核电站延伸运行技术研究

韩玉春

（福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355200）

1 延伸运行技术概述

当一回路的硼浓度无限接近0mg/L 时，便无法利用稀释这种方法提供正反应性。且控制棒处于全提出状态，无法通过控制棒提供正反应性。在这种情况下，慢化剂负温度系数的绝对值会比较大，大约在-6×10-4～-7×10-4℃-1，便可以通过降低慢化剂温度的方式引进正反应性，从而保障链式反应能够继续。首先，在延伸运行初始阶段，应当通过加大汽轮机进汽调节阀的开度，达到加大主蒸汽流量的目的，继而降低慢化剂的温度，之后需要将汽轮机的进汽调节阀调整至几乎全开状态。其次，需要利用燃料的温度效应降低反应堆的功率，为反应堆的继续运行提供反应性。

延伸运行是一种特殊的运行方式，超出了原堆芯设计的循环长度，因此，需对延伸运行进行设计论证以及安全分析。同时，延伸运行也会降低蒸汽发生器出口的蒸汽质量，导致蒸汽湿度加大。因此，需要综合分析延伸运行对常规岛系统及其设备安全运行的各方面影响。另外，在进行延伸运行时，堆芯平均温度会有所降低，将会在一定程度上改变反应性测量、控制与保护系统的参数。

2 通过设置参数实现延伸运行

2.1 设置一回路平均温度程序参数

在进行延伸运行时，为了使汽轮机在运行过程中保持最大的功率水平，应对汽轮机功率以及一回路平均温度进行特定的温度程序限制，即先降低一回路的平均温度，保持满功率，之后再沿着斜线适当降低功率与温度。为了遵循该曲线的要求，对一回路的平均温度进行自动控制，应逐渐改变参考温度程序的斜率。在额定功率下，平均温度的参考值在延伸运行的每一步都会降低2℃，而最后一条根据温度控制程序得到的参考温度曲线对应的平均温度是300℃。而30 个等效满功率日对应的平均温度会比300℃略高一些。所以，在进行延伸运行时，需要根据这些步骤逐渐调整平均温度程序。

2.2 设置蒸汽旁路系统参数

在延伸运行过程中，最初蒸汽旁路系统的开度信号是由初始温度以及零负荷温度之间的差决定的，之后蒸汽旁路系统的温度参考程序会随着一回路平均温度程序的改变而发生一定的变化。在温度曲线斜率不断降低的过程中，蒸汽旁路系统的开度控制信号会不断减小，当参考温度曲线转变为平线时，蒸汽旁路系统的开度控制信号可能会下降为0。简单来说，蒸汽排放控制系统存在大开度延迟的特点，会加大一回路与二回路超压的幅度，可能会造成停堆。为此，在进行延伸运行时，首先需要调整蒸汽排放控制系统的相关参数，确保蒸汽排放控制系统能够正常运行，在大幅度甩负荷甚至停堆时也能够正常运行。

2.3 设置温度控制棒R 棒死区参数

在延伸运行过程中，若不合理控制R 棒的位置，则可能会产生较难控制的沿轴向功率分布的波动。因此，需要合理扩大R 棒的死区。在延伸运行初始阶段，需要将R 棒的死区扩大到[-0.83℃，即+1.66℃]。之后，在第一次改变平均温度参数值之后，需要进一步扩大R 棒的死区，即将其死区调整至[-1.66℃，+1.66℃]。

2.4 调整核仪表系统测量系数

在延伸运行过程中，可以利用中子探测器测量压力容器之外的中子注量率，在这一过程中中子靠近探测器前会先穿过一道冷水隔层，而冷水隔层会捕获部分中子。当功率较为稳定时，冷锻温度与一回路平均温度之间呈正比关系，若一回路平均温度降低，冷锻温度也会降低。当一回路平均温度与冷锻温度都降低时，冷水隔层的密度会加大，会捕获更多的中子。同时，在功率较为稳定的情况下，当一回路平均温度降低时，中子探测器的电流IB 与IH 也会降低。因此，需要定期调整以中子探测器为基础的其他测量参数，例如轴向功率偏差△I、RPN 核仪表系统功率的量程等参数。此外，在功率较为稳定时，若冷锻温度降低1℃，中子探测器的电流IB 与IH 也会降低1%。为此，技术人员可以利用系数G对核仪表系统进行校准，即：

