球床式高温气冷堆旁流三维数值模拟

针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄缝、顶反射层、堆芯球床、底反射层及底部球腔的反应堆三维几何模型和近真实物理数学模型,生成了网格数为2.6亿的混合网格。结果表明,总旁流占总流量比例为29.25%,窄缝旁流占总流量比例为24.43%,并且呈现出回流特性,卸料管旁流占比3.87%,控制棒通道旁流占比0.95%。该研究考虑了非轴对称的进出口结构,是对现有的球床式高温气冷堆二维轴对称模型的补充和提升;该研究针对球床式高温气冷堆的大规模三维数值计算,为球床式高温气冷堆的热工水力优化和安全分析提供了丰富的数据支撑。

特高压分级式可控高抗的集约化设计与应用

特高压分级式可控高抗(HCSR)解决了固定高抗在限制过电压和无功补偿方面无法兼顾的矛盾,其系统调控的灵活性高,为特高压交流电网的安全、稳定运行提供了保障。HCSR各个分设备不仅具有特高压设备重量重、体积大、结构复杂等特点,分设备之间的集成设计、绝缘配合均会导致建设用地需求大幅增加,这与国家严控建设用地增量的政策存在偏差。为此,本文充分考虑户外环境因素的影响,合理利用立体化空间设计理念,创新性提出了取能电抗器区域转接母线垂直设计,以及成套装置局部GIS设计的集约化设计方案。在合理控制设备和工程建设成本的前提下,优化解决了其粗放型使用建设用地的问题。采用集约化设计后,HCSR占地可节约25%左右,效果显著。

快堆核测量系统取消手动允许信号的研究

为研究快堆核测量参数允许信号的特点,提出快堆核测允许信号的设置建议。研究了快堆与压水堆在核测量保护参数及其允许信号的主要区别,并通过计算和数据分析证明了快堆可以取消手动旁通功能的原因。快堆的源量程和中间量程没有使用计数率,而是使用反应堆功率倍增周期作为保护参数。因为在功率变化过程中相对稳定,所以对于快堆而言,允许信号防止人为因素的部分被弱化,只需要考虑量程能正常切换、防止系统误动即可。这种情况下,操纵员不需要主动闭锁,量程切换可以自动完成。考虑到信号回差和低功率下中子计数率的统计涨落影响,提出了源量程和中间量程的允许信号设置为自动信号。给出了量程自动切换逻辑的建议,提出了快堆核测量系统允许信号的建议,从而为后续快堆核测量系统的允许信号设置提供理论支持。该研究有助于提高保护系统的可用性、完善快堆保护系统设计,也有助于提高整个核电站的经济性。

核电站凝汽器瞬态分析及控制逻辑优化

某核电项目由于汽轮发电机组、凝汽器弹性支撑、汽轮机旁路蒸汽全部排至凝汽器等选型设计方案变化,技术上较CPR1000核电典型设计存在明显差异,原有CPR1000“凝汽器故障”、“凝汽器不可用”逻辑控制技术方案需要设计优化。通过分析该核电项目技术方案,计算、分析汽轮机跳机、核岛反应堆紧急停堆、旁路系统闭锁等工况下凝汽器参数变化规律,研究满足此项目核岛蒸汽安全排放要求的技术方案,解决主蒸汽系统、反应堆冷却剂系统管道瞬态工况下超压的设计问题。

反应堆保护系统数字化升级的旁通研究

反应堆保护系统通道旁通是反应堆正常运行中对某一保护通道相关设备进行维修或试验时采用的一种重要闭锁手段。目前,新建核电站主要为“华龙一号”。该系统架构采用4取2典型停堆逻辑降级方式,旁通设计较为成熟。区别于“华龙一号”,某数字化改造项目采用3取2逻辑降级停堆方式,原设计为模拟技术,旁通手段粗暴,不利于维护。对比二者旁通设计要求发现,基于系统架构的不同,二者在通道旁通时所对应停堆断路器的状态不同。进一步研究“华龙一号”旁通方案发现若该数字化改造项目通道旁通采用相同的设计原理,可能会导致误停堆。因此,引入停堆断路器状态检查,并设计互锁逻辑,可防止通道旁通时导致误停堆情况的发生。该方案也可为系统架构为3取2逻辑降级停堆的反应堆保护系统提供借鉴。

基于NASPIC的反应堆保护系统数字化旁通设计研究

旁通是对反应堆保护系统进行维修和试验的重要手段,可在反应堆正常运行的情况下,根据实际需求将通道或重要仪表参数退出运行,以支持定期试验、设备维修、仪表校验等应用场景。目前,华龙一号核电厂反应堆保护系统设计为拨动开关发出旁通指令的开关量,由硬接线采集后,对应的信号质量位变为坏点,涉及的停堆和专设驱动逻辑退化。由于硬接线旁通信号数量庞大,不仅占据设备安装空间和信号通道,还存在维护不便等诸多问题。基于NASPIC平台的设备特性,充分发挥数字化系统的优势,提出一种全新的数字化旁通设计方案,不仅简化了设计、制造、维护的难度,节约了机柜安装空间,还提高了设备的集成度,对于后续华龙一号核电厂批量建设具有重要的借鉴意义。

