秦山第二核电厂物理试验管理

代前进，潘泽飞，詹勇杰，叶国栋

（核电秦山联营有限公司，浙江 海盐314300）

任何一座新建成核电厂的反应堆，或换料后的反应堆，在投入正常功率运行之前都需要实施一系列反应堆物理试验。物理试验同核电厂的安全性和经济性息息相关，尤其换料后的堆芯物理试验，是核电厂大修的主线，它的成功实施是核电厂能够顺利实现换料后满功率的前提条件，试验实施的时间控制越短，则越早到达满功率，为核电厂带来一定的经济性提升。

物理试验的实施，无论零功率阶段还是升功率阶段，都是在特定的堆芯状态下，改变堆芯特征参数来测量相应的反应性、堆芯中子通量密度等变化，因此，物理试验常常偏离核电厂正常运行的范围。在核电厂运行技术规格书中，对这种状态的偏离并没有详细的规定，对物理试验的监督没有明确的要求。基于上述原因，物理试验的监督近年来越来越受到国外核安全机构的重视，美国核管会和法国EDF已将物理试验的安全监督体系纳入核电厂运行技术规格书的基本要求，如美国核管会最新的核电厂运行技术规格书和法国EDF的GOR10文件，物理试验的监督要求成为核电厂申请运行执照时必要的体系类文件。国内核安全监管当局在多年的核电厂安全管理的过程中，对物理试验的认识和经验也逐步地加深。国内核电厂在积累自身经验的同时，通过与国内外的交流，也逐渐发现自身在物理试验管理、监督和优化等方面存在的不足。

在这种现状下，秦山第二核电厂通过对核电厂设计、运行和多年物理试验的分析，制定并完善了用于4台机组的物理试验监督要求，并通过核电厂自身文件和文件体系的升版、试验组织机构和试验流程管理的完善，结合人员配置的优化、培训、设备、试验方法以及反馈等各方面的逐步提高建立了反应堆物理试验的管理体系，为物理试验的安全、质量和时间控制提供了保障。

1 物理试验监督要求

物理试验的管理，首先需要明确对物理试验的监督要求，也就是适用于秦山第二核电厂的GOR10文件，确定物理试验的项目安排、监督参数、频率控制、验收要求和相应的安全措施。秦山第二核电厂通过对国内外的调研、设计文件的分析、物理试验结果的整理，确定了物理试验监督要求所应达到的目标，从而为监督要求的内容设立了框架。通过对目标的剖析和逐步实现，完成监督要求的制定。

1.1 物理试验项目管理

物理试验的项目，在不同类型的核电厂之间，存在很大的区别。即使对于同一核电厂，也需要考虑调试启动，换料启动和机组可能出现的堆芯重大技术改造，实施不同的物理试验项目。

物理试验的项目安排，一方面要保证安全分析与设计的要求，即物理试验所测量的堆芯参数，主要包括临界硼浓度、棒组微积分价值、温度系数和堆内的中子通量密度分布等，能够实现对安全分析假设和设计预计的验证；另一方面，物理试验的实施，尤其是换料大修后物理试验的实施，需要占用大修和升功率的时间，对核电厂的经济效益产生影响，物理试验同时造成反应堆偏离运行技术规格书，对核电厂的稳定性也产生影响，因此，对试验时间的控制也成为必须要考虑的因素，在每一项试验时间基本固定的情况下，恰当的试验项目安排成为必须。

因此，作为一套完善的监督要求，首先就是要明确所监督的对象，以及对监督对象进行的规划管理。

按照核电厂的基本特征，核反应堆的启动主要包括了反应堆首次启动（即调试启动）、换料后重新启动以及设计技术变更后堆芯重新启动，监督要求需要对各种情况下的物理试验项目制定相应的要求和规划。这主要通过以下步骤完成：

1）首先根据法规和标准的要求，对所有执行的试验内容和验证的试验参数进行整理、确定；

2）确定试验的理论基础，即试验所验证的参数对应核设计或安全分析的内容，分析其理论基础，确定试验的重要程度；

3）根据历史运行参数的变化和趋势分析，确定试验对于运行的安全或控制的影响；

4）比较国内外行业经验，分析试验项目的调整和区别；

5）根据上述的结果对项目进行筛选和验证，确定各阶段最小试验项目和推荐物理试验项目。

通过上述步骤的分析和验证，将物理试验分成了4个不同的类型，分别用标号说明：

1）标号为●：表示必须做的试验项目，强制执行；

2）标号为◆：表示推荐做的试验项目，非强制执行；

3）标号为★：表示是否做由设计论证决定；

4）标号为： 表示不需要做的试验项目。

通过上述分类，对不同阶段项目实施管理，并通过过渡阶段的验证，建立了最小化的试验项目规划，以保证安全满足条件下的优化管理，见表1。

1.2 物理试验监督参数管理

完成试验项目管理规划后，下一项需要确定的是试验的监督参数和相应的监督和验收准则。反应堆物理试验，本质上是对堆芯特定参数的验证，这种验证应考虑两方面的要求，设计的不确定性和试验的误差。设计的不确定性是安全分析或设计计算的包络，在很大程度上决定了设计参数的范围和控制的灵活程度，如果设计误差本身较大，那么对运行过程中的参数波动和控制就需要非常严格。而试验的误差是实际测量的包络，在很大程度上决定于测量仪表的精度和测量方法的选取。