P=G[KH×IH+KB×IB]

式中，KH 与KB 都是系数，IH 是指反应堆上部电流，IB 是指反应堆下部电流。

也可以利用系数α 对轴向功率偏差△I 进行校准，即：

△I=α[KH×IH-KB×IB]

2.5 调整参考轴向功率偏差

在延伸运行过程中，堆芯上部慢化剂的温度系数是-6.5×10-4℃-1，堆芯下部慢化剂的温度系数约为-5.5×10-4℃-1。为此，若平均温度降低，堆芯上部的中子注量率会增加的更多一些。相比于堆芯下部，堆芯上部的燃耗比较浅，导致中子注量率的增加更快一些。因此，在延伸运行过程中，调整参考轴向功率偏差△Iref 向右偏移的速度比较快，需要每周都对其进行一次校准和调整。

2.6 调整灰棒刻度曲线

当机组甩负荷时，功率补偿棒组就会自动抵消由功率降低造成的功率效应。在延伸运行时，参考温度曲线会不断改变，慢化剂的温度效应便会降低。为此，若功率降低，就需要调整功率补偿棒组的插入深度，即功率越低，功率补偿棒组插入的深度越浅。此时，灰棒刻度曲线也会发生变化，否则功率补偿棒的插入深度就过深，会造成停堆裕度不断降低。从实际情况来看，在延伸运行过程中，降负荷的情况比较少见，且延伸运行的长度只有30 个等效满功率日，所以在延伸运行的全过程中只需在延伸运行初始时期调整一次灰棒刻度曲线。

2.7 调整允许信号P12 定值

在正常循环过程中，P12 信号的定值是284℃。但是，在延伸运行中，平均温度会有所下降，所以触发P12 信号的可能性会越来越大。在进行延伸运行时，需要更改P12 信号的定值。在功率高于满功率时，冷锻温度有2℃的裕度，符合要求，所以在初始为满功率的瞬态专用，为了不触发到P12，在一回路的平均温度达到303℃时，需要及时将P12 信号的保护定值调整为282℃。

2.8 调整稳压器水位定值

在延伸运行时，一回路平均温度的下降会导致稳压器水位定值的下降。在反应堆停堆后，为避免出现由一回路冷却剂容积收缩造成稳压器水位下降，以及低信号切断稳压器电加热器与隔离下泄时，需要及时根据一回路平均温度的下降情况调整稳压器水位的参考曲线。当稳压器的水位定值接近47%时，需要及时改变稳压器水位的参考程序，即对稳压器的水位参考程序增加13.4%。但是，在这一环节不要调整稳压器水位参考曲线的斜率。因此，在延伸运行全过程中，只需要在Tref=303.1℃时调整一次稳压器水位参考曲线。

2.9 调整棒位控制系统报警定值

在延伸运行期间也需要调整一回路平均温度与最高温度偏差高的报警定值。若改变R 棒的控制程序，就需要及时改变报警RGL404AA 相关的报警定值。

3 完善延伸运行体系

延伸运行是一个较为复杂的工程项目，在实施延伸运行之前需要制定完善的实施体系以及质量保障体系，同时也需要根据实际情况制定实施计划，健全培训体系。①核电站管理人员可以根据实际情况并结合延伸运行综合分析报告、运行文件以及控制仪表模块，调整文件等相关资料，制定《延伸运行质量安全计划》，为延伸运行提供指导，明确延伸运行的工作环节与各个部门的职责和分工。也可以利用《延伸运行质量安全计划》管理延伸运行期间各个机组的相关操作，加强延伸运行风险管控，为延伸运行提供信息。②管理人员也需要根据《延伸运行质量安全计划》以及FRRC001 规程编写《操作人员执行规程》，明确所有操作人员的职责与相关的操作方法，加强风险控制，为延伸运行提供执行文件。

