0%~100%额定功率升／降负荷瞬态分析

摘要本文分析了AP1000先进核电厂中用于启堆和停堆的0%~100%额定功率范围内升/降负荷瞬态过程。该瞬态分为0%~15%和15%~100%额定功率升/降负荷两部分：0%~15%额定功率升/降负荷时，棒控系统处于手动调节模式，可以视为准稳态过程；15%~100%额定功率升/降负荷时，棒控系统处于自动调节模式，应用LOFT12程序进行瞬态分析。本论文分别分析了0%~15%额定功率范围内升/降负荷瞬态和15%~100%额定功率范围内以5%额定功率/分钟速率升/降负荷瞬态，总结了升/降负荷运行瞬态下相关参数的变化规律，以期丰富核电厂运行管理经验。

关键词额定功率；负荷；瞬态

0 引言

在反应堆冷却剂系统（RCS）核1级组件、辅助系统核1级组件、RCS组件的支承和堆内构件的设计中需考虑ASME规范第Ⅲ卷规定的以下几种运行工况：A级使用工况（正常工况）、B级使用工况（异常工况，中等频率事件）、C级使用工况（应急工况、稀有事件）和D级使用工况（故障工况、极限故障）。

AP1000核电厂启堆、停堆运行瞬态属于A级使用工况，包括0%~15%额定功率升/降负荷和15%~100%额定功率升/降负荷两个过程。前者在核电厂60年寿期内发生的次数约为500次，后者在寿期内发生的次数约为2000次。本论文分别分析了0%~15%和15%~100%额定功率范围内升/降负荷瞬态，总结了升/降负荷运行瞬态下相关参数的变化规律，以期丰富核电厂运行管理经验，不断提高核电厂运行安全水平。

1 0%~100%额定功率升/降负荷瞬态

0%~100%额定功率范围内升/降负荷瞬态分为0%~15%和15%~100%额定功率升/降负荷瞬态两个过程：1）在0%~15%额定功率升/降负荷时，棒控系统处于手动调节模式，升/降负荷处于准稳态过程，因此，可采用手算的方法分析升/降负荷的瞬态；2）在15%~100%额定功率升/降负荷时，棒控系统处于自动调节模式，反应堆温度将按反应堆控制系统规定的方式随负荷变化，本文假定升/降负荷速率为5%额定功率/分钟，并应用LOFT12程序2.1版进行瞬态分析。

1.1 0%~15%额定功率升/降负荷瞬态

在0%~15%额定功率升/降负荷瞬态中，棒控系统处于手动调节模式，RCS压力、稳压器压力和RCS流量均保持名义值不变，给水流量等于蒸汽流量，整个瞬态过程处于准稳态过程，因此本文采用手算的方法分析瞬态过程。在升负荷前，核电厂处于热备用状态（0%额定功率）。升负荷过程中，认为主蒸汽压力随功率线性变化，蒸汽温度和焓值为相应压力下的饱和温度和焓值，给水焓值通过

给水温度和SG蒸汽压力查水蒸气表获得[1]。表1给出了0%、15%以及100%额定功率下的运行工况参数。

15%额定功率对应的核功率QN, 15%通过下式计算：

QN, 15%=0.15×（Hs-Hfeed）15%/（Hs- Hfeed）100%（1）

式中， Hs为饱和蒸汽焓值，Hfeed为给水焓值。15%额定功率对应的反应堆冷却剂平均温度（TAVG,15%）通过下式计算：

TAVG, 15%=0.15×（TAVG, 100% -291.7）+291.7（2）

15%额定功率对应的反应堆冷却剂出口温度（Thot, 15%）和入口温度（Tcold, 15%）分别通过下式计算：

Thot, 15%=TAVG, 15%+0.5×（Thot, 100%-Tcold, 100%）×0.15 （3）

Tcold, 15%=TAVG, 15%-0.5×（Thot, 100%-Tcold, 100%）×0.15 （4）

式中，Thot, 100%和Tcold, 100%分别为100%额定功率对应的压力容器出口和入口温度。

1.2 15%~100%额定功率升/降负荷瞬态

本部分采用LOFT12程序2.1版分析15%~100%额定功率范围内升/降负荷瞬态。LOFT12程序采用单环路模型，仅适用于分析对称环路的瞬态行为。该程序模拟了反应堆压力容器、热管段和冷管段、蒸汽发生器（管侧和壳侧）和稳压器（电加热器、喷淋和安全阀）。该程序还包括：（1）点中子动力学模型，可模拟慢化剂、燃料、硼、燃料棒的反应性效应；（2）保护和安全监测系统，可模拟由高中子通量、超温ΔT、稳压器高压和低压、RCS低流量、稳压器高水位等信号触发的反应堆停堆；（3）控制系统，包括控制棒控制、主蒸汽旁排、主给水控制、稳压器压力和水位控制。由于15%~100%额定功率范围内线性升/降负荷瞬态具有对称性，因此采用LOFT12程序进行瞬态分析是合适的。

1.2.1 15%~100%额定功率升负荷瞬态

15%~100%额定功率范围内升负荷通过线性增加主蒸汽流量来实现，瞬态分析采用如下假设条件：

1）核电厂在15%额定功率下运行（运行参数详见表1）；

2）RCS流量取热工设计流量，并考虑SG 10%堵管；

3）核电厂的初始压力、RCS平均温度取15%额定功率和SG 10%堵管下的

名义值；

4）棒控系统采用自动控制模式；

5）10s后，主蒸汽流量开始线性增加。

在15%~100%额定功率范围内升负荷瞬态中：

1）在主蒸汽流量线性增至100%的过程中，控制棒上提，反应堆核功率和给水流量均近似线性增至额定功率对应值。主蒸汽流量增至100%时，由于棒控系统的延迟，反应堆核功率仍略有增加，但不超过102%，随后降至100%；

2）在升负荷瞬态中，热段温度由296.3℃逐渐增至322.3℃，冷段温度先由289.8℃降至276.2℃（约为1040s），随后逐渐增至279.2 ℃。RCS平均温度先由293.1℃略有降低，随后增至300.9 ℃；

3）蒸汽发生器二次侧压力从7.30MPa近似线性地减小到5.41MPa，随后逐渐增至5.49MPa；