核电厂运行技术规格书标准化探讨

2020-07-12万寒阳

科技视界 2020年28期

关键词：规格书控制棒换料

万寒阳

（中核辽宁核电有限公司，辽宁葫芦岛 125100）

0 前言

运行技术规格书规定了核电厂正常运行、运行瞬态及异常运行工况下的技术要求，包括安全限值、安全系统整定值、运行限制条件以及监督要求。当机组运行状态较技术规格书要求发生偏离时，应在规定的后撤时间内将机组撤到规定工况，防止预计运行事件升级。

技术规格书对核电厂安全性及经济性有重大影响，统一的运行技术规格书标准对核电技术输出和国内核电厂安全监管及技术交流将起到巨大的正向推动作用。

1 运行技术规格书现状及差异

国内现有运行技术规格书总体上分为以法国M310 运行技术规格书为代表的法系模式和以美国西屋公司标准运行技术规格书为代表的美系模式[1]。美系与法系运行技术规格书中都包括定义、安全限值、运行限制条件、监督要求和行政管理等内容，以约束核电厂行为规范。风格上美系运行技术规格书条理清晰、结构简单，执行时可执行性较强；法系运行技术规格书内容更精细。

运行技术规格书采用美系模式的有秦山一期CNP300 压水堆，秦山三期CANDU-6 重水堆，田湾1、2、3、4 号 VVER 机组，三门、海阳 AP1000 等；法系模式的有秦山二期、二扩方家山M310 改进型，大亚湾基地M310 改进型，福清、昌江、红沿河、宁德、阳江、防城港M310 改进型，台山EPR 等。这些运行技术规格书存在如下差异。

1.1 对运行模式的定义不同

运行技术规格书中将反应堆不同的标准运行工况和标准状态划分为不同的运行模式，并对应不同的运行限制条件。 AP1000 压水堆运行模式分为：换料、冷停堆、安全停堆、热备用、启动、功率运行。 VVER 压水堆运行模式分为：换料冷停堆、维修冷停堆、冷态、加热冷却、热态、最小可监测功率水平、功率运行。秦山一期CNP300 压水堆运行模式分为：停堆换料，冷停堆，中间停堆B 阶段，中间停堆A 阶段、热停堆、热态零功率、功率运行。秦山二期1/2 号机组M310 改运行模式分为：换料冷停堆，维修冷停堆，RRA 投入的双相中停、单相中间停堆、正常冷停堆，热停堆和正常中间停堆（RRA 未连接），功率运行和热备用。秦山二期3/4号机组M310 改运行模式分为：全部燃料在燃料厂房内，换料冷停堆，维修冷停堆，正常冷停堆，RRA 投入的双相中停、单相中间停堆，热停堆和正常中间停堆（RRA 未连接），功率运行和热备用。方家山1/2 号机组M310 改运行模式分为：堆芯完全卸料模式、换料停堆模式、维修停堆模式、RRA 冷却正常停堆模式、蒸汽发生器冷却正常停堆模式、反应堆功率运行模式。秦山三期CANDU-6 重水堆运行模式分为：保证停堆状态，非常低功率/冷态卸压，升温、升压或降温、降压，低功率/热态加压，功率运行。上述运行技术规格书中各运行模式内涵及对应阶段有较大不同，这也导致它们的编排格式及内容存在较大差异。

1.2 慢化剂温度系数（MTC）运行限值的界定及表述不同

GDC11 中规定“反应堆堆芯和相关的冷却剂系统应设计成：在功率运行范围内，瞬时的固有的核反馈特性的净效应须有助于补偿反应性的快速增加”。所以MTC 与其他的反应性参数叠加后应能满足反应性的负反馈要求。

早期大多以“当所有控制棒提出堆外，在燃料循环寿期初、热态零功率条件下，MTC 不得为正（＜0 pcm/℃）”确定MTC 限值上限，随着运行经验的积累和核工程设计理念的提升，陆续有核电厂的运行技术规格书中，MTC 限值上限出现正值，实际燃料循环的相应工况中，MTC 也确实出现过正值。 NRC 颁布文件中，也出现了MTC 上限值为12.6 pcm/℃，承认了MTC 可以出现正值。