表1 启动物理试验项目规划表Table1 Physics tests project planning

根据不同的设计软件和设计计算，同时考虑对于同一参数不同的测量方法和测量手段选取，不同的核电厂对于同一参数应该有不同的监督参数和准则。例如控制棒组的价值，在停堆裕量分析、弹棒、落棒事故分析等相关事故分析与评价中是重要的关键安全参数，因此，它的不确定度考虑对于事故的评价十分重要。在早期的核电厂设计中，单棒组价值和棒组总价值作为重要的安全参数进行监督，采用的单棒组设计不确定度为±15%，总价值准则为±10%。而在秦山第二核电厂，设计中在停堆裕量分析、弹棒、落棒事故分析等对控制棒组价值的不确定度考虑均为±10%，对计算的要求提高了，事故分析的过程也有所区别，就不能延用±15%的准则了。

验收准则的规范化，主要采用的方法为：

1）分析安全和设计论证原理，分析核电厂堆芯事故分析和设计所使用的主要参数和不确定度范围；

2）分析试验方法，分析对于不同的试验方法，不同数据的不确定度，以及这种不确定度的叠加对最终试验参数的影响；

3）比较历史参数，分析1、2号机组历史数据中各试验参数的历史趋势；

4）国内外经验反馈。

进而建立需要监督的物理参数和监督的安全或设计要求，如表2所示。

1.3 安全措施的制定

制定监督要求一个非常重要的方面，就是制定针对物理试验的安全措施。通过前面的介绍可以知道，物理试验不仅仅是完成对物理参数的测量，更重要的是通过测量结果实现对设计和安全分析的间接验证。因此试验结果的超限，意味着设计或安全分析的偏离，会对反应堆的运行带来潜在的危险，必须采取相应的措施来消除这种危险。同时，多数参数偏离所造成的危险并不会立刻带来实质的反应堆异常状况，因此，安全措施的建立需要按照不同的参数所造成的反应堆后果和可能性，考虑相应的时间裕量。

表2 物理试验验收准则表Table2 Physical test acceptance criteria

安全措施在一定程度上是整个监督要求的核心内容，主要包括：

1）对特定试验参数和验收准则、限值的说明；

2）核电厂的响应时间规定：针对每一项监督参数偏离设计预计或安全分析的程度，按照其危害程度的发展趋势规定不同的响应时间限制；

3）响应行动要求：在响应第一时间，应采取的行动主旨在于保证安全，根据每一项参数的理论分析结果确定响应行动的内容；

4）向安全监督机构的通告：基于安全分析和监督的要求，向安全监督机构的通报；

5）重新的安全和设计分析要求：基于参数超限情况所带来的影响，重新进行设计和安全方面的分析，以保证后续堆芯的安全；

6）在规定响应时间内响应措施不能被完成时的退防要求；

7）响应措施完成后的返回条件。

物理试验监督要求作为FSAR的补充，为物理试验管理提供了上层指导，明确了试验项目、参数、准则和安全措施。它的建立为秦山第二核电厂物理试验的管理实现体系化、规范化提供了条件。

2 试验实施管理

2.1 试验文件管理

物理试验的准备与实施，最重要的是指导文件体系，所有试验必须在相应的文件指导下进行。在完成物理试验监督要求的编制并且生效后，整个物理试验的上层文件发生变化。因此，电厂对《反应堆物理试验实施试验大纲》、《反应堆物理试验试验技术导则》、《换料大纲》等指导文件进行了升版或重新编写，并结合此次修改的机会，对试验管理类规程、试验原理性规程和试验技术类规程等分别进行了修改和调整。形成全新的、完善的试验文件体系（见图1）。

2.2 试验组织机构控制

图1 秦山第二核电厂物理试验文件体系Fig.1 Physical tests document system of Qinshan II

通过多年的物理试验实施与反馈，秦山第二核电厂为物理试验构建了完善的专项组织机构。由公司主管领导和物理试验领域专家组成物理试验领导小组，物理试验负责人作为物理试验项目的总负责人和协调人，全面负责物理试验项目的执行。运行值长作为核电厂反应堆安全控制的第一责任人和物理试验监督人，在判断某些操作可能会危及堆芯安全的情况下，有权要求暂停物理试验。主控操纵员、各岗位运行人员、化学分析员和仪控工程师配合物理试验班组进行物理试验的实施，如图2所示。

