AP1000基礎(chǔ)教材培訓(xùn)

API000基礎(chǔ)教材

目錄

第一章AP1000的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和主要參數(shù)1

第一節(jié)概述......................................1

第二節(jié)API000的設(shè)計(jì)特點(diǎn)........................2

第三節(jié)相對(duì)于AP600,AP1000設(shè)計(jì)中作的改進(jìn)......5

第四節(jié)AP1000的主要技術(shù)數(shù)據(jù)....................6

第五節(jié)AP1000構(gòu)筑物、部件和系統(tǒng)分級(jí)...........13

第二章AP1000反應(yīng)堆堆芯和燃料16

第一節(jié)概述.....................................16

第二節(jié)核設(shè)計(jì)...................................18

第三節(jié)熱工水力設(shè)計(jì)............................29

第四節(jié)堆芯燃料管理............................38

第五節(jié)API000燃料.............................46

第三章反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)53

第一節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的功能...................53

第二節(jié)系統(tǒng)描述.................................55

第三節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行.................................57

第四章AP1000安全系統(tǒng)61

第一節(jié)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)(PRHRS)........................61

第二節(jié)非能動(dòng)安全注射系統(tǒng)(PSIS).............................65

第三節(jié)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCS)..........................69

第四節(jié)可居留系統(tǒng)...............................73

第五節(jié)安全殼氫氣控制系統(tǒng)(VLS)..............................79

第六節(jié)非能動(dòng)安全殼pH控制.....................83

第七節(jié)非能動(dòng)安全殼裂變產(chǎn)物去除系統(tǒng).............84

第八節(jié)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)(ADS).........................................88

第九節(jié)安全殼隔離系統(tǒng)(CIV).......................................91

第五章核輔助系統(tǒng)94

第一節(jié)化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(CVS)..............................94

第二節(jié)正常余熱排出系統(tǒng)(RNS)..................................99

第三節(jié)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(CCS)....................................102

第四節(jié)廠用水系統(tǒng)(SWS)...........................................105

第五節(jié)核取樣系統(tǒng)(PSS).............................................107

第六節(jié)啟動(dòng)給水系統(tǒng)(FWS).......................................109

第七節(jié)乏燃料池冷卻系統(tǒng)（SFS）.................................112

第八節(jié)燃料操作與換料系統(tǒng)（FHS）............................115

第九節(jié)安全殼泄漏率試驗(yàn)系統(tǒng)（VUS）.......................119

第六章三廢系統(tǒng)121

第一節(jié)放射性廢液系統(tǒng)（WLS）...................................121

第二節(jié)放射性廢氣系統(tǒng)（WGS）...................................125

第三節(jié)放射性廢固系統(tǒng)（WSS）...................................127

第七章AP1000的主要設(shè)備及其特征131

第一節(jié)反應(yīng)堆壓力容器..........................131

第二節(jié)蒸汽發(fā)生器功能和技術(shù)特點(diǎn)...............133

第三節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑屏蔽電動(dòng)泵（CMP）...................134

第四節(jié)穩(wěn)壓器..................................137

第五節(jié)堆內(nèi)構(gòu)件................................139

第六節(jié)非能動(dòng)余熱排出熱交換器（PRHRHX）.............141

第七節(jié)爆破閥..................................143

第八節(jié)其他設(shè)備................................146

第八章核電廠的布置149

第一節(jié)概述....................................149

第二節(jié)核島主廠房..............................151

第三節(jié)汽輪機(jī)廠房..............................155

第九章模塊化技術(shù)156

第一節(jié)模塊化建造.............................157

第二節(jié)模塊化設(shè)計(jì).............................160

第三節(jié)AP600和API000模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)展..........161

第十章AP1000的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性163

第一節(jié)先進(jìn)核電廠共同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能...........164

第二節(jié)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化................................167

第三節(jié)模塊化建造技術(shù)..........................168

第四節(jié)燃料循環(huán)經(jīng)濟(jì)............................169

附件AlAP600與AP1000研發(fā)的背景與過(guò)程171

Al.lAP600和AP1000的研究開發(fā)情況....................171

A1.2AP600和API000的試驗(yàn)驗(yàn)證情況....................172

A1.3可用于AP1000的分析程序..........................174

A1.4美國(guó)核電項(xiàng)目的一步審批法.........................175

弟A一/r_早

API000的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和主要參數(shù)

第一節(jié)概述

API000在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用“非能動(dòng)”

的安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)非能動(dòng)化理念的引入，使核電站安全系統(tǒng)的設(shè)

計(jì)發(fā)生了革新的變化：在設(shè)計(jì)中采用了非能動(dòng)的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解

措施；簡(jiǎn)化了安全系統(tǒng)配置；減少了安全支持系統(tǒng)；大幅度地減少了

安全級(jí)設(shè)備和抗震廠房；提高了可操作性；降低了相關(guān)的維修要求；

取消了1E級(jí)應(yīng)急柴油機(jī)系統(tǒng)和大部分安全級(jí)能動(dòng)設(shè)備以及明顯降低了

大宗材料的需求。由此派生出了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、系統(tǒng)設(shè)置簡(jiǎn)化、工藝布置

簡(jiǎn)化、施工量減少、工期縮短等一系列效應(yīng)。由于采用非能動(dòng)安全系

統(tǒng)，減少了事故情況下對(duì)操作人員的相應(yīng)要求，大大降低了人因錯(cuò)誤

造成事故擴(kuò)大的可能性，最終使AP1000的安全性能得到顯著提高，同

時(shí)在經(jīng)濟(jì)上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

西屋公司于2002年3月28日向美國(guó)核管會(huì)（NRC）提交AP1000

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的“設(shè)計(jì)認(rèn)證書”（DC）申請(qǐng)，該申請(qǐng)包括API000設(shè)計(jì)控制

文件、PSA報(bào)告等。NRC于2002年7月25日受理該申請(qǐng)，并據(jù)聯(lián)邦

法規(guī)10CFRPart52及相關(guān)法規(guī)、嚴(yán)重事故政策等進(jìn)行了審評(píng)，于2004

年9月正式發(fā)布了“最終安全評(píng)價(jià)報(bào)告（FSER）”。2004年9月23日，

西屋公司獲得了NRC關(guān)于AP1000的最終設(shè)計(jì)認(rèn)可（FDA）,并于2005

年12月獲得NRC的“設(shè)計(jì)證書”。

第二節(jié)AP1000的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.安全性：

堆芯損壞頻率小于2.41X10，堆年（滿功率內(nèi)部事件），大量放射性

釋放概率小于1.95X10』/堆年（滿功率內(nèi)部事件）。

由于采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，發(fā)生事故時(shí)，操作員在72小時(shí)內(nèi)可不

