非能动安全壳热量导出系统设计方案及评价

非能动安全壳热量导出系统（PCS）是华龙一号（HPR1000）设计用来应对超设计基准事故工况的安全系统。本文描述了该系统总体配置方案的形成过程，分析了系统在缓解超设计基准事故工况及严重事故工况时的有效性，并从概率安全分析指引的角度，分析了系统对核电厂堆芯损坏频率和放射性物质大量释放频率的影响作用。结果表明：PCS对于提升HPR1000的严重事故预防和缓解能力具有明显的效果，可有效提升HPR1000的安全性。     

核电厂“半环”运行工况一回路事故进程研究

压水堆核电厂"半环"运行时丧失余热排出系统的事故后果非常严重.为研究该事故进程,本工作以300 MW级压水堆核电厂为研究对象,对"半环"运行工况下丧失余热排出系统的事故进程进行研究.分析发现,主泵检修和蒸汽发生器人孔打开工况易因丧失冷却剂而使堆芯裸露,堆芯温度迅速升高,并引发熔堆的事故风险.而当一回路系统闭口时,系统压力将升高很快,存在系统超压风险.     

ACME台架PRHR管线破口位置敏感性试验研究

为研究先进非能动（AP）型核电厂在非能动系统失效条件下的安全性能,利用我国先进堆芯冷却机理整体试验台架（ACME）开展了非能动余热排出（PRHR）管线破口失水试验研究,分析了主要的试验进程和破口位置对事故过程各阶段关键参数的影响。结果表明,ACME PRHR管线破口试验进程与冷管段小破口失水事故（SBLOCA）进程基本一致,再现了非能动核电厂自然循环阶段、自动卸压系统（ADS）喷放阶段和安全壳内置换料水箱（IRWST）安注阶段的安全特性;在不同破口位置的试验中,非能动堆芯冷却系统（PXS）均可保证堆芯得到补水,堆芯活性区始终处于混合液位以下;破口位置对ACME LOCA事故进程、反应堆冷却剂系统（RCS）初期降压速率、PRHR热交换器（HX）流量、喷放流量、堆芯液位、IRWST安注流量等参数具有显著影响,对堆芯补水箱（CMT）和蓄压安注箱（ACC）安注流量的影响较小。      

失去交流电源事故下AP1000堆芯节块模型敏感性分析

本文以失去交流电源事故作为计算条件,对AP1000核电厂堆芯节块模型的敏感性进行了研究.利用现有AP1000核电厂的资料建立了堆芯节块划分模型并修改了堆芯节块划分,经计算并与安全分析报告进行对比,验证了推芯节块划分模型的正确性.在获得验证的模型的基础上,通过修改堆芯节块划分,进行了模型敏感性分析.分析结果表明：堆芯节块数目的变化对事故计算的结果有较大影响,随着堆芯节块数目的减少,核电厂反应堆冷却剂系统（Reactor Cooling System,以下简称RCS）系统压力的下降速度降低;温度升高;堆芯补水箱（Core Makeup Tank,以下简称CMT）系统投入时间延迟非能动余热排出系统（Passive Residual Heat Removal,以下简称PRHR）提前工作;CMT和PRHR的最大流量显著增加.     

一体化先进堆全厂断电事故下非能动余热排出系统能力分析

中国核动力研究设计院（NPIC）设计的中国一体化先进堆（CIP）余热排出系统是非能动系统。采用RELAP5／MOD程序分析计算该堆全厂断电事故后堆芯核功率、堆芯平均温度、一回路和二回路压力，以及非能动余热排出系统功率随时间的变化，论证了非能动余热排出系统对事故的缓解能力。分析结果表明，CIP在发生全厂断电事故后，完全能够依靠非能动余热排出系统导出堆芯余热，保证反应堆的安全。     