2.3 试验流程控制

物理试验的实施，根据其重要程度的要求，不仅需要专项的机构和文件体系控制，重要的是需要对整个过程实施严格的控制。这个控制主要是通过对物理试验建立的结构流程图来实现的。试验流程的控制，包括了试验准备、试验实施、试验验收和反馈等四个方面的内容，对每一个方面建立起相应的工作内容要求，只有完成相应的工作后才允许进入下一个项目，同时，流程中存在若干逻辑控制点，使整个过程完成闭环，具体如图3所示。

2.4 试验人员管理

物理试验的管理中，人员管理尤为重要，主要包括人员配置、人员培训和授权管理。

图2 秦山第二核电厂物理试验专项组织机构图Fig.2 Organizational structure of physical tests in Qinshan II

图3 秦山第二核电厂物理试验流程图Fig.3 Flow chart of physical tests in Qinshan II

物理试验，尤其调试启动阶段的物理试验，需要8天以上连续实施，有时甚至达到十几天。即使换料后的启动，也要几十个小时连续实施。因此经常安排3班轮换试验，对于其他的工作，只需要一个工作负责人全面掌握工作内容和安全责任，对于物理试验，则需要对每个班安排负责人，全面负责物理试验，同时配备相应的试验员。

物理试验人员的培训，在某种程度上比运行人员更加严格，这主要基于反应性操作的重要性。秦山第二核电厂物理试验人员建立了包括初级、中级和高级在内的三阶段系统化培训体系，每一个阶段的培训，包括岗位知识、岗位实践和岗位素质三方面的内容，涵盖了反应堆物理理论、热工理论、燃料管理、试验理论、试验方法、设计理论、系统运行等11个方面，32个培训科目的内容，每阶段的培训需要2年以上的时间完成，并通过相应的考核授权制度，保证了培训的质量。物理试验的授权和培训是息息相关的，完成了相应培训并且考核合格的人员获得了相应的岗位授权，同时获得相应的物理试验授权。目前，试验授权主要分为试验负责人、试验班长和试验员。

2.5 试验设备管理

物理试验的仪器设备管理和试验实施同样重要，秦山第二核电厂建立了专用的物理试验室，用于仪器设备的存放和管理；建立了专用的物理试验设备台账，用于各仪器设备的跟踪；建立并按时实施了设备送检，保证所有设备在检验合格的时间范围内。对于重要的测量仪器，如四笔记录仪、反应性仪等，实行每2台机组一用一备的管理。对于物理试验室管理，每月安排人员执行巡检，检查试验室的环境，并对各设备进行离线的检查。设备的良好状态，是试验良好执行的保障。

2.6 试验方法管理

由于启动升功率物理试验与电站大修控制和经济效益相关，同时，反应堆物理试验过程中反应性的安全控制也十分重要，因此，反应堆物理试验方法也需要改进和发展，主要通过几个方面的研究进行：

1）对现有方法进行检查和细节的改进，这个方面是比较保守的，现有方法基本上是国际上比较通用且应用比较广泛的方法，但也有一定的缺点。由于通用，因此对于不同的核电厂必然不是最合适的，需要根据堆芯运行和仪器的发展进行相应的修改。

2）国内同行方法的学习和比较。秦山第二核电厂通过与国内同行的定期交流，对物理试验方法有一定发展，在3号机组调试中，对控制棒价值的测量，采取了互刻法，就是同行交流的结果;在3号机组寿期末，对慢化剂温度系数的测量，秦山第二核电厂学习了不同电站的方法，并通过比较，最终确定了适合的方法。

3）国外先进方法的研究储备。目前，国外无论研究机构还是核电厂，都发展了较为先进的堆芯物理试验方法，在验证设计的同时节约了很多时间。包括次临界下刻棒试验、动态刻棒试验、在线功率监测、噪声法测量等。通过这种国外方法的学习调研，为将来的物理试验节约大修时间和提高水平奠定了基础。

3 结束语

秦山第二核电厂物理试验监督要求的制定，规范了核电厂物理试验的项目安排、参数监督、验收准则和安全措施。物理试验实施管理的持续改进，加强了核电厂物理试验实施过程的质量控制，提高了物理试验过程的安全性和稳定性。通过18个堆年的物理试验实施和反馈，秦山第二核电厂建立的物理试验管理体系已比较成熟，为核电厂4台机组的换料后物理试验、核电厂将来实施长循环燃料管理变更后的物理试验实施等提供了保障和指导，对同类型其他核电厂的物理试验管理，也具有借鉴意义。

[1]叶国栋，等.中核集团秦山第二核电厂燃料管理持续改进[R]. 中国核学会2009年学术年会.（YE Guodong, et al. Continuous improvement of fuel management in Qinshan II [R].2009 annual academic meeting of China Nuclear Society.）

[2]秦山第二核电厂. 物理试验监督要求[R]，2009.（Qinshan NPP Phase II. Supervision requirements for physical experience [R],2009.）