核電廠運行技術規格書標準化探討

萬寒陽

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 葫蘆島 125100）

0 前言

運行技術規格書規定了核電廠正常運行、運行瞬態及異常運行工況下的技術要求， 包括安全限值、安全系統整定值、運行限制條件以及監督要求。 當機組運行狀態較技術規格書要求發生偏離時，應在規定的后撤時間內將機組撤到規定工況，防止預計運行事件升級。

技術規格書對核電廠安全性及經濟性有重大影響，統一的運行技術規格書標準對核電技術輸出和國內核電廠安全監管及技術交流將起到巨大的正向推動作用。

1 運行技術規格書現狀及差異

國內現有運行技術規格書總體上分為以法國M310 運行技術規格書為代表的法系模式和以美國西屋公司標準運行技術規格書為代表的美系模式[1]。 美系與法系運行技術規格書中都包括定義、 安全限值、運行限制條件、監督要求和行政管理等內容，以約束核電廠行為規范。風格上美系運行技術規格書條理清晰、結構簡單，執行時可執行性較強；法系運行技術規格書內容更精細。

運行技術規格書采用美系模式的有秦山一期CNP300 壓水堆，秦山三期CANDU-6 重水堆，田灣1、2、3、4 號 VVER 機組，三門、海陽 AP1000 等；法系模式的有秦山二期、二擴方家山M310 改進型，大亞灣基地M310 改進型，福清、昌江、紅沿河、寧德、陽江、防城港M310 改進型，臺山EPR 等。 這些運行技術規格書存在如下差異。

1.1 對運行模式的定義不同

運行技術規格書中將反應堆不同的標準運行工況和標準狀態劃分為不同的運行模式，并對應不同的運行限制條件。 AP1000 壓水堆運行模式分為：換料、冷停堆、安全停堆、熱備用、啟動、功率運行。 VVER 壓水堆運行模式分為：換料冷停堆、維修冷停堆、冷態、加熱冷卻、熱態、最小可監測功率水平、功率運行。秦山一期CNP300 壓水堆運行模式分為：停堆換料，冷停堆，中間停堆B 階段，中間停堆A 階段、熱停堆、熱態零功率、功率運行。 秦山二期1/2 號機組M310 改運行模式分為：換料冷停堆，維修冷停堆，RRA 投入的雙相中停、單相中間停堆、正常冷停堆，熱停堆和正常中間停堆（RRA 未連接），功率運行和熱備用。秦山二期3/4號機組M310 改運行模式分為： 全部燃料在燃料廠房內，換料冷停堆，維修冷停堆，正常冷停堆，RRA 投入的雙相中停、單相中間停堆，熱停堆和正常中間停堆（RRA 未連接），功率運行和熱備用。 方家山1/2 號機組M310 改運行模式分為：堆芯完全卸料模式、換料停堆模式、維修停堆模式、RRA 冷卻正常停堆模式、蒸汽發生器冷卻正常停堆模式、反應堆功率運行模式。 秦山三期CANDU-6 重水堆運行模式分為： 保證停堆狀態，非常低功率/冷態卸壓，升溫、升壓或降溫、降壓，低功率/熱態加壓，功率運行。 上述運行技術規格書中各運行模式內涵及對應階段有較大不同，這也導致它們的編排格式及內容存在較大差異。

1.2 慢化劑溫度系數（MTC）運行限值的界定及表述不同

GDC11 中規定“反應堆堆芯和相關的冷卻劑系統應設計成：在功率運行范圍內，瞬時的固有的核反饋特性的凈效應須有助于補償反應性的快速增加”。 所以MTC 與其他的反應性參數疊加后應能滿足反應性的負反饋要求。

早期大多以“當所有控制棒提出堆外，在燃料循環壽期初、熱態零功率條件下，MTC 不得為正（＜0 pcm/℃）”確定MTC 限值上限， 隨著運行經驗的積累和核工程設計理念的提升， 陸續有核電廠的運行技術規格書中，MTC 限值上限出現正值， 實際燃料循環的相應工況中，MTC 也確實出現過正值。 NRC 頒布文件中，也出現了MTC 上限值為12.6 pcm/℃，承認了MTC 可以出現正值。

