一种压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法与流程

1.本发明属于核电厂运行支持技术领域，涉及一种压水堆核电厂的反应性管理计划编制方法，尤其涉及一种压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法。


背景技术：

2.在核电厂的初始设计及换料堆芯设计中，技术人员会设置各种各样的保护定值。一旦某些运行参数达到保护定值，就会触发反应堆保护系统动作，使得反应堆停堆或降功率。在正常运行过程中，也可能涉及临时性有计划地降功率、负荷跟踪或停堆。针对反应性日常运行可能出现的情况，核电厂反应堆工程师会定期出具一份详细的反应性计划，为运行人员在操作反应堆时可能遇到的各种工况提供指导与支持。
3.受限于计算手段及反应性计划方法，现阶段大多数核电厂的反应性计划内容较为简单。反应堆工程师一般参照以往经验，利用设计院提供的控制棒价值、氙钐反应性曲线、硼价值、硼降曲线和反应性系数等重要物理参数的相关大量图表进行复杂、繁琐的插值计算，且计算仅局限于启动过程。但是对于核电厂的运行瞬态，单纯依靠经验与图表很难获得有效的具有指导意义的运行操作。在此种情况下，并没有针对机组可能瞬态进行全面的反应性管理计划，对反应堆运行的离线支持不足。
4.由此可见，如何提供一种核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法，为运行人员在操作反应堆时可能遇到的各种工况提供完善且有效的指导与支持，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法，所述反应性管理计划编制方法为运行人员在操作反应堆时可能遇到的各种工况提供了完善且有效的指导与支持。
6.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法，所述反应性管理计划编制方法包括正常运行反应性计划编制方法与运行瞬态反应性计划编制方法。
8.所述运行瞬态反应性计划编制方法包括可预期运行瞬态反应性计划编制方法与非预期瞬态反应性计划编制方法。
9.所述反应性管理计划编制方法的初始状态为反应堆处于满功率运行状态。
10.所述反应性管理计划编制方法的调变因素包括功率水平、氙浓度、控制棒位置或硼浓度中的至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括控制棒位置和硼浓度的组合，功率水平、氙浓度和控制棒的组合，功率水平、氙浓度和硼浓度的组合，或功率水平、氙浓度、
控制棒位置和硼浓度的组合。
11.本发明中，核电厂反应堆运行是一个不断释放反应性的过程。以海阳核电厂先进的三代核电压水堆为例，小的反应性变化由控制棒位置的变化控制，一回路硼酸则用于补偿燃料燃耗等长期影响，以及将控制棒重新定位到更理想的插入点。如果在不影响功率分布的前提下避免没有足够的控制棒价值来补偿反应性的变化，或者为了将控制棒定位到对即将到来的瞬态有利的位置，例如负荷跟踪时调整初始棒位，这些情况下也可改变硼浓度。
12.本发明中，所述控制棒包括三组独立的控制棒，分别为：停堆棒组、mshim控制棒组和ao棒组；每组可分为一组或多组灰棒或黑棒，所述控制棒对称地放置在反应堆堆芯中。其中，所述黑棒基于银铟镉合金吸收材料，这种材料具有非常高的中子吸收截面；所述灰棒基于钨吸收体材料，其中子吸收截面相对较低。
13.本发明针对压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复提供了一套完整的反应性管理计划编制方法，反应堆工程师只需定期向运行人员提交反应性管理计划用于运行支持，对于稀释调节棒位等日常运行，不需反应堆工程师现场指导；对于机组瞬态，在反应堆工程师就位前，运行人员可根据反应性管理计划对机组进行有效控制。所述反应性管理计划基本涵盖了压水堆核电厂所有的正常运行及机组瞬态，为运行人员提供了及时且有效的离线支持。
14.优选地，所述正常运行反应性计划编制方法的调变因素包括控制棒位置和硼浓度。
15.优选地，所述正常运行反应性计划编制方法的调变过程中堆芯反应性总和保持不变。
16.优选地，所述运行瞬态反应性计划编制方法的调变因素包括功率水平、氙浓度、控制棒位置和硼浓度。
17.优选地，通过调节控制棒位置和/或硼浓度以补偿功率水平及氙浓度变化产生的反应性变化，维持运行瞬态反应性计划编制方法的调变过程中堆芯反应性总和保持不变。