美国核电厂不凝气体管理问题研究现状与进展

核电厂运行经验表明,在核电厂应急堆芯冷却系统、安全壳排热系统以及余热排出系统等安全系统中不凝气体的积聚可能会导致系统不能执行其既定的安全功能。美国在20世纪80年代便对不凝气体积聚的问题进行了研究。本文阐述了不凝气体对核电厂安全系统的影响,并介绍了美国对不凝气体积聚问题的研究进展及现状,主要包括在NRC发布的GL-2008-01中的主要内容和核电厂的响应情况、有关阻止和管理系统内气体积聚的指导文件（NEI 09-10）以及AP1000核电厂针对不凝气体积聚所采取的措施。     

ACME台架全厂断电事故试验研究

为研究AP型非能动核电厂全厂断电事故下的运行特性，利用大型非能动堆芯冷却系统整体试验（ACME）台架开展了试验研究，分析了主要的试验进程和关键参数的变化特点。研究结果表明：ACME台架全厂断电试验的事故序列及试验现象与已有分析一致，符合预期，试验再现了AP型非能动核电厂全厂断电的事故进程；在整个事故过程中，稳压器水位升高，但未发生满溢，非能动余热排出（PRHR）系统换热功率可与衰变功率达到平衡，堆芯余热可有效载出；堆芯补水箱（CMT）和安全壳内置换料水箱（IRWST）初始条件对非能动余热排出阶段的事故进程具有重要影响，在1列CMT投入失效或IRWST异常等不利初始条件下，模化后的非能动堆芯冷却系统(PXS)仍可满足事故验收准则。     

华龙一号反应堆177堆芯核设计

华龙一号(HPR1000)反应堆是我国具有自主知识产权的三代核电压水堆堆型。其堆芯由177个燃料组件组成,不仅具有较高的堆芯输出功率,而且具有较低的线功率密度使其具备较高的安全裕量。HPR1000反应堆平衡循环采用18个月换料策略,核电厂可利用率超过90%。采用IN-OUT换料方式,平均批卸料燃耗大于45000MW·d/t(U)。堆芯具有很好的反应性负反馈固有特性,仸何运行状态下的慢化剂和燃料温度效应均为负值。HPR1000反应堆采用2套独立的停堆系统,紧急停堆情况下即使1束最大价值的控制棒被卡在堆外,反应堆也能被快速有效地带入到停堆状态幵保证足够的停堆裕量。HPR1000反应堆采用了机动性较好的Mode-G运行方式,基于Mode-G运行方式,HPR1000可以迚行负荷跟踪、负荷阶跃等机动运行。同时采用了在线监测系统,可以实时监测反应堆运行过程中的三维堆芯功率分布。     

反应堆堆芯先进中子学模拟软件SCAP-N研发

堆芯中子学计算是反应堆设计分析的基础,为提高堆芯中子学计算的模拟分辨率与计算精度,开发了反应堆堆芯先进中子学模拟软件（SCAP-N）。该程序首先根据轴向特征对堆芯进行分层,并逐层进行二维堆芯非均匀输运计算,再采用超级均匀化方法（SPH）获得栅元等效均匀化截面,最后进行三维堆芯逐棒（pin-by-pin）输运计算,获得堆芯有效增殖因子与精细棒功率分布。为提高程序计算效率,采用分布式/共享式（MPI/OPENMP）混合并行方式对程序进行了并行化开发。利用虚拟反应堆（VERA）系列基准例题及美国先进非能动压水堆（AP1000）启动物理试验实测数据对程序进行了测试验证。结果表明,相比于商用核设计程序系统,SCAP-N程序采用的逐棒输运技术能够提高堆芯中子学的计算精度。与同类型高精度中子学程序相比,SCAP-N具有更高的计算效率,可进一步提高核电厂的经济性及运行灵活性。      

