秦山第二核电厂长燃料循环后堆芯温度变化对运行的影响

李茂友

摘 要：该文通过对秦山第二核电厂首个长燃料循环后堆芯平均温度波动变大，导致堆芯温度偏差变大，控制棒组D棒频繁动作的现象进行分析，评价对机组运行的影响。秦山第二核电厂首个长燃料循环后出现堆芯平均温度波动变大，堆芯温度偏差大报警频繁触发、控制棒组D棒频繁动作的现象，该文介绍了秦山第二核电厂反应堆内温度监测报警和控制棒动作逻辑的原理，通过对长燃料理论计算数据和实际堆芯温度监测数据进行对比分析，并考虑堆芯内毒物的影响，找出电厂出现此现象的原因，并评价对机组运行的影响。

关键词：长燃料循环 堆芯温度 控制棒

中图分类号：TL351 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0077-02

秦山第二核电厂2号机组第11循环（U2C11）为秦山第二核电厂首个长燃料循环（指换料周期由12个月延长至18个月），堆芯装载模式为低泄漏，该循环于2014年7月31日达到满功率运行。在初始满功率运行的1个月时间内，主控室频繁触发2RIC713/714AA（堆芯热电偶温差高）报警，同时出现了反应堆主控制棒D棒频繁动作的现象。

1 堆芯温度检测和D棒控制原理

堆芯出口热电偶温度的测量是用于确定堆芯径向功率分布，监测堆芯径向功率分布是否发生或存在不均匀的分布现象和计算冷却剂的饱和裕度。针对堆芯热电偶RIC报警，根据秦山二期工程《反应堆及反应堆冷却剂系统定值手册》规定，RIC系统“同一区域内温度测量允许偏差”目前取值为25 ℃。由于堆芯分成3个区域，而热电偶分成两列，就是说每一个区域都有两列，这样相当于有6组数值，每组数值内的最大值减去最小值都会产生一个偏差，任意一个偏差大于定值都会产生报警。

而作为反应堆平均温度调节系统的主调节棒组的D棒组由反应堆功率控制系统根据测量温度与参考温度的偏差（Tavg-Tref）形成提棒、插棒和棒速信号，送往棒控系统。阈值继电器产生插棒或提棒信号（方向信号）。经函数发生器产生棒速信号。当偏差为负时，说明平均温度偏低，当偏差增加到-0.83 ℃时，控制棒开始以8步/min提升，偏差在-1.73 ℃～-2.8 ℃，棒速在8～72步/min变化。当偏差降到-0.56 ℃时，控制棒停止提升。为防止棒速频繁动作，棒速单元中设置了棒速死区。在棒速单元中±0.83 ℃的（Tavg-Tref）偏差范围称为死区（盲区）。另外，（Tavg-Tref）在-0.83 ℃～-0.56 ℃及0.56 ℃～-0.83 ℃的温度偏差范围均称为回环。

2 堆芯温度变化和D棒频繁动作原因分析

秦二厂2号机组第11循环为长燃料循环，装载模式为低泄漏，核设计焓升因子变大，造成组件出口温差较大，U2C10循环寿期初堆芯出口热电偶的最大温差为16 ℃左右，而U2C11循环为24 ℃左右。

秦山第二核电厂1&2号机组长循环燃料管理论证报告中，燃料管理理论计算采用SMART程序进行的燃料管理理论计算给出了各燃料循环BOL、BLX和MOL时的堆芯出口温度分布。SMART程序是采用封闭通道热工水力模型的三维程序，不考虑通道之间的交混效应。通过计算得出的各燃料循环堆芯出口温度偏差的包络值是26.2 ℃，超过原RIC定值，从而导致主控室频繁触发RIC温度差高报警。

根据《秦山第二核电厂1&2号机组长循环燃料管理论证RIC定值论证报告》，在考虑了温度测量不确定性后，RIC系统温差报警定值需由当前的25 ℃调整至33.2 ℃。但因秦二厂1/2号机组RIC系统设计的原因，RIC温差报警定值固化于系统硬件中，电厂维修技术人员无法对其进行调整。故在大修技术改造前RIC堆芯温度高报警无法消除，运行人员需在报警出现后及时查看对应温度变化，确保未超过最新给定限值，在技改完成后此温度报警应不会再频繁触发。

组件出口温差变大，可能使得冷却剂温度在堆芯出口及环路中不能及时搅匀，在冷却剂到达测温旁路热端热电偶温度计时，会使得热电偶测得的热端温度波动大，从而使得冷却剂平均温度波动大，以及控制环路的信号波动大，从而导致控制棒动作较频繁。这种由于堆芯装载方式的原因而对控制棒产生的“扰动”现象，已经在多个核电厂中出现。

秦山第二核电厂的D棒为反应堆平均温度调节主控制棒，其动作和反应堆平均温度变化直接相关。在对2014年8月13日冷却剂平均温度和D棒棒位变化全天的数据分析后可以得知，当冷却剂平均温度较高时，控制棒下插，下插后冷却剂平均温度降低，D棒动作和平均温度的变化趋势一致，并且D棒动作幅度也不大，连续动棒只有一次为2步，其余都为1步。从温度变化和控制棒动作的对应趋势上看，控制棒动作是正确的反应了堆内平均温度变化。见图1。

而从U2C11循环环路的冷却剂温度波动情况及与U2C10循环运行情况的比较图（见图2）可以看出，U2C11循环的冷却剂热端温度波动幅度变大，并由此导致冷却剂平均温度波动幅度变大。

所以长循环低泄漏的装载模式产生的组件出口温差大，并且在堆芯出口和环路中不能完全搅匀的现象在2号机组是存在的。

冷却剂平均温度波动幅度变大后，平均温度与参考温度的温差更容易超过控制棒的调节“死区”，从而使得控制棒更容易动作。由于目前U2C11循环处于寿期初，慢化剂温度系数较小，这意味着堆芯的冷却剂温度稳定性相对较差，当堆芯受到各种反应性扰动时，冷却剂平均温度就比较容易产生波动，因此，寿期初反应堆冷却剂平均温度的变化相对寿期中和寿期末要大一些，这也会导致控制棒动作次数相对较多。从秦二厂4台机组的运行历史数据看，寿期初的D棒动作次数比寿期中和寿期末也相对多一些。

3 结语

U2C11长燃料循环低泄漏装载模式下，组件出口温差大，环路中冷却剂温度的均匀性降低，造成冷却剂热端温度和平均温度波动幅度增大，和堆芯内热电偶测量数据偏差变大，这容易导致主控触发堆芯热电偶温差大报警，并同时容易导致控制棒动作。同时寿期初慢化剂温度系数较小，堆芯冷却剂温度的自稳性比较低，冷却剂温度比较容易产生波动，造成了D棒在一段时间内动作次数较多，從理论和时间情况来看，此阶段D棒频繁动作属于正常现象。

由于长燃料循环低泄漏装载模式，在U2C11循环寿期内，堆芯出口温差将维持在一个较大水平，其导致的冷却剂热端温度和平均温度的波动幅度增大的现象将一直存在，但是波动幅度预计不会变得更大。随着燃耗的加深，堆芯钐毒等毒物反应性会平衡，同时慢化剂温度系数会越来越大，这使堆芯的平均温度更趋于自稳定，这将抑制D棒组的动作。

参考文献

[1] 关晖.反应堆及反应堆冷却剂系统定值手册，B版[Z].2001.

[2] 李文平.RIC系统手册，A版[Z].2000.

[3] 秦山第二核电厂1&2号机组长循环燃料管理论证报告[R].2011.