18.优选地，所述可预期运行瞬态反应性计划编制方法所针对的可预期运行瞬态包括负荷跟踪和可控停堆。
19.本发明中，所述可预期运行瞬态反应性计划对电厂可预期的所有功率变化工况具有包络性。
20.优选地，所述非预期瞬态反应性计划编制方法所针对的非预期瞬态包括汽轮机辅机故障降负荷至50-70％rtp、机组单束控制棒掉落堆芯、反应堆快速降功率系统触发、200-300％rtp/h速率的快速降负荷和控制棒不可移动状态下的降负荷。
21.本发明中，所述汽轮机辅机故障降负荷至50-70％rtp，例如可以是50％rtp、52％rtp、54％rtp、56％rtp、58％rtp、60％rtp、62％rtp、64％rtp、66％rtp、68％rtp或70％rtp，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.本发明中，所述汽轮机辅机故障降负荷至50-70％rtp具体为：反应堆保护系统的棒组不需动作，在故障修复后可立即恢复的极限汽轮机功率。
23.本发明中，对于所述机组单束控制棒掉落堆芯，最大价值单束棒掉落堆芯对任意单束棒掉落堆芯瞬态具有包络性。
24.本发明中，所述反应堆快速降功率系统触发为跳机不停堆瞬态，有利于机组的快
速恢复。
25.本发明中，所述快速降负荷的速率为200-300％rtp/h，例如可以是200％rtp/h、210％rtp/h、220％rtp/h、230％rtp/h、240％rtp/h、250％rtp/h、260％rtp/h、270％rtp/h、280％rtp/h、290％rtp/h或300％rtp/h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；同样，对于小于200％rtp/h的降负荷速率也具有包络性。
26.本发明中，所述控制棒不可移动状态下降负荷至20％rtp，在此过程中，所有控制棒均处于不可移动状态，故所述快速降负荷为不停堆状态下硼化降功率的极限瞬态。
27.本发明中，所述汽轮机辅机故障降负荷至50-70％rtp、机组单束控制棒掉落堆芯、反应堆快速降功率系统触发和200-300％rtp/h速率的快速降负荷这四种非预期瞬态的控制棒均可用，而所述控制棒不可移动状态下的降负荷这一非预期瞬态的控制棒不可用。
28.优选地，所述反应性管理计划编制方法基于堆芯实时在线监测分析系统和反应性管理计划编制系统进行反应性管理计划编制。
29.本发明中，所述堆芯实时在线监测分析系统可以对在线堆芯进行实时状态的监测与分析。依托于在线监测软件，可以在正常运行或负荷阶跃时对燃耗、临界特征值、功率分布、氙、硼酸等堆芯状态参数进行分析，预期相关参数在某些瞬态下的变化趋势。本发明所指反应性计划中的堆芯稳态或瞬态分析能够依托在线监测分析软件或专门的反应性管理计划软件等完成，只要能够实现相关功能即可，故在此不对所用软件的具体型号做特别限定。
30.本发明中，采用核电厂控制系统(pls)在核电压水堆中执行许多控制功能，本发明所关注的功能是pls协调压水堆中各种反应性控制机制的响应可用，并有效地自动化mshim策略，pls控制的两个主要参数是反应堆冷却剂平均温度(tavg)和堆芯平均轴向通量差(afd)。
31.本发明中，当需要改变反应堆冷却剂系统(rcs)硼浓度时，必须启动化学和容积控制系统(cvs)补水泵向rcs中添加除盐水或硼酸。相较于传统压水堆电厂，cvs设计反映了这样一个事实，即在mshim策略下运行将显著减少rcs硼浓度需要进行小幅度调整的次数。
32.作为本发明优选的技术方案，所述反应性管理计划编制方法包括正常运行反应性计划编制方法与运行瞬态反应性计划编制方法。
33.所述运行瞬态反应性计划编制方法包括可预期运行瞬态反应性计划编制方法与非预期瞬态反应性计划编制方法。
34.所述反应性管理计划编制方法的初始状态为反应堆处于满功率运行状态。
35.所述正常运行反应性计划编制方法的调变因素包括控制棒位置和硼浓度，调变过程中堆芯反应性总和保持不变。
36.所述运行瞬态反应性计划编制方法的调变因素包括功率水平、氙浓度、控制棒位置和硼浓度；通过调节控制棒位置和/或硼浓度以补偿功率水平及氙浓度变化产生的反应性变化，维持运行瞬态反应性计划编制方法的调变过程中堆芯反应性总和保持不变；所述可预期运行瞬态反应性计划编制方法所针对的可预期运行瞬态包括负荷跟踪和可控停堆，所述非预期瞬态反应性计划编制方法所针对的非预期瞬态包括汽轮机辅机故障降负荷至50-70％rtp、机组单束控制棒掉落堆芯、反应堆快速降功率系统触发、200-300％rtp/h速率的快速降负荷和控制棒不可移动状态下的降负荷。
