重水堆核电机组区域超功率保护工况重分组的软件优化

袁 满

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

重水堆核电机组两台坎杜机组区域超功率保护（Regional Overpower Protection 以下简称“ROP”）系统的设计功能，是在缓慢失去反应性控制事故（ROP设计基准事故）发生后，当ROP系统铂探测器测量信号超过ROP整定值时，ROP系统向两个停堆系统提供停堆保护信号，防止堆芯燃料出现烧干现象。ROP工况重分组项目是在保证ROP系统设计安全功能的前提下，结合国外工程经验和重水堆核电机组既有运行经验，对设计阶段的ROP工况分组进行重新评估和适应性分组，将那些由ROP正常手柄位置HSP1提供保护、整定值较低的部分工况移出，从而提升机组正常运行期间的ROP裕量。

根据ROP系统设计，堆芯在不同的功率分布（下文简称工况，英文为CASE）下，如果发生缓慢失去反应性控制事故，该系统将提供超功率保护。ROP采用的工况有几百个，这些工况被分成3组，分别由ROP整定值操作手柄（以下简称“HSP”）3个位置HSP1、HSP2、HSP3的整定值提供保护，这3个位置对应的整定值依次为122.0%、109.3%和83.3%。

国际坎杜电站的运行经验表明，机组长时间带功率运行后，ROP运行裕量会降低。这主要是由于机组老化引起的，机组老化因素包括：

◆ 压力管中子辐照后径向尺寸变大（蠕变）。

◆ 冷却剂回路热传输支管内壁及位于支管上的孔板结垢。

◆ 蒸汽发生器传热管一、二侧结垢等因素的影响等。

一方面，ROP运行裕量在逐渐降低；另一方面，机组运行期间又要满足ROP运行裕量最低值要求（避免由于信号波动而导致的误停堆）。

为解决机组后续满功率运行期间可能出现的运行裕量不足的问题，重水堆核电厂从技术上采取了ROP工况重分组措施，即：按照一定的规则，将部分HSP1的工况转移到HSP2对应的工况组中。

1 ROP重分组的软件设计

ROP工况重分组主要是指，在原ROP通用分组规则基础上，再按照一定的新规则，将部分HSP1的工况转移到HSP2对应的工况组中，并在电站控制计算机（以下简称“DCC”）上安装轴向平均区域功率偏差（Axially Averaged Zone Deviation，以下简称“ZDAA”）报警。

1.1 应用的新规则

1）规则一：排除电站现场不可能出现的工况。

2）规则二：在现场安装并应用轴向平均区域功率偏差ZDAA报警，基于此报警信号，将由HSP1工况组中的部分工况转移到HSP2的工况组中。

3）规则三：修改电站运行文件，并规定“禁止短停堆后在HSP1位置启堆”。

4）规则四：基于现有报警RRS 332，将调节棒移动顺序异常的工况转移到HSP2。RRS 332报警内容为：3731 ADJSTR DRV SEQUENCE INCORRECT。

1.2 ZDAA报警参数设计

1）ZDAA报警参数

ZDAA报警的触发参数为ZDROP，该参数反映了堆芯在某一工况下，任意一对轴向区域（除中心区域4和11外）功率偏离额定区域功率的程度。

ZDROP的计算公式如下：

其中，ZDi——区域功率相对偏差，其计算方法为：

其中，ZPi——某个工况下计算的区域i的功率（MW）。

ZPi-nom——额定工况下区域 i 的功率（MW）。

RP——反应堆功率（FP）。

2）ZDAA报警设定值

借鉴国际坎杜机组的通用实践，在ROP重分组分析中，将ZDAA报警触发的条件定为“ZDROP≥15%”。考虑现场功率/通量分布计算3%不确定性（2倍标准偏差），现场安装的ZDAA报警的触发条件设为“ZDROP≥12%”。

2 软件优化

2.1 优化方案

为满足ROP重分组规则二的要求，需要在电站计算机上增加ZDAA报警。这个ZDAA报警是提醒操纵员在运行裕量不足时，能识别出这些工况并及时切换ROP停堆保护手柄。

ZDR是重水堆核电机组DCC中独立执行的周期性程序，提供确定某些反应堆通量倾斜控制条件，在需要的情况下，将停堆系统（SDS1和SDS2）的区域超功率保护开关选择到位置2（HSP-2）。正常的这个开关选择在位置1（HSP-1）。ZDR的输入来自：

