CEPR机组部分停堆设计原理和存在的问题

CEPR机组部分停堆设计原理和存在的问题

王芝

华能海南昌江核电有限公司  海南昌江 572733 

摘要：当发生一回路失去一台主泵、二回路失去主给水泵、反应堆一二回路压力和温度不平衡、反应堆堆芯参数DNBR/PCI/LPD超过限值、汽轮机发生跳闸或者甩负荷等事件时，为了保证反应堆堆芯的安全，同时保证相关参数不超出RPR保护定值引起反应堆保护系统动作，最大程度地确保机组的安全运行。CEPR机组设计了部分停堆，其主要原理是：一回路通过掉落一定数量的控制棒，包括顺序掉棒和同步掉棒，来达到快速降低反应堆功率的目的；二回路侧，GRE系统将以2000%NP/min的速率快速降低汽机功率到对应工况设计的目标值，保证一二回路迅速匹配在新的工况，保证反应堆瞬态后的稳定运行。本文介绍了CEPR机组控制棒的基本组成以及运行方式，并总结了部分停堆设计原理和主要应对的极限工况，研究了部分停堆的一回路和二回路主要自动动作，识别出了一些可能引起部分停堆失效的边界，以及针对这些边界失效的问题分别给出了对应的解决方案。

关键字：CEPR机组；部分停堆；掉棒；甩负荷

1  部分停堆一回路动作原理

部分停堆信号触发后，每束P棒组的对棒按需求顺序地掉落。（每束P棒组的4元组中对应位置的两根控制棒称为对棒，对棒后续称之为：P11、P12、P21……P44）

1、部分停堆有两种掉棒模式，同步掉棒和顺序掉棒。

同步掉棒：PT信号发出后的0.1s内(RCSL中，PT逻辑计算需要70ms，0.1s保证PT能正确触发，且只触发一次)，同时掉下一对或几对棒，掉棒步数为功率变化量（目标功率和实测功率偏差）乘以25steps/%NP，例如发生某个瞬态时，此时实际功率与瞬态对应的设计功率偏差为30%NP，则此时需要掉棒750steps，假设P11实际棒位是370步，P12也是370步（P11和P12都属于P1棒位，实际棒位一致），P21实际棒位是380步，可以看出P11+P12=740步<750步

顺序掉棒：PT信号发出5s后，如果当前反应堆功率与瞬态对应的设计功率偏差此时还大于15%NP时，将触发顺序掉棒，掉棒步数为418步（持续脉冲信号，高电平时间0.1 s，低电平时间4.9 s），掉棒步数与对棒棒位比较，偏差大于1步开始掉棒。

2、部分停堆消失之后，延时25s，将自动进行棒序重新排列，之前掉落的棒束将自动提升到其棒组的参考棒位，整个棒控系统恢复叠步状态。恢复棒序重排过程中，平均温度控制（ACT）的优先级更高，如果平均温度控制需要插入控制棒，则棒序排列会暂停一下，等插棒信号消失后，棒序排列将继续进行，直到恢复叠步状态。