37.所述反应性管理计划编制方法基于堆芯实时在线监测分析系统和反应性管理计划编制系统进行反应性管理计划编制。
38.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
39.本发明针对压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复提供了一套完整的反应性管理计划编制方法，反应堆工程师只需定期向运行人员提交反应性管理计划用于运行支持，对于稀释调节棒位等日常运行，不需反应堆工程师现场指导；对于机组瞬态，在反应堆工程师就位前，运行人员可根据反应性管理计划对机组进行有效控制。所述反应性管理计划基本涵盖了压水堆核电厂所有的正常运行及机组瞬态，为运行人员提供了及时且有效的离线支持。
附图说明
40.图1是本发明提供的反应性管理计划编制方法流程图；
41.图2是实施例1中快速降负荷至20％rtp的堆芯参数；
42.图3是实施例1中汽轮机runback至50％rtp的堆芯参数；
43.图4是实施例1中日负荷调峰的堆芯参数；
44.图5是实施例1中反应堆可控停堆的堆芯参数；
45.图6是实施例1中降负荷至20％rtp的堆芯参数。
具体实施方式
46.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
47.本发明提供一种压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法，如图1所示，所述反应性管理计划编制方法包括正常运行反应性计划编制方法与运行瞬态反应性计划编制方法。
48.所述运行瞬态反应性计划编制方法包括可预期运行瞬态反应性计划编制方法与非预期瞬态反应性计划编制方法。
49.所述反应性管理计划编制方法的初始状态为反应堆处于满功率运行状态。
50.所述正常运行反应性计划编制方法的调变因素包括控制棒位置和硼浓度，调变过程中堆芯反应性总和保持不变。
51.所述运行瞬态反应性计划编制方法的调变因素包括功率水平、氙浓度控制棒位置和硼浓度；通过调节控制棒位置和/或硼浓度以补偿功率水平及氙浓度变化产生的反应性变化，维持运行瞬态反应性计划编制方法的调变过程中堆芯反应性总和保持不变；所述可预期运行瞬态反应性计划编制方法所针对的可预期运行瞬态包括负荷跟踪和可控停堆，所述非预期瞬态反应性计划编制方法所针对的非预期瞬态包括汽轮机辅机故障降负荷至50-70％rtp、机组单束控制棒掉落堆芯、反应堆快速降功率系统触发、200-300％rtp/h速率的快速降负荷和控制棒不可移动状态下的降负荷。
52.所述反应性管理计划编制方法基于堆芯实时在线监测分析系统和反应性管理计划编制系统进行反应性管理计划编制。
53.本发明以海阳核电厂核电机组寿期中反应性管理计划编制为例，给出反应性管理
计划编制方法。
54.本发明中，反应性计划编制以堆芯在线监测分析系统为工具，经认可的堆芯在线监测分析工具及反应性管理计划编制工具均可用于本发明所述反应性管理计划编制。
55.具体地，反应性计划适用于反应堆未来运行的一段燃耗，在该燃耗范围内选取适当点建立堆芯模型。海阳核电厂机组日常反应性计划涵盖未来1000mwd/tu的燃耗，一般选取未来燃耗的中点建立模型，使该模型尽量适用于整个1000mwd/tu燃耗。
56.本发明中，所述反应性计划用于海阳核电机组满功率运行及预期可能的瞬态活动，满功率运行过程中，机组主要的反应性相关活动总结如下：
57.(1)机组保持满功率运行；
58.(2)机组满功率运行rpr系统触发；
59.(3)机组定期棒序交换；
60.(4)机组单束控制棒落棒及恢复；
61.(5)快速降低负荷(250％rtp/h)；
62.(6)汽轮机辅机故障降负荷(runback)至50％rtp；
63.(7)日负荷跟踪；
64.(8)反应堆可控停堆；
65.(9)控制棒不可移动的机组降功率。
66.反应性计划给出上述正常运行或运行瞬态发生时机组的运行策略，所述策略用于证实反应堆可安全稳定运行，同时在瞬态发生后为操纵员提供离线指导。
67.实施例1
68.本实施例以海阳2号机组寿期末15327-16327mwd/tu燃耗范围反应性计划编制为例，详细介绍反应性计划编制方法。
69.1.假设/初始条件
70.机组号：2
71.循环：2
72.循环燃耗：15827mwd/mtu
73.1.1电厂处于模式1；
74.1.2堆芯处于氙平衡状态；
