代前進，潘澤飛，詹勇杰，葉國棟

（核電秦山聯(lián)營有限公司，浙江 海鹽314300）

任何一座新建成核電廠的反應堆，或換料后的反應堆，在投入正常功率運行之前都需要實施一系列反應堆物理試驗。物理試驗同核電廠的安全性和經濟性息息相關，尤其換料后的堆芯物理試驗，是核電廠大修的主線，它的成功實施是核電廠能夠順利實現(xiàn)換料后滿功率的前提條件，試驗實施的時間控制越短，則越早到達滿功率，為核電廠帶來一定的經濟性提升。

物理試驗的實施，無論零功率階段還是升功率階段，都是在特定的堆芯狀態(tài)下，改變堆芯特征參數來測量相應的反應性、堆芯中子通量密度等變化，因此，物理試驗常常偏離核電廠正常運行的范圍。在核電廠運行技術規(guī)格書中，對這種狀態(tài)的偏離并沒有詳細的規(guī)定，對物理試驗的監(jiān)督沒有明確的要求?；谏鲜鲈?，物理試驗的監(jiān)督近年來越來越受到國外核安全機構的重視，美國核管會和法國EDF已將物理試驗的安全監(jiān)督體系納入核電廠運行技術規(guī)格書的基本要求，如美國核管會最新的核電廠運行技術規(guī)格書和法國EDF的GOR10文件，物理試驗的監(jiān)督要求成為核電廠申請運行執(zhí)照時必要的體系類文件。國內核安全監(jiān)管當局在多年的核電廠安全管理的過程中，對物理試驗的認識和經驗也逐步地加深。國內核電廠在積累自身經驗的同時，通過與國內外的交流，也逐漸發(fā)現(xiàn)自身在物理試驗管理、監(jiān)督和優(yōu)化等方面存在的不足。

在這種現(xiàn)狀下，秦山第二核電廠通過對核電廠設計、運行和多年物理試驗的分析，制定并完善了用于4臺機組的物理試驗監(jiān)督要求，并通過核電廠自身文件和文件體系的升版、試驗組織機構和試驗流程管理的完善，結合人員配置的優(yōu)化、培訓、設備、試驗方法以及反饋等各方面的逐步提高建立了反應堆物理試驗的管理體系，為物理試驗的安全、質量和時間控制提供了保障。

1 物理試驗監(jiān)督要求

物理試驗的管理，首先需要明確對物理試驗的監(jiān)督要求，也就是適用于秦山第二核電廠的GOR10文件，確定物理試驗的項目安排、監(jiān)督參數、頻率控制、驗收要求和相應的安全措施。秦山第二核電廠通過對國內外的調研、設計文件的分析、物理試驗結果的整理，確定了物理試驗監(jiān)督要求所應達到的目標，從而為監(jiān)督要求的內容設立了框架。通過對目標的剖析和逐步實現(xiàn)，完成監(jiān)督要求的制定。

1.1 物理試驗項目管理

物理試驗的項目，在不同類型的核電廠之間，存在很大的區(qū)別。即使對于同一核電廠，也需要考慮調試啟動，換料啟動和機組可能出現(xiàn)的堆芯重大技術改造，實施不同的物理試驗項目。

物理試驗的項目安排，一方面要保證安全分析與設計的要求，即物理試驗所測量的堆芯參數，主要包括臨界硼濃度、棒組微積分價值、溫度系數和堆內的中子通量密度分布等，能夠實現(xiàn)對安全分析假設和設計預計的驗證；另一方面，物理試驗的實施，尤其是換料大修后物理試驗的實施，需要占用大修和升功率的時間，對核電廠的經濟效益產生影響，物理試驗同時造成反應堆偏離運行技術規(guī)格書，對核電廠的穩(wěn)定性也產生影響，因此，對試驗時間的控制也成為必須要考慮的因素，在每一項試驗時間基本固定的情況下，恰當的試驗項目安排成為必須。

因此，作為一套完善的監(jiān)督要求，首先就是要明確所監(jiān)督的對象，以及對監(jiān)督對象進行的規(guī)劃管理。

按照核電廠的基本特征，核反應堆的啟動主要包括了反應堆首次啟動（即調試啟動）、換料后重新啟動以及設計技術變更后堆芯重新啟動，監(jiān)督要求需要對各種情況下的物理試驗項目制定相應的要求和規(guī)劃。這主要通過以下步驟完成：