必采取任何手動(dòng)動(dòng)作，在72小時(shí)以外，也僅需要少量的廠外援助，大

大減少由于操作中的人因錯(cuò)誤，引發(fā)更嚴(yán)重的核電站事故的可能性。

在發(fā)生堆芯熔化事故時(shí)，換料水箱的水可以非能動(dòng)地注入堆腔，從

壓力容器外有效地冷卻堆芯熔融物，使堆芯熔融物滯留在壓力容器內(nèi)

（IVR）,并保證壓力容器不被熔穿，避免堆芯熔融物和混凝土底板發(fā)

生反應(yīng)，使放射性向環(huán)境釋放的概率降到最低。

安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用加壓氣體的貯能、地球重力、自然循環(huán)以及自然

對(duì)流等自然驅(qū)動(dòng)力；不使用泵、風(fēng)機(jī)或柴油發(fā)電機(jī)等能動(dòng)部件；可以

在沒(méi)有交流電源、設(shè)備冷卻水、廠用水以及供暖、通風(fēng)與空調(diào)（HVAC）

等安全級(jí)支持系統(tǒng)的條件下，保證核電廠在事故情況下處于安全狀態(tài)。

對(duì)安全系統(tǒng)在事故情況下，所要求的操縱員動(dòng)作次數(shù)和復(fù)雜程度都降

到了最低限度，采取的方法是盡量取消操縱員的動(dòng)作而不是將其設(shè)計(jì)

成自動(dòng)化。

2.成熟性：

API000與現(xiàn)有二代壓水堆核電技術(shù)的區(qū)別是安全系統(tǒng)采用了非能

動(dòng)技術(shù)，西屋電氣公司為此做過(guò)大量試驗(yàn)、計(jì)算和驗(yàn)證工作（見附件

Al.kA1.2、A1.3）,這些試驗(yàn)結(jié)果已全部被美國(guó)核管會(huì)（NRC）接受，

認(rèn)為是可信的，滿足成熟性的要求。

反應(yīng)堆和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用成熟技術(shù)。但API000屏蔽泵

功率比現(xiàn)有屏蔽泵產(chǎn)品（三臺(tái)大型屏蔽泵的平均值）增加一倍，屬于

首次設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用的原型泵。對(duì)于API000所用的屏蔽泵應(yīng)特別關(guān)注

以下幾方面的問(wèn)題：第一，功率提高帶來(lái)定子繞組發(fā)熱量增加以及電

機(jī)冷卻問(wèn)題；第二，推力軸承比壓和平均線速度問(wèn)題；第三，屏蔽泵

與蒸汽發(fā)生器作為整體結(jié)構(gòu)可能帶來(lái)的問(wèn)題，如泵殼與接管的焊接，

抗震相關(guān)問(wèn)題等。屏蔽泵制造廠美國(guó)EMD公司基本技術(shù)是成熟、可信

的，但上述問(wèn)題需在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中得到解決。

2

3.經(jīng)濟(jì)性

由于AP1000安全系統(tǒng)采用非能動(dòng)的理念，安全系統(tǒng)配置簡(jiǎn)化、安

全支持系統(tǒng)減少、安全級(jí)設(shè)備和抗震廠房減少、IE級(jí)應(yīng)急柴油機(jī)系統(tǒng)

和很多能動(dòng)設(shè)備被取消，以及大宗材料需求明顯降低。AP1000的安全

系統(tǒng)及其設(shè)備數(shù)量得到大量的減少，它的閥門、管道、電纜、泵、控

制裝置、抗震廠房總量上分別減少了50%、80%、85%、35%、70%

和45%,再加上模塊化設(shè)計(jì)和建造新技術(shù)的應(yīng)用，由此派生出了設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)化、系統(tǒng)設(shè)置簡(jiǎn)化、工藝布置簡(jiǎn)化、施工量減少、工期縮短以及運(yùn)

行方便、維修簡(jiǎn)單等一系列效應(yīng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，API000不僅安全

性能得到顯著提高，而且建造和長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用也得到明顯降低，在經(jīng)

濟(jì)上將具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。這種優(yōu)勢(shì)在后續(xù)的API000建造中將會(huì)越來(lái)

越明顯。

4.具體的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高可操作性，減少部件數(shù)量和降低相關(guān)維修要求

等。特別是，由于安全系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范大大簡(jiǎn)化，從而降低了監(jiān)督要

求；

(2)選用技術(shù)成熟的部件和標(biāo)準(zhǔn)化的部件，在保證高可靠性下，盡可能

簡(jiǎn)化了維修工作和培訓(xùn)要求；

(3)電廠布置設(shè)計(jì)上保證了有足夠大的檢查和維修工作空間；

(4)采用使工作人員受輻照劑量合理可行盡量低(ALARA)的原則；

(5)一體化保護(hù)系統(tǒng)、先進(jìn)控制室、分布式邏輯機(jī)柜、多路傳輸以及光

導(dǎo)纖維通信等技術(shù)的采用，大大減少了電纜、電纜橋架和電纜管的使

用量；

(6)優(yōu)先考慮了環(huán)境因素；從以下幾方面考慮公眾、核電廠工作人員的

安全以及對(duì)環(huán)境的影響：

1)運(yùn)行過(guò)程中盡可能降低放射性釋放率；

2)制定了工作人員輻射目標(biāo)，并予以實(shí)現(xiàn)；

3)盡可能減少放射性廢物總量；

4)盡可能減少其它非放射性危險(xiǎn)廢物量。

⑺核電廠頂層設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

1)凈電功率N1117MWe,熱功率為3415MWt；

3

2）10%的蒸汽發(fā)生器管子堵塞，以及熱段溫度321c的情況下，也

能達(dá)到額定運(yùn)行功率；

3）堆芯設(shè)計(jì)合理，堆芯功率參數(shù)運(yùn)行余量在15%以上；

4）縮短建造時(shí)間（從業(yè)主訂貨至投入商業(yè)運(yùn)行只需5年時(shí)間），建

造工期為3年；

5）無(wú)需建造原型堆，因?yàn)椴捎玫氖浅墒旒夹g(shù)；

6）主要安全系統(tǒng)采用非能動(dòng)型.，這些系統(tǒng)在事故發(fā)生72小時(shí)內(nèi)都

無(wú)需操縱員干預(yù)，并且能在沒(méi)有交流電源的情況下仍能在相當(dāng)