75.1.3目标afd：-3.0％；
76.1.4升功率限值：根据电厂实际情况确定；
77.1.5使用mshim策略，mshim棒序：sequence 1，初始m棒位ma50swd，初始ao 246swd；
78.1.6opdms状态：
79.opdms对于ts3.2.5参数d可用(模式2，k
eff
≥1.0)；
80.opdms可用(模式1，反应堆功率大于25％rtp)；
81.1.7 sdm硼浓度要求：
82.参考opdms各个模式下无氙sdm硼浓度。
83.2.特殊监测
84.2.1升降功率限值：
85.根据电厂实际情况确定。
86.2.2afd控制：
87.保持afd在目标值
±
1％范围内，目标值将定期进行更新。
88.dds-nap-bdp堆内功率(c2信号相关)和堆内afd(ao控制相关)系数(m&b)根据物理人员计算进行修改。
89.2.3棒提出/插入限值：
90.7000mwd/mtu之前，参照控制棒提升限值报告；堆芯燃耗超过
91.7000mwd/mtu，控制棒提升限值不再适用。
92.控制棒插入限值，依照堆芯运行限值报告(colr)执行。
93.2.4控制棒自动提升限制：
94.满功率运行棒范围为md130swd-mc81swd(序列2)/ma130swd-mb81swd(序列1)。
95.推荐的运行区间如下：当控制棒上提至ma/md100swd左右，开始稀释rcs至mb/mc120swd左右。可以根据机组实际情况，加大控制棒的运行区间。
96.如果进行cmt补硼需要调整棒位，建议稀释最低棒位为mc 0swd(序列2)/mb 0swd(序列1)或咨询物理工程师。
97.2.5反应性控制参数：
98.根据值班反应性报告中的反应性参数进行反应性参数计算；
99.咨询物理工程师。
100.3.日负荷跟踪功率曲线
101.在2h内降功率至80％rtp，稳定80％rtp 2-4h(视实际调峰计划而定，根据需要可以降功率至50％rtp、20％rtp)，2h升功率至100％rtp，稳定运行6h。
102.4.主要步骤
103.4.1满功率运行调整控制棒：
104.控制棒运行范围的上下限堆芯参数见表1。
105.表1
[0106][0107]
依据表1，稀释rcs量约为13.1m3，具体稀释量可根据堆芯实际状态更新。
[0108]
4.2 rpr系统触发：
[0109]
4.2.1 rpr棒组选择
[0110]
sd3-1&sd3-2，rpr触发及恢复堆芯详细参数见表2。
[0111]
表2
[0112][0113][0114]
4.2.2触发阶段
[0115]
sd3-1&sd3-2棒落入堆芯，将反应堆功率从100％rtp降低至43.4％rtp(15827mwd/mtu)；
[0116]
m棒继续插入堆芯，预期下插612swd，从ma50swd下插到m1233swd。
[0117]
4.2.3保持阶段保持15％rtp：用时1.0h；
[0118]
预期m棒上提346swd；预计从m1 233swd上提到mc 146swd。
[0119]
4.2.4恢复阶段开始提出sd31棒组，以补偿氙的增长：用时1.5h；
[0120]
在提出sd31棒组的过程中，通过m棒来补偿反应性，预计m棒将先缓慢上提后逐渐下插，最终从mc 146swd下插到m1 237swd；开始提出sd32棒组，以补偿氙的增长：用时1.5h；
[0121]
在提出sd32棒组的过程中，通过m棒来补偿反应性，预计m棒先上提后逐渐下插，预计从m1 237swd下插到m1 153swd。
[0122]
4.2.5通过控制棒提升反应堆功率至20％rtp，后续氙震荡控制咨询物理工程师。
[0123]
4.3rpr系统触发：
[0124]
预计在17000mwd/mtu灰棒序列交换的反应性计划咨询反应堆工程师(根据现场实时更新)。
[0125]
4.4控制棒单棒掉落及恢复：
[0126]
4.4.1满功率下一束停堆棒落入堆芯
[0127]
1)ao h-8的单束停堆棒落入堆芯，将反应堆功率从100％rtp降低至96.1％rtp；ao棒保持手动，不再进行afd的控制。详细堆芯状态参见表3。
[0128]
表3
[0129][0130]
注：因ao单束棒落入堆芯，在落入堆芯后至恢复前ao棒位显示“mult”。
[0131]
2)单束停堆棒落入堆芯后，按照规程设置落棒后，等待5min，查看opdms显示的功率裕量是否满足；
[0132]
3)根据规程执行落棒恢复操作，afd恢复操作咨询反应堆工程师。
[0133]
4.4.2保持功率水平0.6h
