重水堆核電機(jī)組區(qū)域超功率保護(hù)工況重分組的軟件優(yōu)化

袁 滿

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

重水堆核電機(jī)組兩臺(tái)坎杜機(jī)組區(qū)域超功率保護(hù)（Regional Overpower Protection 以下簡(jiǎn)稱“ROP”）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能，是在緩慢失去反應(yīng)性控制事故（ROP設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故）發(fā)生后，當(dāng)ROP系統(tǒng)鉑探測(cè)器測(cè)量信號(hào)超過(guò)ROP整定值時(shí)，ROP系統(tǒng)向兩個(gè)停堆系統(tǒng)提供停堆保護(hù)信號(hào)，防止堆芯燃料出現(xiàn)燒干現(xiàn)象。ROP工況重分組項(xiàng)目是在保證ROP系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全功能的前提下，結(jié)合國(guó)外工程經(jīng)驗(yàn)和重水堆核電機(jī)組既有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)階段的ROP工況分組進(jìn)行重新評(píng)估和適應(yīng)性分組，將那些由ROP正常手柄位置HSP1提供保護(hù)、整定值較低的部分工況移出，從而提升機(jī)組正常運(yùn)行期間的ROP裕量。

根據(jù)ROP系統(tǒng)設(shè)計(jì)，堆芯在不同的功率分布（下文簡(jiǎn)稱工況，英文為CASE）下，如果發(fā)生緩慢失去反應(yīng)性控制事故，該系統(tǒng)將提供超功率保護(hù)。ROP采用的工況有幾百個(gè)，這些工況被分成3組，分別由ROP整定值操作手柄（以下簡(jiǎn)稱“HSP”）3個(gè)位置HSP1、HSP2、HSP3的整定值提供保護(hù)，這3個(gè)位置對(duì)應(yīng)的整定值依次為122.0%、109.3%和83.3%。

國(guó)際坎杜電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間帶功率運(yùn)行后，ROP運(yùn)行裕量會(huì)降低。這主要是由于機(jī)組老化引起的，機(jī)組老化因素包括：

◆ 壓力管中子輻照后徑向尺寸變大（蠕變）。

◆ 冷卻劑回路熱傳輸支管內(nèi)壁及位于支管上的孔板結(jié)垢。

◆ 蒸汽發(fā)生器傳熱管一、二側(cè)結(jié)垢等因素的影響等。

一方面，ROP運(yùn)行裕量在逐漸降低；另一方面，機(jī)組運(yùn)行期間又要滿足ROP運(yùn)行裕量最低值要求（避免由于信號(hào)波動(dòng)而導(dǎo)致的誤停堆）。

為解決機(jī)組后續(xù)滿功率運(yùn)行期間可能出現(xiàn)的運(yùn)行裕量不足的問(wèn)題，重水堆核電廠從技術(shù)上采取了ROP工況重分組措施，即：按照一定的規(guī)則，將部分HSP1的工況轉(zhuǎn)移到HSP2對(duì)應(yīng)的工況組中。

1 ROP重分組的軟件設(shè)計(jì)

ROP工況重分組主要是指，在原ROP通用分組規(guī)則基礎(chǔ)上，再按照一定的新規(guī)則，將部分HSP1的工況轉(zhuǎn)移到HSP2對(duì)應(yīng)的工況組中，并在電站控制計(jì)算機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“DCC”）上安裝軸向平均區(qū)域功率偏差（Axially Averaged Zone Deviation，以下簡(jiǎn)稱“ZDAA”）報(bào)警。

1.1 應(yīng)用的新規(guī)則

1）規(guī)則一：排除電站現(xiàn)場(chǎng)不可能出現(xiàn)的工況。

2）規(guī)則二：在現(xiàn)場(chǎng)安裝并應(yīng)用軸向平均區(qū)域功率偏差ZDAA報(bào)警，基于此報(bào)警信號(hào)，將由HSP1工況組中的部分工況轉(zhuǎn)移到HSP2的工況組中。