1）首先根據法規(guī)和標準的要求，對所有執(zhí)行的試驗內容和驗證的試驗參數進行整理、確定；

2）確定試驗的理論基礎，即試驗所驗證的參數對應核設計或安全分析的內容，分析其理論基礎，確定試驗的重要程度；

3）根據歷史運行參數的變化和趨勢分析，確定試驗對于運行的安全或控制的影響；

4）比較國內外行業(yè)經驗，分析試驗項目的調整和區(qū)別；

5）根據上述的結果對項目進行篩選和驗證，確定各階段最小試驗項目和推薦物理試驗項目。

通過上述步驟的分析和驗證，將物理試驗分成了4個不同的類型，分別用標號說明：

1）標號為●：表示必須做的試驗項目，強制執(zhí)行；

2）標號為◆：表示推薦做的試驗項目，非強制執(zhí)行；

3）標號為★：表示是否做由設計論證決定；

4）標號為： 表示不需要做的試驗項目。

通過上述分類，對不同階段項目實施管理，并通過過渡階段的驗證，建立了最小化的試驗項目規(guī)劃，以保證安全滿足條件下的優(yōu)化管理，見表1。

1.2 物理試驗監(jiān)督參數管理

完成試驗項目管理規(guī)劃后，下一項需要確定的是試驗的監(jiān)督參數和相應的監(jiān)督和驗收準則。反應堆物理試驗，本質上是對堆芯特定參數的驗證，這種驗證應考慮兩方面的要求，設計的不確定性和試驗的誤差。設計的不確定性是安全分析或設計計算的包絡，在很大程度上決定了設計參數的范圍和控制的靈活程度，如果設計誤差本身較大，那么對運行過程中的參數波動和控制就需要非常嚴格。而試驗的誤差是實際測量的包絡，在很大程度上決定于測量儀表的精度和測量方法的選取。

表1 啟動物理試驗項目規(guī)劃表Table1 Physics tests project planning

根據不同的設計軟件和設計計算，同時考慮對于同一參數不同的測量方法和測量手段選取，不同的核電廠對于同一參數應該有不同的監(jiān)督參數和準則。例如控制棒組的價值，在停堆裕量分析、彈棒、落棒事故分析等相關事故分析與評價中是重要的關鍵安全參數，因此，它的不確定度考慮對于事故的評價十分重要。在早期的核電廠設計中，單棒組價值和棒組總價值作為重要的安全參數進行監(jiān)督，采用的單棒組設計不確定度為±15%，總價值準則為±10%。而在秦山第二核電廠，設計中在停堆裕量分析、彈棒、落棒事故分析等對控制棒組價值的不確定度考慮均為±10%，對計算的要求提高了，事故分析的過程也有所區(qū)別，就不能延用±15%的準則了。

驗收準則的規(guī)范化，主要采用的方法為：

1）分析安全和設計論證原理，分析核電廠堆芯事故分析和設計所使用的主要參數和不確定度范圍；

2）分析試驗方法，分析對于不同的試驗方法，不同數據的不確定度，以及這種不確定度的疊加對最終試驗參數的影響；

3）比較歷史參數，分析1、2號機組歷史數據中各試驗參數的歷史趨勢；

4）國內外經驗反饋。

進而建立需要監(jiān)督的物理參數和監(jiān)督的安全或設計要求，如表2所示。

1.3 安全措施的制定

制定監(jiān)督要求一個非常重要的方面，就是制定針對物理試驗的安全措施。通過前面的介紹可以知道，物理試驗不僅僅是完成對物理參數的測量，更重要的是通過測量結果實現(xiàn)對設計和安全分析的間接驗證。因此試驗結果的超限，意味著設計或安全分析的偏離，會對反應堆的運行帶來潛在的危險，必須采取相應的措施來消除這種危險。同時，多數參數偏離所造成的危險并不會立刻帶來實質的反應堆異常狀況，因此，安全措施的建立需要按照不同的參數所造成的反應堆后果和可能性，考慮相應的時間裕量。