[0134]
功率保持96.1％rtp，由于氙的积累，ma上提至55swd。
[0135]
4.4.3恢复下落的停堆棒
[0136]
1)保持反应堆功率不变，手动提出下落的单棒，期间使用m棒手动控制反应性，预期m棒将不断下插，最终ao棒提到246swd时，ma8swd；
[0137]
2)恢复功率及afd控制咨询物理工程师。
[0138]
4.5快速降负荷至20％rtp(本计算设置先导棒初始棒位ma100swd)：
[0139]
4.5.1以250％rtp/h的速度将反应堆的功率降低至20％rtp，并保持6h，详细的堆芯参数变化见表4。
[0140]
表4
[0141]
[0142]
4.5.2降功率过程中m棒和ao棒将下插，反应堆功率降低至20％rtp时，预计m1棒下插到125swd，ao棒下插到204swd，若实际操作过程中预计m1棒将到达插入限，则手动下插ao棒，预计整个降功率过程不需要调硼，后续保持过程中需要稀释rcs。
[0143]
4.5.3反应堆功率降低至20％rtp之后，m棒将不断上提，ao棒控制afd过程中将不断下插，当ao棒下插至160swd时，建议将ao棒投手动，不再控制堆芯afd。
[0144]
4.5.4功率恢复过程的afd控制咨询反应堆工程师。
[0145]
4.6汽轮机runback至50％rtp：
[0146]
4.6.1汽轮机runback至50％rtp，并保持50％rtp 10h。在瞬态期间，控制棒自动响应机组温度及afd变化；在xe积累阶段，控制棒最高上提至ma 52swd，详细堆芯参数变化见表5。
[0147]
表5
[0148][0149]
4.6.2该瞬态可以包络runback至70％rtp(runback至70％rtp，先导棒ma最高上提至30swd)，在先导棒50swd棒位下，汽轮机runback可以实现无需调节硼浓度。
[0150]
4.7日负荷调峰：
[0151]
4.7.1 ma低于10swd的情况下，具备不调硼负荷跟踪能力，ma棒最高上提至107swd，详细的堆芯参数变化见表6。
[0152]
表6
[0153][0154]
4.7.2如果初始棒位高于10swd，则建议在功率降低到80％rtp后开始稀释rcs。一般稀释约1.5m3足够保证m棒不上提至150swd。
[0155]
4.8反应堆可控停堆：
[0156]
4.8.1满功率下以15％rtp/h的速度降功率至汽轮机解列(初始棒位ma 50swd)，汽轮机解列后，手动插棒至5％rtp，用时0.5h。
[0157]
4.8.2在20％rtp之前，保持ao自动控制，20％rtp以后，ao棒投手动，不再进行afd控制；
[0158]
4.8.3降功率过程中，不需进行硼化稀释操作，详细堆芯参数见表7。
[0159]
表7
[0160][0161]
4.9降负荷至20％rtp(控制棒不可移动)：
[0162]
4.9.1以66％rtp/h的速度将反应堆的功率降低至20％rtp，并保持6h，详细的堆芯参数变化见表8。
[0163]
表8
[0164][0165][0166]
4.9.2降功率过程所有控制棒不移动(包括ao棒)，仅靠硼化引入反应性。共计需要硼化13m3，硼化速率约为11m3/h，预计用时1.2h。
[0167]
4.9.3反应堆功率降低至20％rtp之后，由于氙积累，需要进行稀释，稀释速率随着氙积累速率变化逐渐减小，共计需要稀释20.2m3，详细稀释数据参见表8。
[0168]
4.9.4功率恢复过程的afd控制咨询反应堆工程师。
[0169]
本实施例中，快速降负荷至20％rtp的堆芯参数见图2，汽轮机runback至50％rtp的堆芯参数见图3，日负荷调峰的堆芯参数见图4，反应堆可控停堆的堆芯参数见图5，快速降负荷至20％rtp的堆芯参数见图6。
[0170]
由此可见，本发明针对压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复提供了一套完整的反应性管理计划编制方法，反应堆工程师只需定期向运行人员提交反应性管理计划用于运行
支持，对于稀释调节棒位等日常运行，不需反应堆工程师现场指导；对于机组瞬态，在反应堆工程师就位前，运行人员可根据反应性管理计划对机组进行有效控制。所述反应性管理计划基本涵盖了压水堆核电厂所有的正常运行及机组瞬态，为运行人员提供了及时且有效的离线支持。
[0171]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。