一种新型固态短路限流器拓扑及其控制策略

介绍一种适用于中高压电网的新型固态短路故障限流器,正常工作时对线路几乎无影响;当故障发生时,旁路交流电抗器立即自动插入故障回路进行限流,检测到故障后将故障相桥路进行逆变。直流电抗器中的能量回馈电网,桥路尽快退出故障线路的运行,随后故障电流完全由旁路交流电抗器限制。新型限流器的固态器件和直流电抗参数不受电网允许的短路电流水平约束,所以可进行灵活优化设计。理论分析和单相固态限流器在三相系统中的仿真结果表明,整个单相桥路相当于过零点断开的开关,限流器不会引起附加振荡和过电压,控制方法简单,新型固态限流器具有良好特性,在电力系统中有深入研究和开发的意义。

高温气冷堆侧反射层纵向窄缝中的旁流研究

高温气冷堆的堆内构件由大量石墨块与碳砖构成,石墨块之间的窄缝会造成堆芯旁流,影响堆芯的流量与温度分布,需细致研究。石墨侧反射层有垂直方向的窄缝,是主要的旁流通道之一,氦气可能从冷氦联箱通过这些窄缝直接流入热氦联箱,也会与球床中的氦气发生横向交混。通过对球床流动及垂直窄缝中的旁流建立流体网络模型,分析了横向交混对窄缝旁流的影响,并讨论在不同窄缝大小及窄缝分布情况下旁流的变化规律。研究结果表明,球床边缘的氦气横向交混对旁流量影响较为明显,需在旁流分析中考虑,尺寸较大的窄缝对整个旁流的影响较为明显,窄缝尺寸较大时,堆芯的旁流量也更大。

CAP1400反应堆吊篮与围筒旁通流特性实验研究

对CAP1400反应堆的吊篮与围筒旁通流量进行实验研究,研究了不同直径的围筒底板开孔下旁流腔的阻力特性及对应原型堆堆芯压降下的旁流份额。研究结果表明,当围筒底板开孔直径大于等于1.2倍的最小实验测量直径时,旁流腔的流量份额超过了对应原型堆堆芯压降下总流量的0.5%,其余孔径下旁流腔的流量份额均小于对应原型堆堆芯压降下总流量的0.5%。

快堆电厂旁路系统建模与仿真

该文以示范快堆电厂的旁路系统为研究对象,按汽轮机100%甩负荷、反应堆不停堆和安全阀不动作的要求,设计了100%MCR的汽轮机旁路系统,建立了旁路系统仿真模型,并且利用设计数据对仿真模型进行了验证。在各个快速甩负荷工况下,该模型的计算结果均与预期相符,该模型能够很好地反映旁路系统的工作过程。该模型作为快堆核电站全工况机理仿真模型的一个重要组成部分,为机组启、停和特殊变工况的模拟研究奠定了基础。

特高压高补偿度串补线路的潜供电流问题

在特高压线路上加装串补可以提高通道的输电能力,同时也使线路单相故障时的潜供电流存在高幅值的低频振荡现象,潜供电弧难以熄灭,对断路器单相重合闸不利。远距离特高压线路有加装更高补偿度串补的需求,使得串补对线路潜供电流及恢复电压的影响更加值得关注。目前一般采取线路保护联动旁路措施来抑制串补线路的潜供电流问题,但对于高补偿度串补其效果有待分析。另外,串补旁路前,高幅值的低频振荡电流流经线路高抗可能致其饱和,这使得潜供电流及恢复电压特性与将高抗视作线性元件时存在差别,现有研究对此未有涉及。分析了串补对特高压线路潜供电流及恢复电压问题的影响机制,基于典型系统条件仿真研究了提高串补度、高抗饱和对潜供电流及恢复电压的影响特性,并分析了联动旁路时间差异对抑制效果的影响。研究结果可为特高压远距离高补偿度串补线路的工程设计、设备选型提供参考。

气-固环流反应器内窜气现象的研究

为研究气固环流反应器内普遍存在的窜气现象对反应器的性能的影响,在一套外环流筒内径(?)286 mm,高2 900 mm,内筒外径(?)220 mm,高1 200 mm的空气-流化催化裂化颗粒的气固环流反应器冷态实验装置内测量了反应器内的窜气行为。结果发现,环隙区的窜气量和导流筒区的窜气量均随着环隙区和导流筒区操作气速的增加而增加,环隙区的窜气分率随着导流筒区操作气速(u_(g,D))的增大而增大,随着环隙区操作气速(u_(g,A))的增大而减小;导流筒区的窜气分率(F_(DA))随着u_(g,D)的增大而减小,随着u_(g,A)的增大而增大。通过非线性回归得到了导流筒区和环隙区的窜气分率与操作气速的关系。

秦山核电二期工程反应堆水力学设计

本文介绍秦山核电二期工程反应堆压力容器和堆芯的压降计算、旁流计算以及堆芯进口流量分配校核等计算分析方法和结果,提供了设计验证。与反应堆实际运行参数的比较表明,设计参数与运行数据符合得很好。

