堆芯通量测绘程序异常的原因分析和处理
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【摘 要】本文介绍了三厂堆芯通量测绘程序的工作原理，针对近期2号机组堆芯通量测绘程序频繁故障报警的现象，分析程序故障时机组的响应，并与反应堆功率控制程序中液体区域控制系统故障时机组的响应相比较，简述了堆芯通量测绘程序异常时主控室操作员对故障的定位和处理。
【关键字】堆芯通量测绘程序;机组响应;故障定位和处理
中图分类号： TL375.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0226-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.107
0 概述
中核运行三厂重水堆采用天然铀作为燃料， 需要不停堆换料。因此在正常运行期间， 其堆芯的中子通量分布由于燃耗的增加、装卸料操作以及反应性调节机构的动作而随时可能发生变化。因此， 在对反应堆功率进行控制时，需要通过堆芯通量测绘程序（下文简称FLUX）实时计算反应堆堆芯的中子通量分布，才能对反应堆功率进行准确地调节，保证堆芯的安全。为了使功率在堆芯内分布平衡，堆芯被划分为14个区，每个区的功率可以分别控制，使它们都尽量达到平均功率。为了得到准确的区域功率，在堆芯内部还安装了102根钒探测器。它们用于校验铂探测器的功率。堆芯通量测绘程序根据读入的102个信号，计算出14个区域功率的校验因子ADiF，最终控制用的区域功率是根据热功率和钒探测器功率校验后的铂探测器功率。
1 堆芯通量测绘程序FLUX
1.1 程序功能
堆芯通量测绘程序（FLUX）的功能是建立反应堆内详细的中子通量分布图，为反应堆功率调节系统（RRS）提供控制参数，同时也为操纵员提供反应堆堆芯功率和中子通量等有关信息。
程序的主要功能有：
1.1.1 区域功率校正因子的计算
FLUX程序为RRS程序的功率测量和校准模块提供14个区域的校正因子ADiF。
1.1.2 降功率模块的功率计算
FLUX程序为RRS程序的降功率模块提供用来计算停堆整定值的参数。该参数称为PGMAX（取FLUX程序计算的500个点中、燃料棒束功率自高而低排列的第15个棒束的功率）。实际上，这是一个最大中子通量的阈值：即仅有1%的燃料棒束可以达到这样高的通量水平。
1.1.3 信息表的计算
根据要求，FLUX程序提供有关钒中子通量探测器的信息表和堆内不同位置的功率和通量的信息表。
1.2 程序的运行
FLUX程序是慢程序和开关程序，它是一个完全独立的程序，自己控制报警信息的输出。FLUX程序又由FLX1、FLX2和FLX3三个程序组成，前两个子程序用来处理通量探测器的信号，第三个子程序则用来计算处理所需要的有关信息。
程序的每一次执行只调用这三个子程序中的一个，每8秒运行一次;而且在多数情况下，每个子程序中也只有部分程序得到了执行。一个正常完整的全周期计算需要完成上述三个子程序的14次调用，总计耗时112秒。
1.3 钒探信号异常时程序的响应
CANDU堆用于堆芯通量测绘的探测器是自给能钒探测器。FLUX程序执行的所有计算的基础是反应堆内102个钒中子通量探测器的中子通量读数。根据统计数据， 该探测器在堆芯使用10年后总体失效率会达到 50%， 但在前6年内一般不会出现失效现象， 在6年之后失效率呈直线上升，在运行后第6年到第10年期间， 钒探测器每年的失效数量会从几根上升至几十根。我厂2号机组已有36号和91号钒探失效。
在每一个完整的FLUX程序的计算周期内，子程序FLX2主要用来发现信号严重漂移的和失效的中子通量探测器，并计算相应的估算中子通量来代替这些失效（异常或漂移）的中子通量探测器读数。这个计算过程要重复执行两次，第一次采用一个宽误差限，第二次则采用窄误差限。第一次的“宽通道”是用来识别具有显著漂移但又不致殃及其相邻探测器的失效探测器。
2 FLUX程序异常时的分析和处理
由于2号机组钒探国产化，36号钒探和91号钒探分别于2013年2月19日和20日失效，之后，2号机组多次出现FLUX程序异常的报警，特别是6月4日因FLUX程序异常导致区域功率波动致使停堆系统ROPT裕量降低而被迫降功率事件。
2.1 事件回顾