如今， 除秦山一期等設計及投產較早的核電廠，大多數核電廠運行技術規格書對MTC 限值范圍已不再有上述不得為正的規定， 但對MTC 運行限制條件的表述仍有差異。 田灣VVER 1、2 號機組運行技術規格書中為“壽期初，控制棒處于規定位置，慢化劑溫度系數（MTC）不應為正（≤0/△K/K/℃）；壽期末，慢化劑溫度系數低限為-100 pcm/℃[2]。 ”三門 AP1000 1/2 號機組運行規格書中規定為“MTC 必須維持在堆芯運行限值報告（COLR）規定的限值之內[3]。 ”COLR 是西屋公司1980 年代末開始為避免對技術規格書中限值變更導致的NRC 審評中損耗時間和金錢， 換料設計時在原有報告的基礎上補充報告。 之后在NRC 鼓勵下，美國多數核電廠都將技術規格書中燃料循環相關的限值轉移至COLR。

2 對運行技術規格書標準化的改進建議

2.1 完善并統一運行模式的定義

《核動力廠運行安全規定》中規定運行限制條件“必須包括對各種運行狀態（包括停堆在內）的要求”[4]，但并未對“各種運行狀態”做出詳細解釋，“各種運行狀態”理解起來應該包括堆芯無料的狀態。AP1000 運行技術規格書中“換料”指的工況是：反應堆壓力容器頂蓋的一個或多個螺栓未處于完全張緊狀態，即反應堆壓力容器頂蓋的螺栓已經松開或頂蓋已移走，燃料仍在壓力容器內；不包括卸料完成到裝料開始之間的工況。 這種工況是存在且將持續一段時間的， 現有AP1000 機組的實際運行情況中這種工況也持續數月存在過。燃料卸至乏燃料水池后仍需保證電源供應和冷卻系統的運行， 以保證乏燃料水池水溫不超限，確保乏燃料的安全。 福島核事故也以慘痛教訓明確了“排出乏燃料衰變熱” 是保證核電廠安全的基本要求之一。運行技術規格書中缺少完全卸料模式時的運行限制條件將導致運行人員在編制該工況下的運行規程及相關系統設備停復役計劃時缺少確保乏燃料安全的上層文件依據，進而導致乏燃料池喪失冷卻的風險增加。 因此，建議在標準化運行技術規格書運行模式中增加“完全卸料”模式工況的運行限制條件等相關內容。

同時，標準化運行技術規格書需對運行模式的定義統一，并建議現有運行技術規格書后續改進升版時對運行模式的定義往統一標準靠攏，這樣便于各電廠工作人員間人才交流，有利于核安全局理解和監管。

2.2 統一對慢化劑溫度系數（MTC）運行限值的界定及表述

結合現有運行技術規格書中的表述來看，對MTC運行限值要求（上限是個正值）的具體表述可以有以下若干種方案：

對MTC 上限的要求變更為“在燃料循環壽期初、熱態零功率條件下，MTC 不得為正（＜0 pcm/℃）”。 去除了對控制棒位置的限制， 允許使用控制棒干預，將控制棒保持在提升極限內，控制MTC 上限不為正。

對MTC 上限的要求變更為圖表， 不同條件下設置不同上限。

對MTC 上限的要求變更為 “當所有控制棒提出堆外，在燃料循環壽期初、熱態零功率條件下，MTC 小于某個正值”。

在運行技術規格書中不對MTC 具體限制進行說明，采用COLR 模式，每個燃料循環由設計方向業主及核安全局（或國外核安全監管部門）提供COLR，對MTC 限值動態變更。

在第四種方案COLR 中采用第三種方案表述，進一步簡化了后續修改時審批上的煩瑣程序， 三門AP1000 采用了該方式。 由于堆芯每一燃料循環間存在差異，第二種方案不能精準地對每一燃料循環的情況進行規定。第一種方案由于去除了對控制棒位置的限制，需人為判斷進行干預，引入了一定風險，也增加了運行時的難度。田灣采用的表述方式實際上與第一種方案類似，仍規定了控制棒的位置，減少人因引入的風險，也同時減少了靈活性。

因此， 建議在標準化運行技術規格書中對MTC運行限制條件的規定及表述采用COLR 模式，不在技術規格書中說明具體數值，在COLR 中使用第三種方案中的表述“當所有控制棒提出堆外，在燃料循環壽期初、熱態零功率條件下，MTC 小于某個正值”。 這個上限值的界定需在各種燃料管理方案下，對于反應性反饋特性相關的一系列事故及瞬態進行分析，從事故后果判斷是否允許出現正的慢化劑溫度系數、不同工況下允許出現的正的慢化劑溫度系數上限值是多少。

3 結語

本文對運行技術規格書中運行模式定義的完善和統一以及MTC 運行限值的界定及表述的統一提出建議，對今后運行技術規格書標準化工作有一定參考價值。