壽期末降功率Δ I控制分析

摘 要：文章介紹了反應堆軸向功率偏差ΔI的定義以及相關的物理概念、影響因素。反應堆軸向功率偏差的運行控制有其自身的特點和難點，特別是在反應堆循環壽期末，Δ I的控制更加困難。本文結合機組實際情況分享Δ I控制經驗。

關鍵詞：Δ I控制；控制棒；硼濃度；氙毒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.243

1 軸向功率偏差Δ I

Δ I 的控制是一個難點，同時也是一個重點，是每一位主控操縱員必須掌握的操作技能。良好的控制Δ I才能使堆芯在整個壽期內按既定的燃料管理方案合理、均衡、充分的燃燒，從而保證最大的經濟性，保證機組安全可靠的連續運行。

Δ I的定義如下：假如PH代表堆芯上部核功率，PB代表堆芯下部功率，Pn代表堆芯的額定功率，則軸向功率偏差ΔI可表示為：

由此可見，軸向功率偏差ΔI的變化與堆芯軸向功率分布有關：

Δ I >0，表示堆芯上半部核功率PH大于堆芯下半部核功率PB；Δ I <0 時正好相反。

2 Δ I的影響因素

Δ I主要受一下幾個因素影響：

控制棒棒位：功率變化期間對Δ I的影響取決于棒位變化，提棒使ΔI趨正，插棒使Δ I趨負。但控制棒插入過深則會起到反作用。 硼濃度：通過硼化或稀釋使得堆芯上、下部引入的反應性不平衡，但影響極小。功率虧損：主要通過慢化劑溫度效應來影響軸向功率分布。 毒物：堆芯內主要的中子毒物是氙和釤，而氙毒在升降功率過程中對軸向功率分布影響較大。

3 降功率過程中Δ I的控制體會

機組狀態：電功率1068MWe，RPN核功率約98%Pn，堆芯熱功率大表2840MW，R棒221/220步，R棒調節帶為197-220步，G棒在堆頂，堆芯為氙平衡狀態，一回路硼濃度73ppm，Δ I約為+1.7%，在1線與預警線之間，上部功率略大于下部功率。

降功率過程Δ I和氙振蕩過程描述：降功率過程中，G棒隨功率的下降而下插，而此時R棒維持不動，而此時操作員也需要進行干預，當功率下降980MW，G棒下插至197步時，考慮到R棒棒位太高，不利于降至目標負荷后漲毒期間的調節，以及G棒下插太深，趕棒的時間太長。開始根據功率的變化調節1RGL007KU，保持G棒不動，讓R棒緩慢下插，Δ I一值向左走，向左最多到達-5%左右。到達目標值920MW后，R棒穩定在210步，之后氙毒效果開始顯現，根據一二回路的溫度偏差開始調節1RGL007KU，使G棒上提來抵消漲毒，隨著G棒上提，Δ I開始向右移動，一個半小時之后，G棒到達堆頂，在此過程中未進行硼化稀釋操作，Δ I波動較小，R棒棒位也比較理想。

由于在壽期末升降功率過程中，控制棒的快速動作很容易引發氙震蕩，在發現氙震蕩后，當Δ I向右移動至+3%時，開始進行稀釋操作，分三次共稀釋6t，Δ I開始向左震蕩。而此時還在漲毒，R棒繼續下插，由于R棒棒位在210步，在到達氙峰時可保證R棒仍處于調節帶內。而在之后的消毒階段，進行適量的硼化可使R棒在調節帶內。雖然發生了氙震蕩，但振幅較小，通過硼化和稀釋就可以控制氙震蕩，干預也相對容易。

福清核電G模式運行，其特點是： R棒和G棒連同硼濃度的調節共同構成對反應性的協同控制，既高了電站負荷跟蹤能力，也易于控制軸向功率不超過限值。于是在降功率時我們有兩種方法可選：

方案1：硼化降功率，在降功率之前先根據核設計手冊計算硼化量和硼化速率，少量多次根據溫度偏差進行硼化。這種方法是實際機組上較為常用的一種方法，如果控制的足夠好，可以使Δ I沿平行于Δ I ref1線（福清核電Δ I控制要求）的軌跡向下移動，達到良好的控制效果。

但是當到達目標負荷后，在壽期末硼濃度如此低的情況下，需要大量的稀釋來補償漲毒的效應，會產生大量的廢水。而且在壽期末稀釋的效果不是特別明顯，加之若R棒初始棒位已較高，在漲毒期間極可能導致R提至堆頂，R棒失去調節功能，為應對此情況，需根據情況提前稀釋。

方案2：G棒跟隨降功率，降功率過程中Δ I會一直向左移動，若降功率數值較小（300MW以內）Δ I也是偏安全。另外在到達目標負荷后，漲毒階段我們可以通過調1RGL007KU使G棒上提來補償，此時Δ I會向右移動。若只在此功率平臺短暫停留后需再次升至滿功率（如主變、高抗等復役等過程），使用此方法可以大大減少稀釋了，減少核電廠放射性廢水的排放量。但此種方法Δ I左右移動的幅度較大，對功率分布影響加大，且易引起氙振蕩。

4 小結

（1）降功率會使上部功率相對增加，Δ I向右；降功率過程中G棒下插、R棒下插使Δ I向左；因此在降功率過程中盡量使這兩種效應相互抵消，減少Δ I大幅波動；

（2）由于在壽期末功率變化和棒位變化極易引發氙震蕩，而R棒是抑制氙震蕩最重要的手段，因此R棒的棒位一定要在調節帶中間偏下，這樣R棒有足夠的裕量可以通過上提或者下插來抑制氙震蕩。

（3）在壽期末，降功率速率較大會導致Δ I控制困難，同時R棒動作也會較為劇烈，對控制和反應堆安全都不利，壽期末負荷變化應盡量慢，盡量以電網能接受的最低速率降功率。

參考文獻：

[1]陳自強，陳成.壓水堆核電廠壽期末堆芯軸向功率偏差控制[J].核科學與工程，2012（A01）：63-70.

[2]鄭福裕.壓水堆核電廠運行物理[M].北京：原子能出版社，2009.

作者簡介：段超（1986-），男，云南楚雄人，主控室操縱員。