2013年6月4日中班，J08通道换料结束，执行完ROPT探测器正常标定后，ROPT裕量正常，随后恢复满功率运行。5分钟后， FLUX程序突然发出“FLX 153 FLX PRGM BAD：MANY DET BAD”、“FLX 155 DET LIFETIME TOTAL NOT UPDATED”報警。2分钟后报警消除，一切似乎恢复正常：满功率运行，没有窗口报警，没有CRT报警， FLUX程序运行指示灯正常闪烁。2号机组之前曾发生过两次FLUX 程序异常报警的情况，当时并未产生明显后果，但主控操纵员并未放松对机组状态的监视，主动检查LZC区域水位、ROPT裕量、区域功率等重要参数。通过调取1号停堆系统ROPT参数监视界面，发现ROPT 9E裕量低于6%FP且正在减小，紧接着ROPT 9F裕量低于6%FP且正在减小。值长下令立即降功率至99%FP，操纵员快速走向主控盘台6的同时，出现“1号停堆系统ROPT裕量低”报警。操纵员熟练地调出降功率界面，准确输入降功率速率、目标功率，按下EXECUTE键进行降功率，几乎在功率下降的同一时刻，ROPT 9F裕量低于4%FP，PDS发出了红色警示。降功率后ROPT裕量逐渐好转，“1号停堆系统ROPT裕量低”报警消除，机组在99%FP运行正常，有效避免了机组发生瞬态。
2.2 功率波动原因分析 事件发生后主控室操作员立即调出反应堆各个区域的LZC液位和区域功率调查原因，发现多个区域的LZC液位和未校正铂探功率发生大幅波动，特别是2区液位从34.6%降至18.18%，非校正铂探功率最高达107.9%FP，9区非校正铂探功率也最高达107.3%FP，多个ROPT裕量低于6%FP甚至4%FP，直到降功率后这些参数才发生好转。为什么多个区域的区域功率和LZC液位会异常波动呢？主控操纵员通过进一步详细的检查，又联想到事件发生前的FLUX程序异常报警，终于发现了根本原因是由于多个区域的区域功率校正因子ADiF突变造成的。
2.3 FLUX程序异常原因分析
事件发生后，运行人员联合相关技术人员一起调查事件原因。由于2号机组有两个失效的钒探，大家首先把矛头指向了这两个钒探，通过临时变更，选择36/91号钒探邻近探测器信号替代原信号，经过一段时间的考验，FLUX异常报警不再出现。但钒探失效是不可避免的，FLUX程序也是可以允许少量钒探失效的，为什么两个钒探失效就会造成怎么严重的问题呢？技术人员又把焦点放在了FLUX程序本身上，为了避免再有新钒探失效造成同样的后果，技术人员升级FLUX程序，从根本上解决了该问题。
经过一系列的研究和验证，最终确定了FLUX程序异常的原因为FLUX程序内部逻辑缺陷，自身纠错逻辑有漏洞，再加上失效钒探，功率波动等外部扰动下导致计算钒探信号时出现发散现象，由2个失效的钒探信号逐渐放大为多个钒探信号失效，从而导致程序出现报警并给出错误数据，引发功率控制错误。
2.4 FLUX程序异常时主控室操纵员的响应
在6月4日的FLUX程序异常导致降功率事件中，主控室操作员是在FLUX程序报警几分钟之后才发现的多个停堆系统ROPT裕量低而降功率的，而实际上功率的波动在报警时就开始了，如果主控室操纵员忙于检查其他参数没有看到ROPT裕量快速降低，而是在停堆系统ROPT裕量低报警后才去降功率，很有可能来不及降功率而造成停堆系统局部高中子通量脱扣的停堆停机事件。
因此，主控室操纵员在看到FLUX程序异常的报警时，应立即检查两个停堆系统的ROPT裕量、各个区域的真实功率和区域功率校正因子ADiF，并打印失效的钒探列表。如果工况持续恶化，应立即降低反应堆功率，而不必等ROPT裕量低报警，这样我们就会有更充裕的时间来处理事故工况，避免机组的进一步恶化。通过上节FLUX程序異常原因分析我们可以知道，当功率处于使DELK1=0.9762928左右时，会使计算出的DELK1为负，进而造成计算钒探信号时出现发散现象，由少数失效的钒探信号逐渐放大为多个钒探信号失效，因此我们降低1%FP的反应堆功率即可避免DELK1为负的情况，事实上也正是如此，当主控室操纵员在降低了1%FP功率后，ADiF立即好转，机组随即恢复正常运行。
3 总结
堆芯通量测绘程序（FLUX）作为反应堆功率控制程序的一部分，在机组功率控制中起着非常重要的作用，FLUX程序的稳定运行是电厂稳定的重要条件。当FLUX程序出现异常时，有可能会引起机组功率的波动甚至瞬态。作为主控室操纵员，应清楚了解FLUX程序的功能，掌握程序故障时的判断和处理，确保机组安全、稳定、经济、可靠运行。由于本人水平有限，并且作为运行人员，并没有深究FLUX程序的计算原理，文中难免存在错误，敬请指正。
【参考文献】
[1]司胜义.QS3-7-66552中子通量图，秦山第三核电有限公司，2000年10月.
[2]王公展.反应堆功率控制程序，秦山第三核电有限公司，2004年12月.
[3]王公展，洪潭.堆芯通量测绘算法的改进研究，秦山第三核电有限公司.
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