3）規(guī)則三：修改電站運(yùn)行文件，并規(guī)定“禁止短停堆后在HSP1位置啟堆”。

4）規(guī)則四：基于現(xiàn)有報(bào)警RRS 332，將調(diào)節(jié)棒移動(dòng)順序異常的工況轉(zhuǎn)移到HSP2。RRS 332報(bào)警內(nèi)容為：3731 ADJSTR DRV SEQUENCE INCORRECT。

1.2 ZDAA報(bào)警參數(shù)設(shè)計(jì)

1）ZDAA報(bào)警參數(shù)

ZDAA報(bào)警的觸發(fā)參數(shù)為ZDROP，該參數(shù)反映了堆芯在某一工況下，任意一對(duì)軸向區(qū)域（除中心區(qū)域4和11外）功率偏離額定區(qū)域功率的程度。

ZDROP的計(jì)算公式如下：

其中，ZDi——區(qū)域功率相對(duì)偏差，其計(jì)算方法為：

其中，ZPi——某個(gè)工況下計(jì)算的區(qū)域i的功率（MW）。

ZPi-nom——額定工況下區(qū)域 i 的功率（MW）。

RP——反應(yīng)堆功率（FP）。

2）ZDAA報(bào)警設(shè)定值

借鑒國(guó)際坎杜機(jī)組的通用實(shí)踐，在ROP重分組分析中，將ZDAA報(bào)警觸發(fā)的條件定為“ZDROP≥15%”。考慮現(xiàn)場(chǎng)功率/通量分布計(jì)算3%不確定性（2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差），現(xiàn)場(chǎng)安裝的ZDAA報(bào)警的觸發(fā)條件設(shè)為“ZDROP≥12%”。

2 軟件優(yōu)化

2.1 優(yōu)化方案

為滿足ROP重分組規(guī)則二的要求，需要在電站計(jì)算機(jī)上增加ZDAA報(bào)警。這個(gè)ZDAA報(bào)警是提醒操縱員在運(yùn)行裕量不足時(shí)，能識(shí)別出這些工況并及時(shí)切換ROP停堆保護(hù)手柄。

ZDR是重水堆核電機(jī)組DCC中獨(dú)立執(zhí)行的周期性程序，提供確定某些反應(yīng)堆通量?jī)A斜控制條件，在需要的情況下，將停堆系統(tǒng)（SDS1和SDS2）的區(qū)域超功率保護(hù)開(kāi)關(guān)選擇到位置2（HSP-2）。正常的這個(gè)開(kāi)關(guān)選擇在位置1（HSP-1）。ZDR的輸入來(lái)自：

1）DCC的反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)慢程序RRS中的PMCR（The Power Measurement and Calibration Routine）程序[1]。

2）DCC的FLX（Flux Mapping）程序[2]。

這個(gè)報(bào)警提醒操縱員當(dāng)區(qū)域功率偏離正常值時(shí)，確認(rèn)某些通量模型包含在位置2的工況中，保證最大停堆裕量。

2.2 優(yōu)化邏輯

2.2.1 初始化

第一次運(yùn)行ZDR程序，初始化變量。

2.2.2 數(shù)據(jù)獲取

讀取DI，如果同一臺(tái)DCC上的RRS程序關(guān)閉，ZDR將失效；當(dāng)BMSU占據(jù)緩存，如果BMSU讀取錯(cuò)誤，ZDR將失效。

2.2.3 信號(hào)選擇

ZDR應(yīng)根據(jù)以下RRS的master或slave狀態(tài)確定是否運(yùn)行在master或slave模式：

A. FLAGZDR-SLAVE被清除。

B. 如果ZDR運(yùn)行在DCCY上，且根據(jù)表二中RRS的兩個(gè)或三個(gè)控制轉(zhuǎn)移DI閉合，那么置FLAGZDR-SLAVE標(biāo)志位。

2.2.4 算法[3]