表2 物理試驗驗收準則表Table2 Physical test acceptance criteria

安全措施在一定程度上是整個監(jiān)督要求的核心內容，主要包括：

1）對特定試驗參數和驗收準則、限值的說明；

2）核電廠的響應時間規(guī)定：針對每一項監(jiān)督參數偏離設計預計或安全分析的程度，按照其危害程度的發(fā)展趨勢規(guī)定不同的響應時間限制；

3）響應行動要求：在響應第一時間，應采取的行動主旨在于保證安全，根據每一項參數的理論分析結果確定響應行動的內容；

4）向安全監(jiān)督機構的通告：基于安全分析和監(jiān)督的要求，向安全監(jiān)督機構的通報；

5）重新的安全和設計分析要求：基于參數超限情況所帶來的影響，重新進行設計和安全方面的分析，以保證后續(xù)堆芯的安全；

6）在規(guī)定響應時間內響應措施不能被完成時的退防要求；

7）響應措施完成后的返回條件。

物理試驗監(jiān)督要求作為FSAR的補充，為物理試驗管理提供了上層指導，明確了試驗項目、參數、準則和安全措施。它的建立為秦山第二核電廠物理試驗的管理實現(xiàn)體系化、規(guī)范化提供了條件。

2 試驗實施管理

2.1 試驗文件管理

物理試驗的準備與實施，最重要的是指導文件體系，所有試驗必須在相應的文件指導下進行。在完成物理試驗監(jiān)督要求的編制并且生效后，整個物理試驗的上層文件發(fā)生變化。因此，電廠對《反應堆物理試驗實施試驗大綱》、《反應堆物理試驗試驗技術導則》、《換料大綱》等指導文件進行了升版或重新編寫，并結合此次修改的機會，對試驗管理類規(guī)程、試驗原理性規(guī)程和試驗技術類規(guī)程等分別進行了修改和調整。形成全新的、完善的試驗文件體系（見圖1）。

2.2 試驗組織機構控制

圖1 秦山第二核電廠物理試驗文件體系Fig.1 Physical tests document system of Qinshan II

通過多年的物理試驗實施與反饋，秦山第二核電廠為物理試驗構建了完善的專項組織機構。由公司主管領導和物理試驗領域專家組成物理試驗領導小組，物理試驗負責人作為物理試驗項目的總負責人和協(xié)調人，全面負責物理試驗項目的執(zhí)行。運行值長作為核電廠反應堆安全控制的第一責任人和物理試驗監(jiān)督人，在判斷某些操作可能會危及堆芯安全的情況下，有權要求暫停物理試驗。主控操縱員、各崗位運行人員、化學分析員和儀控工程師配合物理試驗班組進行物理試驗的實施，如圖2所示。

2.3 試驗流程控制

物理試驗的實施，根據其重要程度的要求，不僅需要專項的機構和文件體系控制，重要的是需要對整個過程實施嚴格的控制。這個控制主要是通過對物理試驗建立的結構流程圖來實現(xiàn)的。試驗流程的控制，包括了試驗準備、試驗實施、試驗驗收和反饋等四個方面的內容，對每一個方面建立起相應的工作內容要求，只有完成相應的工作后才允許進入下一個項目，同時，流程中存在若干邏輯控制點，使整個過程完成閉環(huán)，具體如圖3所示。

2.4 試驗人員管理

物理試驗的管理中，人員管理尤為重要，主要包括人員配置、人員培訓和授權管理。

圖2 秦山第二核電廠物理試驗專項組織機構圖Fig.2 Organizational structure of physical tests in Qinshan II

圖3 秦山第二核電廠物理試驗流程圖Fig.3 Flow chart of physical tests in Qinshan II

物理試驗，尤其調試啟動階段的物理試驗，需要8天以上連續(xù)實施，有時甚至達到十幾天。即使換料后的啟動，也要幾十個小時連續(xù)實施。因此經常安排3班輪換試驗，對于其他的工作，只需要一個工作負責人全面掌握工作內容和安全責任，對于物理試驗，則需要對每個班安排負責人，全面負責物理試驗，同時配備相應的試驗員。