長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保證堆芯和安全殼冷卻；

7）預(yù)計(jì)堆芯損壞頻率（CDF）為5.08x10-7/堆年，遠(yuǎn)低于1x10-5/

堆年的要求值，并且大量放射性釋放頻率（LRF）為5.94x10-8/堆

年，也比規(guī)定的1x10-6/堆年?。?/p>

8）標(biāo)準(zhǔn)化電廠設(shè)計(jì)可適用于美國(guó)和其他國(guó)家已確定的廠址；

9）職業(yè)輻照劑量將低于0.7人?Sv/年；

10）堆芯設(shè)計(jì)成18個(gè)月燃料循環(huán)周期；

11）可在17天以內(nèi)完成停堆換料；

12）電廠設(shè)計(jì)壽命為60年，期間不需要更換反應(yīng)堆壓力容器；

13）考慮了強(qiáng)迫停堆和計(jì)劃停堆以后，電廠總體可利用率可達(dá)93%

以上，非計(jì)劃停堆目標(biāo)數(shù)小于1次/年；

14）反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)直徑大于15.24cm的管道設(shè)計(jì)和主蒸汽管道

設(shè)計(jì)采用先漏后破（LBB）原則；

⑸設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震地面水平加速度為0.3g；

16）改進(jìn)保安設(shè)計(jì)，所有安全停堆設(shè)備均設(shè)于安全性更強(qiáng)的鋼筋混

凝土核島廠房?jī)?nèi)；

17）符合美國(guó)核電用戶要求文件（URD）的要求；

⑻使堆芯熔融物滯留在壓力容器內(nèi)（IVR）內(nèi)，這樣大大減少了

評(píng)價(jià)因壓力容器熔穿的嚴(yán)重事故現(xiàn)象而導(dǎo)致安全殼失效和放射

性物質(zhì)泄漏到環(huán)境過(guò)程的不確定因素；

19）堆芯頂部以下不再設(shè)置反應(yīng)堆壓力容器貫穿件，這就減少了反

應(yīng)堆容器泄漏導(dǎo)致冷卻劑喪失事故的可能性，而壓力容器泄漏

可能會(huì)導(dǎo)致堆芯裸露。

4

第三節(jié)相對(duì)于AP600,AP1000設(shè)計(jì)中作的改進(jìn)

根據(jù)PRA分析結(jié)果，相對(duì)于AP600,在AP1000設(shè)計(jì)中作了如下

七項(xiàng)改進(jìn)：

(1)兩只安全殼再循環(huán)電動(dòng)閥(和爆破閥串聯(lián))由常閉閥改為常開閥。

這兩只安全殼再循環(huán)電動(dòng)閥支持安全殼再循環(huán)冷卻堆芯；為了使堆芯

熔融物滯留在壓力容器內(nèi)(IVR),也支持安全殼內(nèi)置換料水箱(IRWST)

向堆腔注水。這樣可以降低電動(dòng)閥的開啟故障模式對(duì)堆芯損壞頻率

(CDF)和大量放射性釋放頻率(LRF)的貢獻(xiàn)。

(2)改進(jìn)IRWST向堆腔注水的操作程序，使操縱員有更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)成功

地使IRWST向堆腔注水。

(3)改進(jìn)IVR的熱傳導(dǎo)。因?yàn)锳PI000的堆芯功率比AP600大，實(shí)現(xiàn)

IVR時(shí)熱負(fù)荷增加，為此改變反應(yīng)堆壓力容器外部和反應(yīng)堆壓力容器

熱屏之間的流道，提高冷卻流體的流速，增加反應(yīng)堆壓力容器外部的

臨界熱通量限值。

(4)設(shè)計(jì)一個(gè)低硼堆芯，降低ATWS電站風(fēng)險(xiǎn)(增加反應(yīng)性負(fù)溫度系

數(shù))。

(5)改進(jìn)IRWST排氣。AP1000堆芯較大，在嚴(yán)重事故情況下可能產(chǎn)

生更多的氫氣，IRWST排氣位置應(yīng)該遠(yuǎn)離鋼安全殼，以避免氫燃爆對(duì)

安全殼完整性的影響。

(6)增加第三個(gè)非能動(dòng)安全殼冷卻水箱排放閥(采用與氣動(dòng)閥不同的

多樣性的電動(dòng)閥)。由于AP1000的堆芯功率增加，降低了每MW堆芯

功率的安全殼的表面積，在長(zhǎng)期(大于一天)安全殼熱量導(dǎo)出時(shí)，可

能在沒(méi)有非能動(dòng)安全殼表面冷卻水系統(tǒng)情況下，單靠空氣對(duì)流不足以

帶走熱量，因此增加第三個(gè)非能動(dòng)安全殼冷卻排放閥，提高了非能動(dòng)

安全殼冷卻水箱排水的可靠性。

(7)降低再循環(huán)管路爆破閥可能的故障。為了降低共因故障，兩組再

循環(huán)管路爆破閥(每組有一只安全殼再循環(huán)低壓爆破閥和一只高壓爆

破閥)分屬于不同的共因故障組。

5

第四節(jié)AP1000的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

1.電廠總參數(shù)

電廠設(shè)計(jì)壽命60年反應(yīng)堆熱功率3400MWt

設(shè)計(jì)地震烈度（地面加0.3g電廠效率（凈）32.7%

速度）

電廠輸出電功率（毛）1200MWe電廠可利用率93%

電廠輸出電功率（凈）1117MWe堆芯熔化頻率5.08X10〃1/ry

核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)功率3415MWt大量早期釋放頻5.94XIO-81/ry

率

2.蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)

主蒸汽管路數(shù)2額定工況下的蒸汽流量1888.7kg

/sec

冷卻劑環(huán)路數(shù)蒸汽壓力（限流器出口，5.61Mpa

冷段4零堵管）

熱段2蒸汽溫度（限流器出口，271℃

零堵管）

蒸汽最大濕度0.30%

額定功率下反應(yīng)堆冷卻給水溫度226.7℃

劑系統(tǒng)水體積（包括穩(wěn)272m3

壓器水體積）

3.應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)

最佳估計(jì)流量2X35772m3/hr冷卻劑溫度：

熱工設(shè)計(jì)流量2X34055m3/hr反應(yīng)堆入口

280.7℃

最大測(cè)量流量2X34699m3/hr反應(yīng)堆出口

J17乙1?J1.℃

機(jī)械設(shè)計(jì)流量2X37203m3/hr額定功率下平均溫度

300.9℃

零功率下平均溫度

熱段內(nèi)徑78.7cm291.7℃

冷段內(nèi)徑55.9cm反應(yīng)堆堆芯平均升溫42.6℃

反應(yīng)堆運(yùn)行壓力15.41MPa

6

4.反應(yīng)堆堆芯

活性區(qū)高度4.267m第一堆芯富集度2.35/3.4/4.45Wt%

燃料組件數(shù)157燃料循環(huán)長(zhǎng)度18月

堆芯等效直徑3.04m加料富集度（平均）4.5714Wt%

堆芯傳熱面積5268m2平均卸料燃耗50GWD/tU

燃料裝量84.5tU燃料包殼材料ZIRLO?

