浅析华龙一号机组与M310机组首次物理启动试验差异性

浅析华龙一号机组与M310机组首次物理启动试验差异性

樊武彭巧云

中国核电工程有限公司北京100840

摘要：本文根据设计院提供的堆芯设计文件，对华龙一号机组与M310机组首次物理启动试验进行了差异性分析。

关键词：物理启动试验；华龙一号

1.概述

反应堆物理启动试验是针对不同堆芯装载所实施的围绕反应性变化的测量试验。对于新建的压水堆，需要在其启动至投入正常额定功率运行之前进行一系列如控制棒组微积分价值测量、临界硼浓度测量、慢化剂温度系数测量和功率分布测量测量试验等测量试验，通过测量所获得的结果，来验证理论计算值的有效性和合理性，从而达到验证堆芯设计关键安全参数正确性的目的。

华龙一号机组反应堆堆芯采用177组先进燃料组件，与M310机组堆芯相比，将堆芯燃料组件数量从157组增加到177组，在提高堆芯额定功率的同时降低平均线功率密度，既增加了核电厂的发电能力又提高了核电运行的安全裕量。华龙一号机组首循环堆芯分三区装载，富集度分别为1.8%、2.4%、3.1%。采用1/3换料方式、每次换料装入68组新燃料组件。采用部分低泄漏装载模式。第二循环新料富集度为3.9%，后续循环均为4.45%。首循环堆芯可燃毒物材料为成熟的硼硅玻璃，共1248根。从第二循环堆芯开始，采用载钆燃料棒作为固体可燃毒物。堆芯共布置了61束控制棒组件，由功率补偿棒（G1、G2、N1和N2）、温度调节棒（R）和停堆棒组（SA、SB、SC）组成。堆芯核设计主要参数对比详见表1。

注：AIC：吸收体棒。S.S不锈钢棒。

表1堆芯核设计主要参数对比

本文从堆芯的差异性出发，对华龙一号机组和M310机组的物理试验项目进行差异分析比对。试验项目的主要的差异体现在零功率平台的（N-1）棒组的积分价值测量试验、50%FP平台的模拟弹棒试验及模拟落棒试验上。华龙一号机组的堆芯中子通量测量系统与M310机组有较大差异，华龙一号机组的堆芯中子通量测量系统（CNFM）采集自给能中子探测器（SPND）信号，计算堆芯三维功率分布、燃料组件LPD和DNBR、堆外核测量系统功率量程仪表通道校准系数。另外，系统兼容了M310机组LOCA监测系统（LSS）的功能，计算运行图等。反应堆稳定运行期间，连续测量，在线计算。堆芯设计单位在华龙一号机组的功率分布试验的安排上较M310机组也有很大差异。

2.物理启动试验项目介绍

堆芯首次临界试验是将反应堆堆芯由热停堆启动到首次临界状态的试验。堆芯首次临界试验还包含反应性仪的检查，以确保反应性仪的操作正确性和精确性。

棒价值测量是测量棒组价值的试验。可通过以恒定的速率调整冷却剂硼浓度，调硼引入的反应性由选定的控制棒的插入或抽出来补偿。连续记录反应性，控制棒积分价值可由其微分价值在其棒组全行程上积分来获得。也可通过价值已知的棒组来换棒测得未知棒组的价值。

等温温度系数测量试验是在零功率物理试验中，在各种棒态下，通过调整向大气的蒸汽排放量来改变反应堆冷却剂系统与二回路系统之间的热平衡，形成的失配引起堆芯平均温度的变化，进而通过计算来确定等温温度系数的试验。

功率分布试验是使用堆芯中子通量测量系统确定给定的控制棒棒位和功率水平的堆芯功率分布的试验。

落棒试验是为了检查某棒束组合落入堆芯引起的负高通量变化率能否导致堆芯停堆的试验。

堆外通量测量电离室刻度试验是为了在提升功率期间对功率量程通道系数进行刻度的试验，以确保系统能提供正确的、有效的监控手段。

模拟落棒试验是验证一束控制棒棒束掉落后引起的热点因子增加在是否安全分析范围内的试验。模拟弹棒试验是通过模拟弹棒前后堆芯通量图测量数据，给出模拟落棒试验前后测得的堆芯功率分布，得到堆芯各燃料组件功率理论预计值与测量值的相对偏差的试验。

反应性系数测量试验是在堆芯稳定在满功率时，通过降低汽机负荷，堆芯冷却剂平均温度变化引入的反应性由堆芯功率水平的降低所引入的反应性进行补偿，利用负荷变化和堆芯平静温度的记录读数，估算反应性系数的试验。

功率补偿棒组刻度（功率控制带标定）是堆芯在功率由100%FP降低到50%FP的过程确定功率补偿棒组刻度曲线的试验。

3.物理启动试验项目对比

零功率平台的物理试验的差异主要体现在如下方面：

1）因华龙一号机组堆芯测量系统采用自给能探测器，根据系统设备的属性，在零功率平台未设置功率分布测量，而M310机组在零功率物理试验期间设置了不同棒态下的功率分布测量。

2）因在零功率物理试验期间，需要用积分价值最大的棒组作为换棒法的已知棒组对其他待测棒组的价值进行测量。故需要对积分价值最大的棒组价值进行调硼法测量。华龙一号机组SB棒组积分价值最大，M310机组R棒组积分价值最大。

3）华龙一号机组无SD棒组，故不再执行换棒法测量SD棒组积分价值。

4）从堆芯设计层面分析，M310机组相关的测量结果对华龙一号机组来说没有太多的参考意义。N-1棒组的积分价值是反应堆的一个非常重要的安全参数，必须在试验中予以确认，所以堆芯设计单位在华龙一号机组首台机组零功率物理试验中安排了稀释法测量G1、G2、N1、N2至N-1棒组积分价值的试验项目。

5）堆芯设计单位在华龙一号机组首台机组的50%FP的试验项目中安排了模拟弹棒试验和模拟落棒试验，模拟弹棒试验和模拟落棒试验选定的试验动棒棒束的积分价值安排在零功率物理试验期间进行测量并进行验收。

升功率平台的物理试验的差异主要体现在如下方面：

1）根据华龙一号机组堆芯测量系统设备的属性，堆芯设计单位将功率分布试验设置在2%FP、10%FP、25%FP、50%FP、75%FP和100%FP，试验方法也较M310机组区别较大。

2）处于安全性考虑，华龙一号机组首台机组较M310机组多设置了模拟弹棒试验和模拟落棒试验。

4.结论

根据堆芯设计的差异性，华龙一号机组在物理试验的安排上和M310机组有区别，包括零功率平台的物理试验和升功率平台的物理试验均有差异。

1）堆芯首次临界方法和步骤基本一致。

2）华龙一号机组的首台机组在零功率物理试验中多设置了N-1棒组的积分价值测量，少了功率分布测量，总的试验时长较M310机组多约30小时的试验执行时间。

3）华龙一号机组在零功率物理试验结束后，将堆芯功率提升到2%FP，执行功率分布测量，较M310机组多约1小时的试验执行时间。

4）华龙一号机组在25%FP设置了功率分布测量、热平衡测量、堆外测量探头刻度试验，较M310机组多约6小时的试验执行时间。

5）华龙一号机组的首台机组在50%FP设置了模拟弹棒试验和模拟落棒试验，较M310机组多约4小时的试验执行时间。

参考文献

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[2]刘晓黎、王晨琳.福建福清核电厂一期工程堆芯调试大纲[R].成都.中国核动力研究设计院.2013

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