物理試驗人員的培訓，在某種程度上比運行人員更加嚴格，這主要基于反應性操作的重要性。秦山第二核電廠物理試驗人員建立了包括初級、中級和高級在內的三階段系統(tǒng)化培訓體系，每一個階段的培訓，包括崗位知識、崗位實踐和崗位素質三方面的內容，涵蓋了反應堆物理理論、熱工理論、燃料管理、試驗理論、試驗方法、設計理論、系統(tǒng)運行等11個方面，32個培訓科目的內容，每階段的培訓需要2年以上的時間完成，并通過相應的考核授權制度，保證了培訓的質量。物理試驗的授權和培訓是息息相關的，完成了相應培訓并且考核合格的人員獲得了相應的崗位授權，同時獲得相應的物理試驗授權。目前，試驗授權主要分為試驗負責人、試驗班長和試驗員。

2.5 試驗設備管理

物理試驗的儀器設備管理和試驗實施同樣重要，秦山第二核電廠建立了專用的物理試驗室，用于儀器設備的存放和管理；建立了專用的物理試驗設備臺賬，用于各儀器設備的跟蹤；建立并按時實施了設備送檢，保證所有設備在檢驗合格的時間范圍內。對于重要的測量儀器，如四筆記錄儀、反應性儀等，實行每2臺機組一用一備的管理。對于物理試驗室管理，每月安排人員執(zhí)行巡檢，檢查試驗室的環(huán)境，并對各設備進行離線的檢查。設備的良好狀態(tài)，是試驗良好執(zhí)行的保障。

2.6 試驗方法管理

由于啟動升功率物理試驗與電站大修控制和經濟效益相關，同時，反應堆物理試驗過程中反應性的安全控制也十分重要，因此，反應堆物理試驗方法也需要改進和發(fā)展，主要通過幾個方面的研究進行：

1）對現(xiàn)有方法進行檢查和細節(jié)的改進，這個方面是比較保守的，現(xiàn)有方法基本上是國際上比較通用且應用比較廣泛的方法，但也有一定的缺點。由于通用，因此對于不同的核電廠必然不是最合適的，需要根據堆芯運行和儀器的發(fā)展進行相應的修改。

2）國內同行方法的學習和比較。秦山第二核電廠通過與國內同行的定期交流，對物理試驗方法有一定發(fā)展，在3號機組調試中，對控制棒價值的測量，采取了互刻法，就是同行交流的結果;在3號機組壽期末，對慢化劑溫度系數的測量，秦山第二核電廠學習了不同電站的方法，并通過比較，最終確定了適合的方法。

3）國外先進方法的研究儲備。目前，國外無論研究機構還是核電廠，都發(fā)展了較為先進的堆芯物理試驗方法，在驗證設計的同時節(jié)約了很多時間。包括次臨界下刻棒試驗、動態(tài)刻棒試驗、在線功率監(jiān)測、噪聲法測量等。通過這種國外方法的學習調研，為將來的物理試驗節(jié)約大修時間和提高水平奠定了基礎。

3 結束語

秦山第二核電廠物理試驗監(jiān)督要求的制定，規(guī)范了核電廠物理試驗的項目安排、參數監(jiān)督、驗收準則和安全措施。物理試驗實施管理的持續(xù)改進，加強了核電廠物理試驗實施過程的質量控制，提高了物理試驗過程的安全性和穩(wěn)定性。通過18個堆年的物理試驗實施和反饋，秦山第二核電廠建立的物理試驗管理體系已比較成熟，為核電廠4臺機組的換料后物理試驗、核電廠將來實施長循環(huán)燃料管理變更后的物理試驗實施等提供了保障和指導，對同類型其他核電廠的物理試驗管理，也具有借鑒意義。

[1]葉國棟，等.中核集團秦山第二核電廠燃料管理持續(xù)改進[R]. 中國核學會2009年學術年會.（YE Guodong, et al. Continuous improvement of fuel management in Qinshan II [R].2009 annual academic meeting of China Nuclear Society.）

[2]秦山第二核電廠. 物理試驗監(jiān)督要求[R]，2009.（Qinshan NPP Phase II. Supervision requirements for physical experience [R],2009.）