AP1000给水丧失事故定性分析

针对AP1000核电站,基于两流体最佳估算系统程序RELAP5建立热工水力模型,基于Matlab/Simulink软件及工业组态软件建立相关控制系统数学模型,用于对正常给水丧失事故的计算分析。建模数据主要参考AP1000 Design Control Document(AP1000 DCD),由于建模数据不够充分、详尽,模型不够精确,文中事故分析以定性分析为主。计算结果表明：RELAP5具备计算自然循环的能力,计算结果与DCD中正常给水丧失事故结果总体趋势基本一致,非能动余热排出系统（PRHRS）、堆芯补水箱（CMT）系统能够及时、有效地排出堆芯余热和堆芯衰变热,确保堆芯安全。PRHRS余热排出能力对事故发展有明显影响,模型中PRHRS余热排出能力较强,使冷却剂温度更快地降低到较低水平,导致CMT更早投入以及随后反应堆各参数响应的不同。     

先进堆非能动余热排出系统应对全厂断电事故的能力分析

采用RELAP5/MOD程序对先进堆全厂断电事故进行分析计算,论证非能动余热排出系统对事故的缓解能力.分析表明,先进堆在发生全厂断电事故后,完全能够依靠非能动余热排出系统导出堆芯余热,保证反应堆的安全;先进堆非能动余热排出系统的设计总体上是成功的.     

System assessment of an FPGA-based RPS for ABWR nuclear power plant

The instrumentation and control (I&C) systems for the Lungmen nuclear power plant (LMNPP) are fully digitized based on microprocessor and software technology, and extensively utilize multiplexing networks. That is, undetectable software faults and common cause failures due to software errors may occur, and that will defeat the redundancy of a nuclear power plant (NPP). A diverse backup implementation for the digital I&C systems is an important means to defense against undetectable software faults.This paper presents system assessment of a quad-redundant reactor protection system (RPS) design for an Advanced Boiling Water Reactor (ABWR) by utilizing the field programmable gate array (FPGA) technology. The FPGA-based RPS has been assessed by using a full-scope engineering simulator for the LMNPP. Accident scenarios and abnormal conditions are inserted into the engineering simulator in order to activate the function of the FPGA-based RPS. In this study, conceptual design of the proposed quad-redundant FPGA-based RPS, including preliminary hardware architecture, software design and system assessment will be presented. The results demonstrate that the FPGA-based RPS system is a practical approach to implement a diverse backup for the digital I&C system of nuclear power plant applications.Also, the sensitivity study of probabilistic risk assessment (PRA) shows that RPS combined with ARI (Alternative Rod Insertion) contributes significant influence on the core damage frequency (CDF) calculation of LMNPP. The PRA sensitivity study is independent of the RPS technology.     

200MW低温核供热堆应急电力系统的可靠性分析

简要介绍了２００ＭＷ低温核供热堆应急电力系统的设计特点，并用故障树分析方法，对其应急电力系统的可靠性进行了分析，从理论上论证出现有简化的２００ＭＷ低温核供热堆应急电力系统设计方案的安全母线供电可靠性指标在保留小数点后４位要求时，与采用一般核电厂应急电力系统设计方案时相一致。     

基于改进多层交叉熵方法的核动力装置非能动系统可靠性评估

针对非能动系统可靠性评估问题中重要抽样分布构造困难以及实际工程应用中标准多层交叉熵方法存在的缺陷,进行了算法结构改进并引入均匀性更好的“Halton序列”抽样方法,提出一种改进多层交叉熵方法,并以某型核动力装置非能动余热排出试验系统为例,给出改进多层交叉熵方法的性能验证分析和实例分析。计算结果表明,改进方法失效率估计结果的相对误差分布更集中、变异系数分布相近,在节省运算量的情况下具有更好的估计精度和稳健性;改进方法不需要额外设置平滑参数、可根据系统特征和采样情况提前结束评估过程,在实际工程应用中具有更强的适用性。      

Optimal power control system of a research nuclear reactor

The power control system is a key control system for a nuclear reactor, which directly concerns the safe operation of a nuclear reactor. Much attention is paid to the power control system performance of nuclear reactor in engineering. The designers put a high value upon design of an optimal power control system. In this paper, a design method is applied to the design of power control system. According to the optimal control theory, an objective function, quadratic performance index with weight factors is proposed. Then, the objective function is transformed into frequency domain form by use of Paserval's theorem. In frequency domain, an optimal transfer function can be obtained at the lowest value of objective function. The system with optimal transfer function has an optimal performance. The transfer function of the power control system is derived from a typical research nuclear reactor. Using the state feedback theory, the transfer function is synthesized to the optimal transfer function. The simulative results with the optimal controller and with a conventional controller show that the performance of the optimal power control system is largely improved on dynamic characters. The method applied here not only can be used for research nuclear reactor but also can be easily extended to pressurized water reactor power plant and other fields.     