从上述内容可以看出，在进行延伸运行时需要对相关参数进行调整。因此，管理人员需要科学修改相关运行规程，例如I6 规程、定值手册、G2 规程以及AA 规程等。同时，也需要修改周期性试验规程与电站技术规范。

在延伸运行期间，为了应对机组异常情况会使用应变计划这一规程。管理人员可以根据国外核电站运行过程中出现的问题编制应变计划，从而有效处理延伸运行期间的机组异常问题。例如，解决由设备故障或电网扰动等因素造成的机组甩负荷的机组控制问题的方案；解决高压缸入口调节阀无关问题的方案；设备维修方案等。

首先，在对延伸运行进行可行性分析之后，需要根据《延伸运行质量安全计划》制定相关系统参数控制调节的执行文件。其次，延伸运行基本涉及到了堆芯物理试验当中的所有规程，所以，需要对堆芯物理试验中的周期性试验规程进行优化升级，确保规程能够满足延伸运行的相关要求。在对周期性试验规程进行优化升级后，也需要确保这些规程能够满足核电站正常运行的要求。最后，为了更顺利地实施延伸运行，控制延伸运行中的风险，应制定好周密计划，例如准备工作计划、延伸运行执行计划、延伸运行后计划等。

4 实施延伸运行并总结经验

在延伸运行期间有很多经验十分宝贵，需要加强经验的归纳总结。例如，图1展示了延伸运行前半个月硼浓度变化的趋势；图2展示了延伸运行过程中一回路平均温度下降的趋势。从图1中可以看出，在延伸运行过程中，需要通过降低汽轮机功率的方式改变一回路的温度，使轴向功率偏移向右偏移。因此，在降低负荷时，会出现有氙震荡以及触发C21 的情况，会加大甩负荷的风险。为此，在降低功率时，技术人员需要坚持小幅度分散操作的原则，从之前的每隔6天降低一次负荷，每次将负荷降低20MW，转变为每班降低一次负荷，每次将负荷降低1～2MW。

图1 延伸运行前半个月硼浓度变化的趋势

图2 延伸运行过程中一回路平均温度下降的趋势

（1）从图2中可以看出，在延伸运行中，一回路的平均温度会不断下降，SG 的蒸汽压力会随之下降，SG 传热管的内外压差会有所上升。但是，从图3中看，会发现蒸汽发生器的泄露率没有发生改变。在延伸运行过程中，当一回路平均温度不断下降时，轴向功率偏差△I 会不断向右变化。堆芯上部慢化剂的温度系数α 是-6×10-4/℃，而堆芯下部慢化剂的温度系数α 是-5.5×10-4/℃。当堆芯的平均温度不断下降时，堆芯上部的反应性增加更为明显。

图3 延伸运行过程中蒸汽发生器泄漏率变化趋势

（2）延伸运行会对一回路平均温度与效率相对应的运行曲线造成影响，所以会降低汽轮机入口蒸汽的品质，同时也会影响二回路的参数控制。在不同的延伸阶段中，一回路冷却剂的温度会不断下降，若想不改变汽轮机的做功则需要加大高压缸阀门的开度，从而确保做功的焓值不发生变化。这些改变会对延伸运行造成影响，因此，在运行前需要制定完善的应变计划。

（3）与正常运行相同，在进行延伸运行时，技术人员需要将锂床投入运行，从而控制一回路的PH 值。在将锂床投入运行之前，需要先全面冲洗锂床，避免锂床运行导致一回路出现意外硼化的情况。但是，若冲洗锂床也可能会影响到一回路。为此，在进行延伸运行前，当一回路的硼浓度处于10～20mg/L 范围中时，技术人员需要及时冲洗锂床，并确保锂床的硼浓度在10mg/L 左右，避免锂床运行影响到一回路的正常运行。

5 结语

延伸运行是一项较为系统且复杂的技术，需要根据实际情况设计方案，并进行安全分析论证，制定完善的实施规程与质量控制体系，从而提高核电站机组运行的经济效益，增强核电机组运行的灵活性，值得推广。