，分析程序故障時機組的響應，并與反應堆功率控制程序中液體區域控制系統故障時機組的響應相比較，簡述了堆芯通量測繪程序異常時主控室操作員對故障的定位和處理。

【關鍵字】堆芯通量測繪程序;機組響應;故障定位和處理

中圖分類號： TL375.4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）17-0226-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.107

0 概述

中核運行三廠重水堆采用天然鈾作為燃料， 需要不停堆換料。因此在正常運行期間， 其堆芯的中子通量分布由于燃耗的增加、裝卸料操作以及反應性調節機構的動作而隨時可能發生變化。因此， 在對反應堆功率進行控制時，需要通過堆芯通量測繪程序（下文簡稱FLUX）實時計算反應堆堆芯的中子通量分布，才能對反應堆功率進行準確地調節，保證堆芯的安全。為了使功率在堆芯內分布平衡，堆芯被劃分為14個區，每個區的功率可以分別控制，使它們都盡量達到平均功率。為了得到準確的區域功率，在堆芯內部還安裝了102根釩探測器。它們用于校驗鉑探測器的功率。堆芯通量測繪程序根據讀入的102個信號，計算出14個區域功率的校驗因子ADiF，最終控制用的區域功率是根據熱功率和釩探測器功率校驗后的鉑探測器功率。

1 堆芯通量測繪程序FLUX

1.1 程序功能

堆芯通量測繪程序（FLUX）的功能是建立反應堆內詳細的中子通量分布圖，為反應堆功率調節系統（RRS）提供控制參數，同時也為操縱員提供反應堆堆芯功率和中子通量等有關信息。

程序的主要功能有：

1.1.1 區域功率校正因子的計算

FLUX程序為RRS程序的功率測量和校準模塊提供14個區域的校正因子ADiF。

1.1.2 降功率模塊的功率計算

FLUX程序為RRS程序的降功率模塊提供用來計算停堆整定值的參數。該參數稱為PGMAX（取FLUX程序計算的500個點中、燃料棒束功率自高而低排列的第15個棒束的功率）。實際上，這是一個最大中子通量的閾值：即僅有1%的燃料棒束可以達到這樣高的通量水平。

1.1.3 信息表的計算

根據要求，FLUX程序提供有關釩中子通量探測器的信息表和堆內不同位置的功率和通量的信息表。

1.2 程序的運行

FLUX程序是慢程序和開關程序，它是一個完全獨立的程序，自己控制報警信息的輸出。FLUX程序又由FLX1、FLX2和FLX3三個程序組成，前兩個子程序用來處理通量探測器的信號，第三個子程序則用來計算處理所需要的有關信息。

程序的每一次執行只調用這三個子程序中的一個，每8秒運行一次;而且在多數情況下，每個子程序中也只有部分程序得到了執行。一個正常完整的全周期計算需要完成上述三個子程序的14次調用，總計耗時112秒。

1.3 釩探信號異常時程序的響應

CANDU堆用于堆芯通量測繪的探測器是自給能釩探測器。FLUX程序執行的所有計算的基礎是反應堆內102個釩中子通量探測器的中子通量讀數。根據統計數據， 該探測器在堆芯使用10年后總體失效率會達到 50%， 但在前6年內一般不會出現失效現象， 在6年之后失效率呈直線上升，在運行后第6年到第10年期間， 釩探測器每年的失效數量會從幾根上升至幾十根。我廠2號機組已有36號和91號釩探失效。

在每一個完整的FLUX程序的計算周期內，子程序FLX2主要用來發現信號嚴重漂移的和失效的中子通量探測器，并計算相應的估算中子通量來代替這些失效（異常或漂移）的中子通量探測器讀數。這個計算過程要重復執行兩次，第一次采用一個寬誤差限，第二次則采用窄誤差限。第一次的“寬通道”是用來識別具有顯著漂移但又不致殃及其相鄰探測器的失效探測器。

2 FLUX程序異常時的分析和處理

由于2號機組釩探國產化，36號釩探和91號釩探分別于2013年2月19日和20日失效，之后，2號機組多次出現FLUX程序異常的報警，特別是6月4日因FLUX程序異常導致區域功率波動致使停堆系統ROPT裕量降低而被迫降功率事件。