平均燃料功率密40.2kW/kgU包殼厚度0.57mm

度

平均燃料功率密109.7kW/l燃料棒外徑9.5mm

度（體積）

平均燃料線發(fā)熱18.7kW/m可熱毒物吸收體IFBA+WABA

率

總熱流密度熱管2.6控制棒數(shù)目,黑棒/53/16

因子灰棒

焰升熱管因子1.65每個(gè)控制棒組件24

的吸收棒數(shù)

燃料組件類型API000控制棒吸收體材

料：

燃料組件總長(zhǎng)4795mm黑棒銀-錮-鎘

燃料棒排列17x17（正方）灰棒銀-鋼-鎘/304SS

結(jié)構(gòu)格架數(shù)10驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)磁力提升

中間攪混格架數(shù)4提棒速率114.3cm/min

燃料棒數(shù)/組件264可溶中子吸收體硼

燃料材料燒結(jié)的UO2

7

5.反應(yīng)堆壓力容器

設(shè)計(jì)壓力17.13Mpa下封頭壁厚152.4mm

（最?。?/p>

設(shè)計(jì)溫度343.3℃頂蓋法蘭外徑4.78m

筒體內(nèi)徑3.99m頂蓋密封螺栓45個(gè)

數(shù)量

不銹鋼堆焊層高度5.59mm壓力容器總高12.2m

筒體壁厚203mm容器材料基材碳鋼，堆焊層

不銹鋼

6.蒸汽發(fā)生器

型號(hào)△-125型，直總傳熱面積11,477m2

立,U-管

數(shù)量2傳熱管數(shù)10025

設(shè)計(jì)壓力（一17.13MPa傳熱管外/內(nèi)17.48/15.4mm

次側(cè)）直徑

設(shè)計(jì)壓力（二8.17MPa贊巨（三角形）24.89mm

次側(cè)）

設(shè)計(jì)溫度（一343.3℃?zhèn)鳠峁懿牧螴nconel690-TT

次側(cè)）

設(shè)計(jì)溫度（二315.6℃總高22.5m

次側(cè)）

7.蒸汽安全閥

每條管路安全6每條管路總釋放能力（10%超壓下）1050.8

閥數(shù)kg/sec

8.氣動(dòng)大氣釋放閥

每條蒸汽管路1每臺(tái)閥門最小排量8.8kg/sec

閥門數(shù)

每臺(tái)閥門最大128.5kg/sec

排量

8

9.反應(yīng)堆冷卻劑泵

類型屏蔽電機(jī)揚(yáng)程111.3m

數(shù)量4轉(zhuǎn)速1800rpm

泵名乂功率5.22MW轉(zhuǎn)子最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量668.3kg/m2

設(shè)計(jì)壓力17.13MPa設(shè)備冷卻水需要量136.3m3/hr

設(shè)計(jì)溫度343.3℃總高6.69m

設(shè)計(jì)流量17,886m3/hr總重83.7t

10.穩(wěn)壓器

總體積59.47m3

水體積（滿功電加熱功率：1600kW

28.32m3

率）總電功率370kW

1230kW

17.13MPa控制組

設(shè)計(jì)壓力/溫度

/360.0℃?zhèn)溆媒M

噴淋能力159.0m3/hr

內(nèi)徑2.29m總高15.42m

11.穩(wěn)壓器安全閥

數(shù)量2整定壓力17.13MPa±0.17

Mpa

要求最小泄壓94.50kg/sec流體飽和蒸汽

能力

12.內(nèi)層安全殼

圓筒形立式鋼

類型設(shè)計(jì)壓力0.504MPa

安全殼

材料SA738,B級(jí)設(shè)計(jì)外壓力0.20bar

直徑/高度39.624/65.634m設(shè)計(jì)溫度149℃

自由容積56634m3設(shè)計(jì)泄漏率0.1體積%/天

9

13.壓力容器頂蓋放氣系統(tǒng)

設(shè)計(jì)壓力17.13MPa放氣管線直徑25.4mm

設(shè)計(jì)溫度343.3℃放氣能力（假設(shè)單一故障，反3.72kg/sec

遠(yuǎn)距離控制4應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力為

閥數(shù)8.62MPa,a）

14.非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)熱交換器

數(shù)量1設(shè)計(jì)流量：

類型直立C型管管側(cè)2.28X

105kg/hr

傳熱率5.89X104kW殼側(cè)/

流體：反應(yīng)堆冷卻劑入口/出297.2/92.8℃

口溫度

管側(cè)反應(yīng)堆冷卻劑換料水箱水溫度48.9℃

殼側(cè)換料水箱水管側(cè)設(shè)計(jì)壓力17.1MPa

管材Alloy690管側(cè)設(shè)計(jì)溫度343.3℃

15.堆芯補(bǔ)水箱

數(shù)量2設(shè)計(jì)壓力17.1MPa

類型直立、圓筒形設(shè)計(jì)溫度343.3℃

體積70.8m3材料碳鋼，堆焊不銹

鋼

16.安注箱

數(shù)量2設(shè)計(jì)壓力5.52MPa

類型球形箱設(shè)計(jì)溫度148.9℃

體積56.0m3材料碳鋼，堆焊不銹

鋼

10

17.安全殼內(nèi)換料水箱

數(shù)量1類型帶有不銹鋼復(fù)面

設(shè)計(jì)壓力0.034MPa的安全殼內(nèi)部結(jié)

構(gòu)

設(shè)計(jì)溫度65.6℃最小水體積2092m3

18.電源系統(tǒng)

主變壓器：低壓母線系統(tǒng)數(shù)10

備用柴油發(fā)電機(jī)

額定電壓組數(shù)2

廠址有關(guān)/24kV備用柴油機(jī)組額

額定容量1250MVA定功率4MW

柴油發(fā)電機(jī)母線

系統(tǒng)數(shù)2

輔助變壓器：備用柴油發(fā)電機(jī)

額定電壓24/6.9kV電壓6900V

額定容量70MVA直流配電系統(tǒng)數(shù)10

直流電壓125V

啟動(dòng)變壓器：廠址有關(guān)/6.9蓄電池母線系統(tǒng)

額定電壓kV數(shù)10

額定容量70MVA蓄電池母線125V

中壓母線數(shù)6

11

19.汽輪機(jī)

汽輪機(jī)數(shù)/每個(gè)反1汽輪機(jī)類型單軸,6排

應(yīng)堆汽,1372mm的末

每臺(tái)汽輪機(jī)缸數(shù)1高壓/3低壓級(jí)葉輪

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速1500（對(duì)高壓缸入口壓力/5.5MPa/271℃

50Hz）rpm溫度

20.發(fā)電機(jī)

類型三相，同步發(fā)電電壓24kV

機(jī)

額定功率1250MVA頻率60/50Hz

有功功率1200MWe

12

第五節(jié)AP1000構(gòu)筑物、部件和系統(tǒng)分級(jí)