如今，除秦山一期等设计及投产较早的核电厂，大多数核电厂运行技术规格书对MTC 限值范围已不再有上述不得为正的规定，但对MTC 运行限制条件的表述仍有差异。田湾VVER 1、2 号机组运行技术规格书中为“寿期初，控制棒处于规定位置，慢化剂温度系数（MTC）不应为正（≤0/△K/K/℃）；寿期末，慢化剂温度系数低限为-100 pcm/℃[2]。 ”三门 AP1000 1/2 号机组运行规格书中规定为“MTC 必须维持在堆芯运行限值报告（COLR）规定的限值之内[3]。 ”COLR 是西屋公司1980 年代末开始为避免对技术规格书中限值变更导致的NRC 审评中损耗时间和金钱，换料设计时在原有报告的基础上补充报告。之后在NRC 鼓励下，美国多数核电厂都将技术规格书中燃料循环相关的限值转移至COLR。

2 对运行技术规格书标准化的改进建议

2.1 完善并统一运行模式的定义

《核动力厂运行安全规定》中规定运行限制条件“必须包括对各种运行状态（包括停堆在内）的要求”[4]，但并未对“各种运行状态”做出详细解释，“各种运行状态”理解起来应该包括堆芯无料的状态。AP1000 运行技术规格书中“换料”指的工况是：反应堆压力容器顶盖的一个或多个螺栓未处于完全张紧状态，即反应堆压力容器顶盖的螺栓已经松开或顶盖已移走，燃料仍在压力容器内；不包括卸料完成到装料开始之间的工况。这种工况是存在且将持续一段时间的，现有AP1000 机组的实际运行情况中这种工况也持续数月存在过。燃料卸至乏燃料水池后仍需保证电源供应和冷却系统的运行，以保证乏燃料水池水温不超限，确保乏燃料的安全。福岛核事故也以惨痛教训明确了“排出乏燃料衰变热” 是保证核电厂安全的基本要求之一。运行技术规格书中缺少完全卸料模式时的运行限制条件将导致运行人员在编制该工况下的运行规程及相关系统设备停复役计划时缺少确保乏燃料安全的上层文件依据，进而导致乏燃料池丧失冷却的风险增加。因此，建议在标准化运行技术规格书运行模式中增加“完全卸料”模式工况的运行限制条件等相关内容。

同时，标准化运行技术规格书需对运行模式的定义统一，并建议现有运行技术规格书后续改进升版时对运行模式的定义往统一标准靠拢，这样便于各电厂工作人员间人才交流，有利于核安全局理解和监管。

2.2 统一对慢化剂温度系数（MTC）运行限值的界定及表述

结合现有运行技术规格书中的表述来看，对MTC运行限值要求（上限是个正值）的具体表述可以有以下若干种方案：

对MTC 上限的要求变更为“在燃料循环寿期初、热态零功率条件下，MTC 不得为正（＜0 pcm/℃）”。去除了对控制棒位置的限制，允许使用控制棒干预，将控制棒保持在提升极限内，控制MTC 上限不为正。

对MTC 上限的要求变更为图表，不同条件下设置不同上限。

对MTC 上限的要求变更为 “当所有控制棒提出堆外，在燃料循环寿期初、热态零功率条件下，MTC 小于某个正值”。

在运行技术规格书中不对MTC 具体限制进行说明，采用COLR 模式，每个燃料循环由设计方向业主及核安全局（或国外核安全监管部门）提供COLR，对MTC 限值动态变更。

在第四种方案COLR 中采用第三种方案表述，进一步简化了后续修改时审批上的烦琐程序，三门AP1000 采用了该方式。由于堆芯每一燃料循环间存在差异，第二种方案不能精准地对每一燃料循环的情况进行规定。第一种方案由于去除了对控制棒位置的限制，需人为判断进行干预，引入了一定风险，也增加了运行时的难度。田湾采用的表述方式实际上与第一种方案类似，仍规定了控制棒的位置，减少人因引入的风险，也同时减少了灵活性。

因此，建议在标准化运行技术规格书中对MTC运行限制条件的规定及表述采用COLR 模式，不在技术规格书中说明具体数值，在COLR 中使用第三种方案中的表述“当所有控制棒提出堆外，在燃料循环寿期初、热态零功率条件下，MTC 小于某个正值”。这个上限值的界定需在各种燃料管理方案下，对于反应性反馈特性相关的一系列事故及瞬态进行分析，从事故后果判断是否允许出现正的慢化剂温度系数、不同工况下允许出现的正的慢化剂温度系数上限值是多少。