旁路阀调节对高温气冷堆闭式布雷顿循环瞬态特性影响研究

闭式布雷顿循环是第4代高温堆核能系统的关键技术之一,其典型的动态过程是旁路阀调节。为分析这一过程,建立了循环中关键部件的动态模型,其中压气机在径向平衡模型基础上耦合了对附面层发展的预测,兼顾了计算效率与准确性;换热部件模型基于双曲型守恒律方程,对工质的热物性和参数的快速变化有较好的适应性。在此基础上根据回路的质量守恒和压力平衡原则将各部件的模型耦合,建立了系统的动态模型。由于旁路阀调节是氦气透平发电系统主要的功率快速调节手段,瞬态效应较为显著,以模块式高温气冷堆(HTR-10GT)旁路阀开启后的过渡过程作为算例,分析了主要循环参数的响应特性,并通过分析,给出了降低输出功率的机制。计算结果表明:系统的容积惯性对旁路阀调节的响应速度影响较大,而阀门的开度则决定了系统在末态的输出功率;回热器的温度冲击现象可能发生在调节过程中,但可通过两旁路阀联动的方式缓解;反应堆出口温度变化幅度很小,因此反应堆模型的准确程度对结果基本无影响。

泵阀耦合瞬变流场下旁通阀动态特性研究

利用计算流体力学软件(CFD)对反应堆冷却剂系统中的泵-旁通阀开展动态特性耦合分析,获得自然来流条件和泵启动来流条件下旁通阀阀瓣的动态特性,掌握瞬变流场时流体对阀瓣作用力矩的变化规律。通过改换阀瓣的材料来优化其质量,使得旁通阀在自然来流条件下可靠开启,有效提高旁通阀的运行稳定性。

取消旁路后的冷却剂温度测量通道调试研究

传统M310核电厂采用旁路测量方式执行关键安全参数-反应堆冷却剂温度的测量。但该方式由于工艺回路复杂、主管道上接管数量多且维修难度大而不满足三代核电的要求,故在华龙一号核电厂中取消了旁路设计为主管道直接测温方式,由此带来反应堆冷却剂温度测量调试的变化。首先介绍了调试的过程并分析了导致调试变化的具体原因,然后针对该变化研究出具体的调试方案,最后论证新调试方案的可行性。论证结果表明:新的调试方案是可行的,且有利于电厂安全运行。

大型搅拌反应器旁路挡板的设计

对大型搅拌反应器中的旁路挡板,从强度、刚度和疲劳3个方面进行分析,对其强度和刚度进行了模型简化并给出了计算公式。针对挡板受到的循环载荷,建立有限元模型,计算了搅拌工况下的应力分布,然后根据载荷循环特性建立疲劳分析模型,通过材料的S-N曲线进行疲劳寿命分析和预测。

关于电厂SCR脱硝设置旁路的必要性分析

介绍了SCR工艺、原理及国外设置反应器旁路的现状,分析了设置反应器旁路的利弊,提出了取消反应器旁路的建议。

漳州核电数字化反应堆保护系统“旁通功能”应用分析

漳州核电采用了"华龙一号"三代核电堆型,其数字化反应堆保护系统(以下简称"安全级DCS")首次使用了中核集团独立设计、研发的"龙鳞平台",用以实现停堆、专设动作等保护功能。"龙鳞平台"创新设计了"旁通功能",包括"通道旁通"和"参数旁通",可以在定期试验、故障处理时,旁通整个保护通道或部分保护参数,减少可能存在的因仪表质量位触发或通道故障等导致的保护动作误动或拒动。但"旁通功能"的使用会使保护逻辑降级,且在中国核电下属核电厂中,从未有过应用经验,存在较大风险。本文就漳州核电安全级DCS的"旁通"功能设计原理,对"旁通功能"的风险、应用可行性进行分析,供未来机组运营时提供借鉴和参考。

棱柱式高温气冷堆堆芯间隙旁流模拟研究

棱柱式高温气冷堆的堆芯由燃料组件砖块分层、分区垒砌组成,考虑到加工误差以及结构装配,组件之间需要保证一定尺寸的间隙,形成的间隙流道将分流一部分堆芯冷却剂流量,简称间隙旁流。间隙旁流是堆芯结构以及堆内构件设计需要分析的重要因素,为了研究其对于反应堆热工流体性能的影响,采用商用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)程序ANSYS CFX针对MHTGR-350(Modular High-Temperature Gas Reactor 350 MWt)堆型堆芯活性区内流动、传热的复杂现象开展三维数值模拟,通过建立组件砖块、燃料孔道、冷却剂通道以及间隙流道的详细模型,计算得到区域内的流量分配以及温度分布情况。选取关键参数开展敏感性分析,结果显示:进入狭长间隙流道的冷却剂流量主要由堆芯的结构布置以及间隙的尺寸大小决定,间隙越大、旁流占比越大,冷却效率越差,燃料的局部温度越高。同时,在反应堆运行寿期内,间隙尺寸将随着组件形变而发生变化,引起堆内温度分布以及出口温度发生波动,间隙越大引起的波动幅度也越大,不利于堆芯运行的安全性和稳定性。