1.抗震分類

核電廠構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件（以下稱為“物項(xiàng)”）的抗地震等級(jí)劃

分為三類：抗震I類（C-D,抗震n類（C-II）和非抗震類（NS）o

抗震I類物項(xiàng)屬于安全相關(guān)物項(xiàng)，它既要執(zhí)行安全相關(guān)功能又要保

證其完整性。

抗震II類物項(xiàng)僅要求保證其完整性。

非抗震類物項(xiàng)是不屬于抗震I類或II類的物項(xiàng)。在安全停堆期間，

當(dāng)靠近安全相關(guān)物項(xiàng)的非抗震類物項(xiàng)失效時(shí)，可能導(dǎo)致安全相關(guān)物項(xiàng)

的功能喪失，則應(yīng)將該非抗震類物項(xiàng)定為抗震II類。

2.AP1000構(gòu)筑物、部件和系統(tǒng)分級(jí)

為了設(shè)備分級(jí)的目的，將構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件（以下稱為“物項(xiàng)”）

劃分為A、B、C、D、E、F、L、P、R或W級(jí)。對(duì)于機(jī)械設(shè)備，A、

B、C級(jí)等同于ANS安全1、2和3級(jí)。對(duì)于電氣設(shè)備，C級(jí)等同于1E

級(jí)。設(shè)備A、B、C級(jí)的物項(xiàng)或抗震1類是基本部分，設(shè)備D級(jí)是非安

全相關(guān)級(jí)。設(shè)備E、F、L、P、R和W級(jí)是與不同的工業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

有關(guān)的非安全相關(guān)級(jí)。

（1）設(shè)備A級(jí)

設(shè)備A級(jí)是安全相關(guān)級(jí)，等同于ANS安全1級(jí)。反應(yīng)堆冷卻劑系

統(tǒng)壓力邊界（包括必需的隔離閥和機(jī)械支承）屬于設(shè)備A級(jí)。設(shè)備A

級(jí)要求最嚴(yán)格的完整性和最低的泄漏率。

對(duì)應(yīng)于設(shè)備A級(jí)的物項(xiàng)屬于抗震1類，其使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與NRC

質(zhì)量A組，10CFR50附錄B和ASME規(guī)范第III卷1級(jí)設(shè)備的導(dǎo)則相

一致。

⑵設(shè)備B級(jí)

設(shè)備B級(jí)是安全相關(guān)級(jí)，等同于ANS安全2級(jí)。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故

后，它限制安全殼釋放放射性物質(zhì)的泄漏率。

對(duì)應(yīng)于設(shè)備B級(jí)的物項(xiàng)屬于抗震I類，其使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與NRC

質(zhì)量B組，10CFR附錄B和ASME規(guī)范第HI卷，2級(jí)或MC級(jí)設(shè)備

的導(dǎo)則相一致。ASME規(guī)范第III卷NE分卷適用于安全殼和防護(hù)管道。

13

⑶設(shè)備C級(jí)

設(shè)備C級(jí)是安全相關(guān)級(jí)，等同于ANS安全3級(jí)。它執(zhí)行減輕設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)事故和其它設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件的安全相關(guān)功能。

對(duì)應(yīng)于設(shè)備C級(jí)的物項(xiàng)屬于抗震I類,其使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與NRC

質(zhì)量C組，10CFR50附錄B和ASME規(guī)范第III卷，3級(jí)設(shè)備的導(dǎo)則

相一致。

(4)設(shè)備D級(jí)

設(shè)備D級(jí)是對(duì)采購(gòu)、檢驗(yàn)或監(jiān)測(cè)方面有附加要求的非安全相關(guān)級(jí)。

對(duì)包容放射性的D級(jí)物項(xiàng)，由保守分析已證明因設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件引起的

失效不會(huì)導(dǎo)致超過(guò)10CFR20規(guī)定的正常廠外劑量。此準(zhǔn)則與RG1.26

中D級(jí)定義相一致。

為防止非能動(dòng)系統(tǒng)不必要的動(dòng)作，而需要投入的非安全級(jí)物項(xiàng)及其

支持物項(xiàng)可定為D級(jí)。

(5)其它設(shè)備級(jí)別

E、F、L、P、R和W級(jí)設(shè)備是非安全相關(guān)級(jí)，它們不屬于上述設(shè)

備級(jí)別的物項(xiàng)；它們不執(zhí)行安全相關(guān)功能；它們不包容足夠的放射性

物質(zhì)(它的釋放可能會(huì)導(dǎo)致超過(guò)放射性限值)。

對(duì)于E、F、L、P、R和W級(jí)的物項(xiàng)沒(méi)有特殊的質(zhì)量保證要求，可按

工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

E級(jí)一適用于下列各級(jí)別中涉及的沒(méi)有專用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或級(jí)別的非安

全相關(guān)的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件。

F級(jí)一適用于防火系統(tǒng)。遵守美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)規(guī)范：ANSIB31.K

AWWA(美國(guó)給水工程協(xié)會(huì))、API(美國(guó)石油研究所)、Underwriters實(shí)驗(yàn)

室(UL)和其它使用的規(guī)范。在某些情況下防火系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成API000

設(shè)備C級(jí)。

L級(jí)一適用于換熱，通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。遵守SMACNA-1985標(biāo)準(zhǔn)。

部件也可按AMCA和ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)采購(gòu)。

P級(jí)一適用于管道暖通系統(tǒng)設(shè)備。遵守美國(guó)國(guó)家管道暖通規(guī)范。

R級(jí)一適用于用來(lái)包容、清潔或排除放射性污染空氣的空氣凈化裝

置和部件。遵守ASME509規(guī)范。當(dāng)使用10CFR50附錄B質(zhì)量保證時(shí)

可等同于C級(jí)。

W級(jí)一適用于給水工程。遵守美國(guó)給水工程協(xié)會(huì)導(dǎo)則，無(wú)專用的質(zhì)

量保證要求。

14

API000構(gòu)筑物、部件和系統(tǒng)分級(jí)與其他標(biāo)準(zhǔn)要求的比較見后表

1.5.-1O

表1.5-1安全分級(jí)要求的比較

AP10RG1.29RG1.26

00ANS地震設(shè)計(jì)要ASME規(guī)NRC

分級(jí)設(shè)備安全求范，第III卷IEEE質(zhì)量分組

(1)分級(jí)(2)(3)分級(jí)(4)要求(5)

ASC-1I1A

BSC-2I2B

CSC-3I31EC

DNNSD

其他NNS

注：1.其他包括E,F,L,P,R,和W級(jí)

2.NNS表示非安全級(jí)