2.1 事件回顧

2013年6月4日中班，J08通道換料結束，執行完ROPT探測器正常標定后，ROPT裕量正常，隨后恢復滿功率運行。5分鐘后， FLUX程序突然發出“FLX 153 FLX PRGM BAD：MANY DET BAD”、“FLX 155 DET LIFETIME TOTAL NOT UPDATED”報警。2分鐘后報警消除，一切似乎恢復正常：滿功率運行，沒有窗口報警，沒有CRT報警， FLUX程序運行指示燈正常閃爍。2號機組之前曾發生過兩次FLUX 程序異常報警的情況，當時并未產生明顯后果，但主控操縱員并未放松對機組狀態的監視，主動檢查LZC區域水位、ROPT裕量、區域功率等重要參數。通過調取1號停堆系統ROPT參數監視界面，發現ROPT 9E裕量低于6%FP且正在減小，緊接著ROPT 9F裕量低于6%FP且正在減小。值長下令立即降功率至99%FP，操縱員快速走向主控盤臺6的同時，出現“1號停堆系統ROPT裕量低”報警。操縱員熟練地調出降功率界面，準確輸入降功率速率、目標功率，按下EXECUTE鍵進行降功率，幾乎在功率下降的同一時刻，ROPT 9F裕量低于4%FP，PDS發出了紅色警示。降功率后ROPT裕量逐漸好轉，“1號停堆系統ROPT裕量低”報警消除，機組在99%FP運行正常，有效避免了機組發生瞬態。

2.2 功率波動原因分析

事件發生后主控室操作員立即調出反應堆各個區域的LZC液位和區域功率調查原因，發現多個區域的LZC液位和未校正鉑探功率發生大幅波動，特別是2區液位從34.6%降至18.18%，非校正鉑探功率最高達107.9%FP，9區非校正鉑探功率也最高達107.3%FP，多個ROPT裕量低于6%FP甚至4%FP，直到降功率后這些參數才發生好轉。為什么多個區域的區域功率和LZC液位會異常波動呢？主控操縱員通過進一步詳細的檢查，又聯想到事件發生前的FLUX程序異常報警，終于發現了根本原因是由于多個區域的區域功率校正因子ADiF突變造成的。

2.3 FLUX程序異常原因分析

事件發生后，運行人員聯合相關技術人員一起調查事件原因。由于2號機組有兩個失效的釩探，大家首先把矛頭指向了這兩個釩探，通過臨時變更，選擇36/91號釩探鄰近探測器信號替代原信號，經過一段時間的考驗，FLUX異常報警不再出現。但釩探失效是不可避免的，FLUX程序也是可以允許少量釩探失效的，為什么兩個釩探失效就會造成怎么嚴重的問題呢？技術人員又把焦點放在了FLUX程序本身上，為了避免再有新釩探失效造成同樣的后果，技術人員升級FLUX程序，從根本上解決了該問題。

經過一系列的研究和驗證，最終確定了FLUX程序異常的原因為FLUX程序內部邏輯缺陷，自身糾錯邏輯有漏洞，再加上失效釩探，功率波動等外部擾動下導致計算釩探信號時出現發散現象，由2個失效的釩探信號逐漸放大為多個釩探信號失效，從而導致程序出現報警并給出錯誤數據，引發功率控制錯誤。

2.4 FLUX程序異常時主控室操縱員的響應

在6月4日的FLUX程序異常導致降功率事件中，主控室操作員是在FLUX程序報警幾分鐘之后才發現的多個停堆系統ROPT裕量低而降功率的，而實際上功率的波動在報警時就開始了，如果主控室操縱員忙于檢查其他參數沒有看到ROPT裕量快速降低，而是在停堆系統ROPT裕量低報警后才去降功率，很有可能來不及降功率而造成停堆系統局部高中子通量脫扣的停堆停機事件。

因此，主控室操縱員在看到FLUX程序異常的報警時，應立即檢查兩個停堆系統的ROPT裕量、各個區域的真實功率和區域功率校正因子ADiF，并打印失效的釩探列表。如果工況持續惡化，應立即降低反應堆功率，而不必等ROPT裕量低報警，這樣我們就會有更充裕的時間來處理事故工況，避免機組的進一步惡化。通過上節FLUX程序異常原因分析我們可以知道，當功率處于使DELK1=0.9762928左右時，會使計算出的DELK1為負，進而造成計算釩探信號時出現發散現象，由少數失效的釩探信號逐漸放大為多個釩探信號失效，因此我們降低1%FP的反應堆功率即可避免DELK1為負的情況，事實上也正是如此，當主控室操縱員在降低了1%FP功率后，ADiF立即好轉，機組隨即恢復正常運行。

3 總結

堆芯通量測繪程序（FLUX）作為反應堆功率控制程序的一部分，在機組功率控制中起著非常重要的作用，FLUX程序的穩定運行是電廠穩定的重要條件。當FLUX程序出現異常時，有可能會引起機組功率的波動甚至瞬態。作為主控室操縱員，應清楚了解FLUX程序的功能，掌握程序故障時的判斷和處理，確保機組安全、穩定、經濟、可靠運行。由于本人水平有限，并且作為運行人員，并沒有深究FLUX程序的計算原理，文中難免存在錯誤，敬請指正。

【參考文獻】

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[3]王公展，洪潭.堆芯通量測繪算法的改進研究，秦山第三核電有限公司.