A. 確定沒(méi)有濾波過(guò)的區(qū)域通量FLUXUi，i=[1..14] and FLAGFLFLX

a）設(shè)置FLAGFLFLX

b）設(shè)置FLUXUi無(wú)效，i=1……14

c）如果所有14個(gè)PiC有效，那么設(shè)置FLUXUi=PiC×ΦiNOM i=1……14

d）如果任何PiC無(wú)效，并且FLX程序打開(kāi)，F(xiàn)LUX Map是有效的，那么：

i．清除FLAGFLFLX

ii．FLUXUi = NORMZFi ×ΦiNOM i=1……14

e）如果任何PiC是無(wú)效值，并且FLX程序關(guān)閉，F(xiàn)LUX Map是無(wú)效的，那么：

i 如果PiC是有效值，設(shè)置FLUXUi = PiC×ΦiNOM i=1…14

ii 發(fā)出報(bào)警：“ZDR 002 ZDROP INPUTS BAD”

B. 確定選擇的區(qū)域通量，F(xiàn)LUXSi，i=[1..14]

a）FLUXA設(shè)置為平均值

b）如果FLUXUi是無(wú)效值或FLUXA是無(wú)效值，那么，F(xiàn)LUXi = FLUXi-REF；否則，F(xiàn)LUXi = FLUXUi / FLUXA

c）如果設(shè)置了FLAGFLFLX，那么：

i 設(shè)置FLUXFi = FILTER (FLUXFi(n-1),FLUXi,TCFLUXF)

ii FLUXSi = FLUXFi

否則，

i FLUXFi是無(wú)效值

ii FLUXSi = FLUXi

C. 計(jì)算7個(gè)軸向平均區(qū)域通量，F(xiàn)LUXaai, i=[1..7]

設(shè)置FLUXaai = (FLUXSi + FLUXSi+7) / 2，i = [1..7]，

FLUXSi, i=[1..14]是選擇的標(biāo)準(zhǔn)的或?yàn)V波后的區(qū)域通量值。

D. 計(jì)算7個(gè)ROP區(qū)域通量偏差，ZDROPi, i=[1..7]

a）根據(jù)下式計(jì)算FLUXaai-REF，i=[1..7]：

FLUXaai-REF = (FLUXi REF + FLUXi+7 REF)/2

b）設(shè)置ZDROPi = (FLUXaai - FLUXaai-REF) / FLUXaai-REF，i = [1..7]

FLUXaai, i=[1..7]是軸向平均區(qū)域通量值。

FLUXaai-REF, i=[1..7]是參考的軸向平均區(qū)域通量。

E. 監(jiān)視

a）如果ZDROPi > ALZDR-HI，那么，發(fā)出報(bào)警：

“ZDR 003-011 ROP FLUX DEVIATION ZN{i}-{i+7} HI”

b）如果ZDROPi > ALZDR-VH，那么，發(fā)出報(bào)警：“ZDR 012-020 ROP FLUX DEVIATION ZN{i}-{i+7} VH”

c）如果ZDROPi > ALZDR-EH，那么，發(fā)出報(bào)警：“ZDR 021-027 ROP FLUX DEVIATION ZN{i}-{i+7} EH”

注：

1. 一旦ZDROP低于報(bào)警設(shè)定值減去死區(qū)值，報(bào)警就會(huì)被清除。

2. 實(shí)現(xiàn)ZDR的特殊CPMSH要求。

① 如果需要Alarm Summary，可以通過(guò)操縱員界面調(diào)出ZDR的Alarm Summary

② 對(duì)于超出可接受范圍的報(bào)警請(qǐng)求，CPMSH輸出以下信息，這樣的信息僅在一個(gè)軟件發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)產(chǎn)生：

“ZDR 000 UNDEFINED MESSAGE 編號(hào)”。

3 結(jié)論

機(jī)組區(qū)域超功率保護(hù)工況重分組的軟件優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施后，機(jī)組正常運(yùn)行期間ROP運(yùn)行裕量提升約3%，與預(yù)期的實(shí)施效果一致；ZDROP程序運(yùn)行正常，無(wú)異常報(bào)警。