15

第二章

API000反應(yīng)堆堆芯和燃料

第一節(jié)概述

反應(yīng)堆堆芯和燃料是API000反應(yīng)堆系統(tǒng)的重要組成部分。在滿足

所有設(shè)計(jì)和安全準(zhǔn)則的條件下，反應(yīng)堆堆芯和燃料的首要功能，是作

為核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽的主要熱源。反應(yīng)堆堆芯和燃料主要包括，

燃料組件，可燃毒物吸收體組件（對(duì)初始堆芯用分裂式的可燃毒物吸

收體組件和一體化的硼化錯(cuò)可燃毒物吸收體，從第二燃料循環(huán)開始，

僅用與燃料一體化的硼化錯(cuò)可燃毒物吸收體）,棒束控制組件（RCCA）,

灰棒束組件（GRCA）,中子源組件和阻力塞組件。

API000堆芯有157個(gè)燃料高度為4.267m（14英寸），不同富集度的

燃料組件，這些燃料組件通過(guò)堆內(nèi)構(gòu)件的支撐，按要求布置在反應(yīng)堆

內(nèi)。反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件還具有導(dǎo)流作用，它使反應(yīng)堆冷卻劑從燃料組件

的底部流經(jīng)燃料棒，帶走燃料棒中產(chǎn)生的熱量。在15.5Mpa的正常運(yùn)

行壓力下，反應(yīng)堆冷卻劑和慢化劑是輕水。

API000燃料組件有264根燃料棒，按17x17正方形排列。燃料組

件的中心有一根用于堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表的儀表管。燃料組件的其余24個(gè)位

置有導(dǎo)向管，這些導(dǎo)向管與燃料組件的上管座和下管座相連接，組成

燃料棒的支撐結(jié)構(gòu)。棒束控制組件（RCCA）和灰棒控制組件（GRCA）,

用于API000的機(jī)械反應(yīng)性控制。RCCA用于停堆和溫度反應(yīng)性控制以

及軸向偏移控制。GRCA具有較小吸收體價(jià)值，它用于堆芯運(yùn)行中的

負(fù)荷跟蹤調(diào)節(jié)。在AP1000堆芯設(shè)計(jì)中，RCCA和GRCA在堆芯的位

置，在每一個(gè)燃料循環(huán)中是不變的。在反應(yīng)堆啟動(dòng)過(guò)程中，AP1000堆

芯設(shè)計(jì)將使用初級(jí)中子源和次級(jí)中子源，為堆外中子探測(cè)器提供足夠

的記數(shù)率水平，保證堆外核測(cè)系統(tǒng)在源量程范圍內(nèi)可對(duì)堆芯臨界狀態(tài)

進(jìn)行有效監(jiān)督。阻力塞組件的應(yīng)用，是為了減少流入沒(méi)有堆芯相關(guān)組

件的導(dǎo)向管的旁通流量。

如上面所述，堆芯和燃料的首要功能是反應(yīng)堆系統(tǒng)的熱源。在滿足

所有設(shè)計(jì)和安全準(zhǔn)則的條件下，API000反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生3400MW的

熱功率（核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的熱功率是3415MW）,反應(yīng)堆冷卻劑經(jīng)過(guò)堆

芯后，冷卻劑的溫度將增加42.6。（3。

16

上部堆內(nèi)構(gòu)件，提供堆芯和控制棒的對(duì)準(zhǔn)，使控制棒易于插人堆芯。

因此，反應(yīng)堆堆芯的另一功能是，在正常運(yùn)行和事故條件下，與反應(yīng)

性控制和控制棒系統(tǒng)一起，提供反應(yīng)堆安全停堆。燃料的另一功能是

為裂變產(chǎn)物的釋放，提供第一道屏障。

17

第二節(jié)核設(shè)計(jì)

1.堆芯燃料裝載方式

API000有2種初始堆芯的燃料裝載設(shè)計(jì)。一種是傳統(tǒng)的基本初始

堆芯燃料裝載方式，采用3種富集度的燃料組件，較低富集度的二種

燃料組件裝在堆芯內(nèi)區(qū)，較高富集度的燃料組件布置在堆芯邊緣。另

一種是先進(jìn)的初始堆芯燃料裝載，堆芯采用6區(qū)燃料（即6種富集度

的燃料組件）裝載，較高富集度的燃料布置在堆芯內(nèi)區(qū)，較低富集度

的燃料布置在堆芯外區(qū)，最低富集度的燃料放在堆芯邊緣。這樣的燃

料裝載方式,使初始堆芯能夠模擬18個(gè)月平衡循環(huán)堆芯的反應(yīng)性分布，

提高堆芯的中子經(jīng)濟(jì)性。

換料堆芯采用低泄漏燃料裝載，換料添加的新燃料布置在堆芯內(nèi)

區(qū)，經(jīng)過(guò)一次或二次循環(huán)的燃料放在堆芯的外區(qū)。初始堆芯和換料堆

芯設(shè)計(jì)的循環(huán)長(zhǎng)度以及循環(huán)燃耗約為18個(gè)月和21000MWD/MTU。為

滿足確定的燃料循環(huán)長(zhǎng)度以及循環(huán)燃耗的要求，在堆芯循環(huán)初必須裝

入足夠的后備反應(yīng)性。這種反應(yīng)性是通過(guò)冷卻劑中的可溶硼、可燃毒

物和控制棒來(lái)控制的。

API000的初始堆芯和換料堆芯都需要可燃毒物，通過(guò)可燃毒物的

數(shù)量和在堆芯的布置，得到要求的堆芯功率分布和負(fù)的慢化劑溫度系

數(shù)。詳細(xì)可參見本章“堆芯燃料管理”。

2.功率分布

反應(yīng)堆堆芯功率分布是堆芯功率能力和保證堆芯安全的重要因素。

堆芯功率分布以及峰值線功率密度（PLPD）,必須保證在正常運(yùn)行和

任何預(yù)計(jì)運(yùn)行事件下滿足偏離泡核沸騰設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并且不造成燃料中

心熔化。同時(shí)，在任何正常運(yùn)行條件下也不使燃料的峰值線功率密度

超過(guò)安全允許的限制值。API000堆芯功率分布的設(shè)計(jì)和控制都滿足這

些要求。

（1）徑向功率分布

滿功率條件下徑向功率分布，與燃料組件、可燃毒物和控制棒的布

置以及燃料的燃耗分布有關(guān)。在燃料循環(huán)的任何時(shí)候，根據(jù)功率分布

的特點(diǎn)，滿功率條件下的堆芯徑向區(qū)段可以分為有棒和無(wú)棒二種。這

18

二種堆芯徑向區(qū)段再考慮堆芯的燃耗效應(yīng)，可以確定滿功率時(shí)堆芯可

能出現(xiàn)的徑向功率分布。在AP1000堆芯的功率分布計(jì)算中，還考慮了

功率水平、氤、彩和慢化劑密度對(duì)徑向功率分布的影響，但結(jié)果表明

它們的影響是比較小的。冷卻劑流量分布的不均勻性對(duì)徑向功率分布

的影響可以忽略。由于堆芯熱管(通道)的位置在運(yùn)行中是變化的，

因此，在DNB計(jì)算中確定并采用一個(gè)參考徑向功率分布。這個(gè)參考徑

向功率分布能夠包絡(luò)可能出現(xiàn)的分布，使堆芯安全評(píng)價(jià)結(jié)果是保守的。

(2)組件功率分布

堆芯熱管周圍的功率分布在運(yùn)行中也是變化的。在DNB分析中，

對(duì)熱管所在的組件內(nèi)假設(shè)一個(gè)平坦的組件功率分布，它的熱管功率被

人為地提高到徑向功率分布的設(shè)計(jì)限值戒.。事實(shí)上，在燃料循環(huán)和運(yùn)