2  部分停堆遇到的问题及解决方案

根据目前的CEPR首堆调试试验及结合商运后的运行经验，部分停堆后续可能遇到以下问题：

（1）P2棒组设置棒位过高，可能导致P22棒组无法掉落

（2）部分停堆触发后，P棒组如何配置的问题

（3）部分停堆结束后，控制棒出现卡涩的问题

2.1  P2棒组设置棒位过高，可能导致P22棒组无法掉落

以满功率失去一台主泵为例（目标功率为45%PN），部分停堆信号触发后，同步掉棒是在PT信号发出后的0.1s内，掉棒步数为功率变化量（目标功率和实测功率偏差）乘以25steps/%NP，即55*25=1375步。当P1棒一般控制在340步，由于P11+P12=340*2=680。RP模式满功率，P2/P3/P4与H棒P5棒一致，一般控制在372步，因此P21为372步，(P11+P12+P21=1052) <1375<(P11+P12+P21+P22=1424)，此时P11/P12/P21棒发生掉落,P22棒不会掉落，根据联调失去一台主泵瞬态试验，此时P11/P12/P21棒掉落会将使核功率下降致60%左右，PT发生5s后，又会发生顺序掉棒，此时掉落棒数为（60-45）*25=375步，P22棒会自动掉落，导致核功率下降至60%以下，P3信号消失（核功率大于60%自动生效）,避免产生一台主泵流量低低+P3信号（核功率大于60%自动生效）的跳堆信号。如果P2棒的棒位大于375步，反应堆功率下降到60%的时间会延长，无法引起P3信号复归，主泵的流量出现低低后（约主泵跳闸20s后出现），将引起反应堆跳闸。考虑到发生瞬态后，H棒会自动下插几步（部分停堆信号以及ACT温度自动调节），目前机组上建议P2棒棒位（H棒）不要高于382步。

2.2  部分停堆触发后，P棒组如何配置的问题

当触发部分停堆信号触发后，由于此时发生掉落的控制棒已全部掉落到堆芯，当部分停堆消失后会出现棒序重排，设计中给出30min用于棒序重排，这期间内会闭锁主控出现控制棒低于插入限制的LCO1/LCO2报警以及动作。当部分停堆消失30min后，发生掉落的控制棒棒位如果还低于插入限制LCO2对应的棒位值，会导致自动动作：REA最大流量硼化信号启动，向堆芯注入大量硼酸，引起机组过冷，控制棒全部提升到堆顶，从而触发瞬态。

因此部分停堆信号消失后，主控操纵员需第一时间关注P棒的棒位，并查出该功率平台对应的插入限值，考虑到机组发生甩负荷时，正常Xe毒是上涨，导致堆芯偏冷，P棒组响应ACT温度调节开始提升。但有时候如果Xe毒不足于,在30min内将P棒提升到插入限值LCO2/LCO1以上，此时需要立即手动硼化，及时将P棒组提升到插入限值以上。

2.3  部分停堆结束后，控制棒出现卡涩的问题

部分停堆结束后，ACT控制接受控制棒的自动动作和自动较棒自动动作（平均温度优先），如果此时一回路平均温度高于整定值，则控制棒下插，一回路平均温度低于整定值，则控制棒上提。但如果控制棒自动动作期间，发生控制棒卡涩，则不会响应自动动作提升或者插入，如果30min后，控制棒仍然低于控制棒插入限值，仍然会产生REA大流量硼化动作。

因此部分停堆结束后，一回路操纵员需时刻关注控制棒自动动作，如果此时发生控制棒卡涩，则需要第一时间按照I-RGL程序进行控制棒异常诊断，如果仅是出现失步，则通过控制棒校棒即可，如果出现真实卡棒，又没有及时干预，可能会导致REA大流量硼化系统动作，此时可以通过降低反应堆功率，使当前控制棒棒位高于插入限值来解决，并第一时间通知专业处理。

3 结论

CEPR机组通过设置部分停堆信号，一回路通过掉落一定数量的对棒，来降低反应堆功率，二回路则通过GRE系统以2000%Pn/min的速率甩负荷，确保在机组发生某些瞬态时，一二回路能迅速降低负荷，保证相关参数不超出RPR保护定值引起反应堆保护系统动作，最大程度地确保机组的安全运行。

由于部分停堆对控制棒的棒位有一定的要求，日常就需要对控制棒的棒位进行合理配置以及出现部分停堆后控制棒发生同步掉棒和顺序掉棒，会导致控制棒处于堆芯底部，后续需要操纵员时刻监视堆芯参数以及控制棒的棒位。因此结合台山1/2机调试及运行经验，部分停堆发生后，操纵员30min内需关注控制棒的插入限值以及控制棒的自动动作是否正常，以及日常操作中，H棒棒位不能提升过高，避免部分停堆触发后，无法掉落，一般情况下需要根据堆芯图册进行配置。对于目前部分停堆中所遇到的问题，均提供了相应的解决方案，目前这些方案均已在台山1/2号机得到验证，取得了很好的效果，对于同类型机组来说有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]EPR机组智能化控制的设计原理，北京：原子能出版社,2019