壓水堆核電廠軸向功率偏差控制分析

葉漢平+高鵬威

摘 要：從軸向功率偏差控制的基本原則入手，分析了影響軸向功率偏差變化的因素，分析了軸向功率偏差控制的通用思路，提出了不同工況下軸向功率偏差控制的策略。為運(yùn)行人員在各種工況下控制軸向功率偏差提供了通用思路和控制策略。

關(guān)鍵詞：核電廠；軸向功率偏差；氙振蕩

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.177

1 軸向功率偏移與軸向功率偏差

軸向功率偏移為堆芯上部功率與堆芯下部功率之差除以堆功率，軸向功率偏移不能反映燃料元件的熱應(yīng)力情況。因?yàn)椋M管相同，功率水平不同時(shí)，堆芯上、下部差值的絕對(duì)值也是不相同的，所引起的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力也是不相同的。所以必須引入能代表功率實(shí)際偏差的量，它就是軸向功率偏差△I。

2 軸向功率偏差和R棒棒位控制基本原則

無論何時(shí)，軸向功率偏差不能超出運(yùn)行區(qū)域。為使運(yùn)行更平穩(wěn)，按以下原則進(jìn)行優(yōu)化控制：軸向功率偏差應(yīng)盡量控制在參考值附近，盡量以常AO運(yùn)行，避免發(fā)生軸向氙振蕩；軸向功率偏差的控制優(yōu)先于控制棒棒位的調(diào)整和控制；負(fù)荷變化期間，R棒組可突破運(yùn)行帶及插入報(bào)警的限制；在滿足軸向功率偏差控制要求的前提下，R棒棒位應(yīng)盡量控制在運(yùn)行帶中上部；加強(qiáng)軸向功率偏差的監(jiān)督，主動(dòng)稀釋補(bǔ)償燃耗，控制R棒棒位；功率分布試驗(yàn)前2天，盡量要求R棒棒位控制在運(yùn)行帶中上部，第二循環(huán)參考核設(shè)計(jì)報(bào)告執(zhí)行。

3 影響軸向功率變化的因素

△I 向左因素：提升電功率；一回路平均溫度升高；△I <0時(shí)，氙毒消毒；△I >0時(shí)，氙毒漲毒；插棒（注意：控制棒在中部以下為反作用帶，繼續(xù)插入無效甚至起反作用）；稀釋。△I 向右因素：功率下降；一回路平均溫度降低；△I <0時(shí)，氙毒漲毒；△I >0時(shí)，氙毒消毒；提棒；硼化。燃耗：燃耗為負(fù)反饋效應(yīng)。當(dāng)堆芯下部燃耗大于上部燃耗時(shí)，隨著燃耗加深，△I向右移動(dòng)；當(dāng)堆芯下部燃耗小于上部燃耗時(shí)，隨著燃耗加深，△I向左移動(dòng)。

4 軸向功率偏差控制通用思路

工況改變前：做好充分準(zhǔn)備，△I控制手段要有足夠裕度，如R棒棒位；預(yù)測(cè)△I和氙毒發(fā)展趨勢(shì)，并評(píng)估可干預(yù)手段，采取措施抑制這一趨勢(shì)發(fā)展；正確認(rèn)識(shí)和控制不同工況下各△I的影響因素、控制手段及控制手段特性；掌握壽期末機(jī)組特性和氙振蕩特性。

工況改變過程及改變后：控制△I接近△Iref，一旦發(fā)現(xiàn)△I有偏離△Iref趨勢(shì)時(shí)立即采取應(yīng)對(duì)措施，在偏離的最初階段采取措施是抑制氙振蕩的最佳時(shí)機(jī)；功率越高發(fā)生氙振蕩幾率越大，必要時(shí)降低功率抑制氙振蕩；控制△I的過程中，每次反應(yīng)性引入量不要過大，以防止產(chǎn)生過大的氙振蕩；必要時(shí)可使一回路偏熱或偏冷抑制氙振蕩；避免在不當(dāng)時(shí)機(jī)使用不當(dāng)控制手段導(dǎo)致△I走向惡化；充分利用氙毒效應(yīng)；△I控制在必要時(shí)等待毒物變化，不可強(qiáng)行提升功率或者提棒。