行中不會(huì)出現(xiàn)達(dá)到設(shè)計(jì)限值門■的平坦組件功率分布，因此這是保守的

假設(shè)。

(3)軸向功率分布

影響軸向功率形狀的各種因素，包括反應(yīng)堆功率水平、控制棒、慢

化劑密度效應(yīng)、燃料多普勒效應(yīng)、債和燃耗的空間分布以及燃料富集

度和可燃毒物吸收體的軸向分布等。最重要的是控制棒在堆芯的插入

位置對(duì)功率分布的影響，API000采用常軸向偏移控制。

在API000核設(shè)計(jì)中，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(BEACON-DMM)可通過(guò)固

定式堆內(nèi)探測(cè)器，根據(jù)需要為操縱員提供詳細(xì)的徑向和軸向功率分布

信息。堆外4個(gè)長(zhǎng)電離室提供的反映堆芯軸向上、下功率差的通量差

(△I)及其目標(biāo)值，將主要用作軸向功率形狀控制的依據(jù)。測(cè)量得到

的AI還將用于對(duì)超溫(OTATDNB)保護(hù)和超功率(OPAT)保護(hù)修

正。

(4)燃料密實(shí)化引起的局部功率峰因子

堆芯燃料在運(yùn)行中，由于輻照產(chǎn)生的密實(shí)化，使燃料芯塊在軸向和

徑向發(fā)生收縮。收縮的芯塊在燃料包殼中，或向下掉落或被卡，并在

芯塊間形成間隙。這種間隙的大小和在軸向的位置是隨機(jī)變化的。密

實(shí)化引起的間隙將使周圍的燃料棒出現(xiàn)局部功率峰。由于局部功率峰

與軸向位置有關(guān)，所以用局部功率峰因子S(Z)來(lái)考慮它對(duì)堆芯總的功

率峰因子的影響。先進(jìn)的西屋公司的壓水堆燃料，已經(jīng)基本消除了密

實(shí)化效應(yīng)對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和運(yùn)行的影響，因此取S(Zhl.0o

(5)極限功率分布

19

根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）關(guān)于核電廠工況分類標(biāo)準(zhǔn)，工況I

是指核電廠正常運(yùn)行和運(yùn)行瞬態(tài)。任何工況I事件將由核電廠參數(shù)的額

定值與要求手動(dòng)或自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的對(duì)應(yīng)參數(shù)值間的裕量所包容。工況1

是核電廠事故的初始條件，因此工況I事件將影響事故的后果。堆芯功

率分布對(duì)事故后果有重要影響，穩(wěn)態(tài)功率分布作為初始條件，每個(gè)事

故分析都以保守的最不利的功率分布，即極限功率分布為基礎(chǔ)。因此

穩(wěn)態(tài)功率分布的設(shè)計(jì)和控制，要保證極限功率分布滿足堆芯性能和安

全要求。

AP1000設(shè)置了BEACONTM-DMM在線堆芯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)

當(dāng)時(shí)堆芯的條件，評(píng)價(jià)極限功率分布的后果以及運(yùn)行空間。在線堆芯

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)是在當(dāng)時(shí)的功率水平、僦分布、MSHIM或A0（軸向

偏移）棒組插入和燃耗的條件下，考慮了不適當(dāng)?shù)牟倏v員操作或控制

棒動(dòng)作產(chǎn)生的極限功率分布。因此，這將保證穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的

最壞或極限功率分布，已在事故（工況n,in和IV）分析的初始功率

分布中考慮。在線評(píng)價(jià)時(shí)計(jì)算得到的功率峰因子，由于方法的不確定

性增加5%以及工程熱管因子增加3%o與極限功率分布的包絡(luò)計(jì)算相

比，在線堆芯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)可以消除包絡(luò)計(jì)算中的保守性。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)停運(yùn)情況下，操縱員將基于預(yù)先進(jìn)行的包絡(luò)分析和由

計(jì)算確定的功率分布控制和負(fù)荷跟蹤程序，進(jìn)行極限功率分布的控制。

因此對(duì)AP1000,在線堆芯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不是反應(yīng)堆運(yùn)行必要的因素。在包

絡(luò)分析和計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮對(duì)軸向和徑向功率分布重要影響的因素，如負(fù)

荷跟蹤、降功率運(yùn)行和軸向氤瞬態(tài)等。計(jì)算中包括燃料和慢化劑溫度

反饋效應(yīng)，但不考慮流量再分配的影響。分析了數(shù)千種工況以保證極

限功率分布有很好的包絡(luò)性。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)停運(yùn)情況下，在正常運(yùn)行

中必須遵守功率分布控制和負(fù)荷跟蹤程序，確保極限功率分布作為最

不利的初始值已被事故分析所考慮。對(duì)API000堆芯，堆功率為

3400MW時(shí)平均線功率密度為187.6W/cm?？紤]了不確定性后，極限

功率分布?xì)w一化的局部功率密度上限值是26在101%額定功率時(shí)的

對(duì)應(yīng)峰值線功率密度為492.0W/cmo

為了確定關(guān)于功率和功率分布的保護(hù)整定值，需要考慮三類事件，

即失控提棒事故；由于操縱員操作錯(cuò)誤引起的AO和/或MSHIM棒組

位置超過(guò)插入極限，使反應(yīng)堆離開正常運(yùn)行區(qū)域；以及由于硼化或硼

稀釋等原因，使堆芯功率分布超過(guò)限制值。這里所討論的三類事件，

20

根據(jù)ANSI關(guān)于核電廠工況分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于n類工況事件。這些事件

引起的異常功率和功率分布，不是正常運(yùn)行的極限功率分布。異常功

率和功率分布，用于確定關(guān)于功率和功率分布的保護(hù)整定值，而正常

運(yùn)行的極限功率分布，用作事故分析的初始條件。

在正常運(yùn)行條件下，也可能出現(xiàn)局部功率密度超過(guò)事故分析假設(shè)的

初始條件的情況。此時(shí)如果不造成燃料的損壞，僅將發(fā)出報(bào)警，操縱

員根據(jù)操作程序使堆芯回到安全狀態(tài)。

3.負(fù)荷跟蹤和功率調(diào)節(jié)