浮动核电厂反应堆供电系统分析

The safety of the floating nuclear power plant is closely related to the merits of the reactor power supply system. In order to improve the safety factor of floating nuclear power plant, it is necessary to analyze the reactor power supply system. In this paper, the configuration of the reactor power supply system of the floating nuclear power plant is analyzed, and the auxiliary power system and nuclear emergency power system under two schemes are compared. The results show that the optimized scheme 2 is better than scheme 1 in reliability and safety, and scheme 2 is more economical. The optimization scheme proposed in this paper can provide a direction for the design of the reactor power supply system of the subsequent nuclear powered ships and has a strong reference significance.     

直接注入管线失水事故非能动安全系统运行特性研究

小型模块式反应堆ACP100采用了非能动安全和模块化设计技术,可用于地区集中供暖、海水淡化和核动力商船等多个方面。其中,非能动安全设计主要包括非能动应急堆芯冷却系统、非能动余热排出系统等非能动安全系统和自动卸压等专设措施。针对ACP100非能动安全设计技术特点,在中国核动力研究设计院非能动安全系统综合性能缩比试验装置上开展了大量失水事故系统特性试验研究,根据试验数据分析,获得了非能动安全系统在直接注入管线发生破口后系统的综合响应特性,掌握了系统间的相互影响规律,并初步评估其对堆芯的冷却效果。     

浮动核电厂反应堆供电系统分析

浮动核电厂的安全性与反应堆供电系统的优劣紧密相连，为提高浮动核电厂的安全系数，需对反应堆供电系统进行分析。本文结合反应堆供电系统设计的要点，分析浮动核电厂反应堆供电系统的配置，对比了2种方案下的辅助电力系统和核应急电力系统。结果表明，优化后的方案2在可靠性和安全性方面都较方案1更优，且方案2也更为经济。本文提出的优化方案可为后续核动力船舶反应堆供电系统的设计提供参考和借鉴。      

AP1000主给水管道断裂事故中PRHR系统冷却能力分析

使用机理性分析程序建立包括主冷却剂系统、专设安全设施及相关二回路管道的AP1000核电厂模型,对AP1000核电厂主给水管道断裂事故进程进行计算分析。着重分析了非能动余热排出（PRHR）系统在主给水管道断裂事故工况中的瞬态响应、热工水力行为及其冷却能力,并针对PRHR系统流道阻力特性的不确定性对冷却能力的影响进行分析。分析结果表明,在主给水管道断裂事故中,PRHR系统的热移出功率最终能够与堆芯的衰变功率相匹配,有能力带走衰变热,保证一回路系统最终处于安全停堆状态,不发生堆芯损伤,当PRHR系统阻力系数增加时,PRHR系统的流量和换热功率会降低,对PRHR系统冷却能力造成影响。     

核电厂丧失厂外电源事件下柴油发电机系统动态响应分析

将系统可靠性分析方法GO法与Markov法相结合,对核电厂概率安全分析(PSA)中厂外电源丧失(LOOP)后柴油发电机应急响应系统在24h内缓解全厂断电(SBO)事件中的动态过程进行分析,解决了维修相关存在下可修系统可靠性精确计算问题,并通过创建GO法“备用门”操作符真实地模拟应急响应系统工作的逻辑关系.通过将2种可靠性分析方法相结合使用的尝试,使之与柴油发电机应急响应系统存在维修相关的实际情况相适应,拓展了2种方法的分析领域,同时能够更为精确地得出SBO对系统安全运行的影响.