650MW機組壽期末延伸運行方案設計及論證研究

焦健 王勇智 楊卓芳

摘要：隨著核電基地機組數量的不斷增加和長循環燃料管理模式的逐步應用，機組大修規劃和電網調峰保電矛盾日益突出，延伸運行的應用日益頻繁。本文簡要介紹650MW機組壽期末降功率延伸運行方案設計，分析需要考慮的邊界條件。從延伸運行方案的選擇、事故分析、燃耗限值、系統設備周期影響、方案的經濟性分析等多角度建立延伸運行方案設計和論證體系。

關鍵詞：延伸運行 方案設計 邊界條件

中圖分類號：TL 326 文獻標志碼：A 文章編號：

壓水堆核電機組在運行達到一定燃耗情況下，硼濃度不能繼續降低，機組需要停堆換料。但由于某些原因，機組需要繼續運行，即需要實施延伸運行。延伸運行的方式按反應性釋放的方式不同可以分為降溫度延伸運行和降功率延伸運行[1]。降功率延伸運行相比有諸多優點：不改變溫度功率對應關系，不改變二回路蒸汽品質，需要開展的論證較少，實際應用靈活性較大。

以650MW壓水堆機組為例，為滿足電網迎峰度夏要求，要求核電廠通過延伸運行方式推遲停堆時間約20自然天。但是推遲停堆會超出本燃料循環自然循環的設計燃耗窗口，需要開展延伸運行的方案設計和安全分析論證，確保核電站始終處于安全穩定運行。

1延伸運行的邊界條件

延伸運行的實施不僅涉及堆內燃料組件燃耗的繼續加深，還涉及到延伸運行期間安全分析的論證結果是否被有效驗證，延伸運行對系統、設備等的影響、延伸運行對機組控制的影響，主要包括：

1.1 延伸運行方案必須滿足FSAR事故分析的論證結論。

必須對延伸運行期間的可能出現的事故進行全面的分析論證，論證的范圍同每一個循環換料設計時進行的論證范圍相同，其結果必須被《機組最終安全分析報告（FSAR）》論證包絡。

1.2 延伸運行方案必須滿足燃耗限值要求。

延伸運行方案必須滿足燃料管理論證的燃耗限值的相關要求，必須保證任何情況下機組的燃耗不能超過經過論證審批的該類型燃料組件和燃料棒的最大燃耗限值，不能超過安全分析報告論證覆蓋的機組燃耗狀態。

1.3 延伸運行方案必須考慮對機組運行的影響

壽期末功率變化期間，相關反饋系數會變得更大，反饋效應更明顯。機組的相關調節會引起軸向功率偏差的變化范圍更大，功率和棒位的調節會導致“超帶”風險進一步增加。因此在延伸運行功率變化的方式選擇和實際控制過程中應該充分考慮“超帶”風險和預防措施。

1.4 延伸運行方案必須考慮周期延長對系統設備的影響。

現有的系統設備周期論證結論必須能覆蓋延伸運行后的機組運行周期，確保系統、設備、定期試驗和檢查不會超期。

1.5 延伸運行方案必須考慮經濟性。

必須考慮延伸運行方式對后續循環規劃的影響，必須考慮延伸運行方案的經濟性，盡量減小負荷因子的損失。

2設計這方案分析

2.1 方案1——一次性階躍式降功率

方案描述：一次性將反應堆從滿功率降到目標功率，保持目標功率運行到壽期末；通過功率虧損和氙毒釋放引入正反應性，補償燃耗負反應性。

2.2 方案2——分階段階躍式降功率

方案描述：根據反應性平衡，將機組從滿功率降低到一定功率平臺，維持機組功率穩定，然后再次進行降功率釋放正反應性并維持運行，直至停堆。

2.3 方案3——每日逐步降功率

方案描述：采用每天連續降功率方式，從滿功率降到目標功率，根據測算，功率每天降低1%FP可以延長運行1個自然天。

3方案比較與選擇

以650MW壓水堆機組壽期末、超設計燃耗延伸運行為例，針對三種方案的分析，在延伸運行的長度相同情況下，方案3的平均功率最高，負荷因子最好，經濟型最好。功率變化期間的反應性控制難度方案3由于累計效應原因，AO變化范圍大，但實際操作通過恰當控制會消除累計效應。方案2方案3反應性控制次數較多但操作簡單，氙震蕩風險較小。方案3需要開展的安全分析論證范圍較大，需要模擬的狀態點較多，尤其是PCI裕量分析需要明確的功率史，論證的工作量較大且費時。方案2的熱點因子最小，安全性更好。

4方案論證

4.1 對FSAR的符合性驗證——超差事故的分析

延伸運行期間的燃耗和運行狀態已經超出了自然循環的論證范圍。需要重新進行相關事故分析，如果出現某些安全參數超差，需要做補充事故分析，而且補充分析的結論要滿足FSAR的要求。

4.2 對系統設備周期的符合性

在進行延伸運行論證時不僅需要考慮反應堆物理燃料方面燃耗的加深和相關參數的變化，還需要考慮延長的運行周期對機組系統設別、定期試驗的相關影響。在平衡循環+機動循環的運行模式下，現有的系統設備周期技術文件和技術規程可以覆蓋延伸運行的周期延長。

4.3 軸向功率偏差的計算及硼-棒控制建議

根據選定的降功率運行方案，運用軟件系統，考慮氙毒變化和功率反饋效應，進行多次模擬-修正迭代計算，提供運行控制操作建議，供運行人員參考，按此控制方案可以盡量降低氙震蕩的影響，確保降功率期間△I控制在運行帶盡量小的范圍[2]。

用堆芯計算軟件模擬計算了650MWe機組壽期末的降功率過程中的△I和棒位，如圖1所示。可以為運行人員提供很好的操作指導，確保降功率過程實際△I始終處于參考△I附近，不會超出運行帶。

5 結論

本文介紹了650MWe機組壽期末超自然循環設計燃耗情況下，通過降功率延伸運行延后停堆時間。對延伸運行的可行性、經濟性進行，并對選定的降功率方案進相關論證分析，確保方案滿足FSAR要求，確保現有的燃料管理論證和系統設備周期論證結論有效、并給出運行操作建議，降低超帶風險。

整個方案的制定和實施，為核電廠積累壽期末超設計燃耗情況下的延伸運行積累經驗，提高燃料經濟性，為電網的迎峰度夏做出貢獻。

參考文獻

[1] 肖岷.大亞灣核電站延伸運行技術的研究和實施[J].核動力工程，2006年第1期

[2] 張彥義.核電站延伸技術的原理及其應用[J].科技視界，2015年第16期

作者簡介：焦健（1986.7—），性別：男；籍貫：內蒙古赤峰；民族：漢族；學歷：本科；職稱：工程師；職務：科員；研究方向：壓水堆堆芯物理和燃料管理相關技術管理工作；單位：中核核電運行管理有限公司；郵編314300