堆芯控制的主要目標(biāo)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)堆芯反應(yīng)性和功率分布的控制。在

壓水堆（PWR）設(shè)計(jì)中，一般是通過(guò)控制棒的自動(dòng)調(diào)節(jié)或手動(dòng)操作以及

通過(guò)化容控制系統(tǒng)（CVCS）手動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆冷卻劑的硼濃度（化學(xué)補(bǔ)

償），實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性和軸向功率分布的控制。在AP1000設(shè)計(jì)中，提出了一

種新的機(jī)械補(bǔ)償（MSHIM）堆芯控制策略。API000設(shè)計(jì)采用的機(jī)械

補(bǔ)償（MSHIM）策略，僅依靠控制棒就可完成核電廠的負(fù)荷跟蹤和功

率調(diào)節(jié)。冷卻劑硼濃度的調(diào)節(jié)僅用于補(bǔ)償燃料燃耗和維持M控制棒組

所要求的堆芯插入深度。大的硼濃度變化僅限制在起、停堆情況。在

整個(gè)功率運(yùn)行范圍和燃料循環(huán)的大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)機(jī)械補(bǔ)償進(jìn)行負(fù)

荷跟蹤以及反應(yīng)堆功率水平和功率分布的調(diào)節(jié)和控制，不需要調(diào)節(jié)冷

卻劑中的可溶硼濃度。

（1）機(jī)械補(bǔ)償（MSHIM）策略

為了使MSH1M系統(tǒng)滿足API000設(shè)計(jì)的負(fù)荷跟蹤和功率調(diào)節(jié)能力

的要求，設(shè)計(jì)二個(gè)獨(dú)立控制棒組，軸向偏移控制棒組（AO棒組）和冷

卻劑溫度/反應(yīng)性控制的M棒組（AO棒組和M控制棒組在堆芯的布置

見圖2.2』），分別用于不同的控制功能。AO棒組用于軸向功率分布的

控制，它獨(dú)立于其它的控制功能要求。AO棒組設(shè)計(jì)有足夠的控制棒價(jià)

值，隨著棒組提升或下插，使軸向功率偏移單調(diào)地變大或變小。因此

通過(guò)控制棒系統(tǒng)，可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)AO棒組在堆芯的插入深度，在整

個(gè)功率運(yùn)行范圍內(nèi)使軸向功率分布兒乎保持一個(gè)不變的軸向偏移

（CAOC）oM控制棒組由MA、MB、MC、MD、Ml和M2組成，其中

MA、MB、MC和MD是灰棒組，Ml和M2是黑棒組。在機(jī)械補(bǔ)償運(yùn)

行策略中，M控制棒組按預(yù)設(shè)的功率溫度控制程序，進(jìn)行冷卻劑溫度/

反應(yīng)性的控制。

負(fù)荷跟蹤運(yùn)行中軸向偏移（AO）控制的AO目標(biāo)值，是基本負(fù)荷運(yùn)

21

行的目標(biāo)值，該目標(biāo)值不超過(guò)8%至10%。為了在循環(huán)壽期的大部分時(shí)

間內(nèi),負(fù)荷跟蹤不通過(guò)調(diào)硼并能補(bǔ)償瞬態(tài)反應(yīng)性效應(yīng)，需要設(shè)置小價(jià)值

控制棒組(即灰棒組)，MA、MB、MC和MD。

(2)負(fù)荷跟蹤運(yùn)行

M棒組中各控制棒組間必須有適當(dāng)?shù)闹丿B，當(dāng)它們?cè)诙研咎嵘虿?/p>

入時(shí)的反應(yīng)性變化就像單組棒移動(dòng)的一樣。為使AO棒組能有效控制

軸向功率分布，小的棒組移動(dòng)對(duì)AO就有足夠的影響，因此AO棒組

必須有較高的控制棒價(jià)值。API000設(shè)計(jì)采用的是常軸向偏移控制

(CAOC)策略，在基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)AO棒組使軸向偏移(AO)控制

至預(yù)先設(shè)定的AO目標(biāo)值(TAOBASE)O

在負(fù)荷跟蹤運(yùn)行以前，M棒組的二個(gè)灰控制棒組(例如MA+MB)將

全插入堆芯，M棒組和AO棒組稍稍插入堆信。M棒組的初始插入深

度，將能夠補(bǔ)償功率調(diào)節(jié)過(guò)程中出現(xiàn)的正或負(fù)的反應(yīng)性變化。在負(fù)荷

跟蹤前和負(fù)荷跟蹤過(guò)程中，AO值控制在比基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的目標(biāo)值

(TAOBASE)更負(fù)約8%,這是為了滿足在正、負(fù)二個(gè)方向的軸向偏移

的控制能力，保證功率峰因子不超過(guò)設(shè)計(jì)限值。對(duì)像18個(gè)月那樣的長(zhǎng)

燃料循環(huán)期運(yùn)行，一般在循環(huán)期末，出現(xiàn)雙峰狀軸向功率分布。負(fù)荷

跟蹤中控制棒的插入，可使軸向偏移和功率峰因子產(chǎn)生顯著的變化。

由于MSHIM系統(tǒng)對(duì)軸向偏移能夠維持非常好控制，消除了負(fù)荷跟蹤

運(yùn)行中的功率峰因子可能超過(guò)設(shè)計(jì)限值的擔(dān)心。對(duì)AP1000堆芯各種負(fù)

荷跟蹤需求分析表明，在沒(méi)有調(diào)硼情況下MSH1M堆芯控制策略，在

循環(huán)期的大部分時(shí)間內(nèi)(85%-95%的循環(huán)期)能夠滿足負(fù)荷跟蹤的要

求。

22

RPNMLKJHGFEDCBA

180

1

2SDMCSD

3M2SDSDM2

4MBAOMlAO

5M2SDSDSDSDM2

6SDAOMAMDAOSD

7SDSDSDSDSDSD

890MCMlMDAOMDMlMC270

9SDSDSDSDSDSD

10SDAOMAMDMAAOSD

11M2SDSDSDSDM2

12AOMlAOMB

13M2SDSDM2

14SDMCSD

15

0

棒組控制棒棒束數(shù)

MA（MSHIM灰棒組A）

MB（MSHIM灰棒組B）■4I灰棒

MC（MSHIM灰棒組C）4.位置

MD（MSHIM灰棒組D）■

Ml（MSHIM黑棒組1）4

M2（MSHIM黑棒組2）8

AO（A.O.控制棒組）9

SD1（停堆棒組1）8

SD2（停堆棒組2）8

SD3（停堆棒組3）8