反應(yīng)堆特性：功率變化速率越大，越易發(fā)生氙振蕩；壽期末，由于稀釋效應(yīng)減弱、慢化劑溫度效應(yīng)增強(qiáng)、氙振蕩增強(qiáng)，控制難度增加；壽期末降負(fù)荷運(yùn)行時(shí)降功率速率應(yīng)控制在1MW/min左右。

5 不同工況下軸向功率控制策略

5.1 硼化降功率時(shí)△I控制策略

主要風(fēng)險(xiǎn)：△I超出右限線，尤其是壽期初漲毒階段超出右限線。降功率前策略：在計(jì)劃降功率前，運(yùn)行點(diǎn)置于△Iref偏左位置；降功率前，R棒置于較高位置；準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氙毒變化，制定不同階段的硼化量和速率；降功率前要避免△I有向右方向振蕩趨勢(shì)，以避免△I超出右限。降低功率過程控制策略：控制一回路溫度稍微大于Tref，以減少慢化劑溫度降低的效應(yīng)：先以較低的速率降低汽機(jī)負(fù)荷，維持一回路過熱；降功率速率盡可能慢（<5MW/min），以減少氙的積累，尤其是壽期末降功率速率應(yīng)更慢；在降低功率過程中，適當(dāng)插入R棒以控制△I接近△Iref ：先以較低的速率降低汽機(jī)負(fù)荷，當(dāng)Tavg過熱時(shí)插入R棒，使得△I向左偏移，同時(shí)硼化一定量繼續(xù)降低功率，通過硼化和適當(dāng)調(diào)整R棒棒位控制△I接近△Iref。

5.2 稀釋升功率時(shí)△I控制策略

主要風(fēng)險(xiǎn)：氙振蕩嚴(yán)重時(shí)，可能超出左限線。升功率前策略： 在計(jì)劃升功率前，運(yùn)行點(diǎn)置于△Iref位置；升功率前R棒置于較低位置；請(qǐng)物理人員提供氙毒變化預(yù)測(cè)支持，據(jù)此制定不同階段的稀釋速率和停留平臺(tái)；升功率前要避免△I向左方向振蕩趨勢(shì)，以避免△I超出左限。升功率過程控制策略：升功率速率盡可能慢（<5MW/min），以減少氙的變化在升功率過程中，適當(dāng)提升R棒以控制△I左移，使△I接近△Iref，必要時(shí)可以R棒手動(dòng)，以利于△I控制：合理控制稀釋量和升功率時(shí)機(jī)，例如先汽機(jī)升負(fù)荷，提升R棒，然后稀釋，如此反復(fù)，維持△I接近△Iref；升功率過程，盡量減少稀釋量，利用氙毒消毒來增加功率。開始的速率可以慢些，后期利用氙毒消毒可以加快升功率速率或者減少稀釋速率，接近目標(biāo)負(fù)荷后（20—30MWe），停止稀釋，等待氙毒的消耗，根據(jù)氙毒消耗的速率升功率到目標(biāo)負(fù)荷；升功率結(jié)束后的控制策略：消毒的初始階段需要使用硼化平衡反應(yīng)性及穩(wěn)定△I，必要時(shí)手動(dòng)上提R棒；中毒階段，△I向右偏移，利用稀釋平衡反應(yīng)性及穩(wěn)定△I，必要時(shí)可手動(dòng)下插R棒。

6 結(jié)語

壓水堆核電廠反應(yīng)堆軸向功率偏差的運(yùn)行控制有其特點(diǎn)與難點(diǎn)，特別是在反應(yīng)堆整個(gè)循環(huán)燃料本身的組成變化、毒物的增多、燃耗變化、控制棒價(jià)值、硼濃度等因素影響下，軸向功率偏差就更加困難。通過上述的分析，為各種工況下控制軸向功率偏差提供了通用思路和控制策略，可以確保整個(gè)控制過程嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)格書的規(guī)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭福裕.壓水堆核電廠運(yùn)行物理[M].北京：原子能出版社，2009.

[2]江孝生.軸向功率偏差控制技術(shù)導(dǎo)則[G].福建福清核電有限公司，2016.

作者簡介：葉漢平（1987-），男，湖北洪湖人，本科，工程師，研究方向：核電廠運(yùn)行。endprint