1）DCC的反应堆功率调节慢程序RRS中的PMCR（The Power Measurement and Calibration Routine）程序[1]。

2）DCC的FLX（Flux Mapping）程序[2]。

这个报警提醒操纵员当区域功率偏离正常值时，确认某些通量模型包含在位置2的工况中，保证最大停堆裕量。

2.2 优化逻辑

2.2.1 初始化

第一次运行ZDR程序，初始化变量。

2.2.2 数据获取

读取DI，如果同一台DCC上的RRS程序关闭，ZDR将失效；当BMSU占据缓存，如果BMSU读取错误，ZDR将失效。

2.2.3 信号选择

ZDR应根据以下RRS的master或slave状态确定是否运行在master或slave模式：

A. FLAGZDR-SLAVE被清除。

B. 如果ZDR运行在DCCY上，且根据表二中RRS的两个或三个控制转移DI闭合，那么置FLAGZDR-SLAVE标志位。

2.2.4 算法[3]

A. 确定没有滤波过的区域通量FLUXUi，i=[1..14] and FLAGFLFLX

a）设置FLAGFLFLX

b）设置FLUXUi无效，i=1……14

c）如果所有14个PiC有效，那么设置FLUXUi=PiC×ΦiNOM i=1……14

d）如果任何PiC无效，并且FLX程序打开，FLUX Map是有效的，那么：

i．清除FLAGFLFLX

ii．FLUXUi = NORMZFi ×ΦiNOM i=1……14

e）如果任何PiC是无效值，并且FLX程序关闭，FLUX Map是无效的，那么：

i 如果PiC是有效值，设置FLUXUi = PiC×ΦiNOM i=1…14

ii 发出报警：“ZDR 002 ZDROP INPUTS BAD”

B. 确定选择的区域通量，FLUXSi，i=[1..14]

a）FLUXA设置为平均值

b）如果FLUXUi是无效值或FLUXA是无效值，那么，FLUXi = FLUXi-REF；否则，FLUXi = FLUXUi / FLUXA

c）如果设置了FLAGFLFLX，那么：

i 设置FLUXFi = FILTER (FLUXFi(n-1),FLUXi,TCFLUXF)

ii FLUXSi = FLUXFi

否则，

i FLUXFi是无效值

ii FLUXSi = FLUXi

C. 计算7个轴向平均区域通量，FLUXaai, i=[1..7]

设置FLUXaai = (FLUXSi + FLUXSi+7) / 2，i = [1..7]，

FLUXSi, i=[1..14]是选择的标准的或滤波后的区域通量值。

D. 计算7个ROP区域通量偏差，ZDROPi, i=[1..7]

a）根据下式计算FLUXaai-REF，i=[1..7]：

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

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

FLUXaai, i=[1..7]是轴向平均区域通量值。

FLUXaai-REF, i=[1..7]是参考的轴向平均区域通量。

E. 监视

a）如果ZDROPi > ALZDR-HI，那么，发出报警：

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

b）如果ZDROPi > ALZDR-VH，那么，发出报警：“ZDR 012-020 ROP FLUX DEVIATION ZN{i}-{i+7} VH”

c）如果ZDROPi > ALZDR-EH，那么，发出报警：“ZDR 021-027 ROP FLUX DEVIATION ZN{i}-{i+7} EH”

注：

1. 一旦ZDROP低于报警设定值减去死区值，报警就会被清除。

2. 实现ZDR的特殊CPMSH要求。

① 如果需要Alarm Summary，可以通过操纵员界面调出ZDR的Alarm Summary

② 对于超出可接受范围的报警请求，CPMSH输出以下信息，这样的信息仅在一个软件发生错误时产生：

“ZDR 000 UNDEFINED MESSAGE 编号”。

3 结论

机组区域超功率保护工况重分组的软件优化项目实施后，机组正常运行期间ROP运行裕量提升约3%，与预期的实施效果一致；ZDROP程序运行正常，无异常报警。