M310核電機(jī)組棒控系統(tǒng)故障對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響與應(yīng)對(duì)策略

高照 李鳳山 張紅樂(lè)

摘 要：核電廠棒控系統(tǒng)是用以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率的最重要、最靈活的手段。其安全功能在于，當(dāng)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作后，所有停堆棒和調(diào)節(jié)棒都迅速掉入堆芯，以此來(lái)迅速引入足夠的負(fù)反應(yīng)性，使反應(yīng)堆達(dá)到一個(gè)安全的停堆狀態(tài)。由于棒控系統(tǒng)直接關(guān)系到核電廠機(jī)組運(yùn)行時(shí)反應(yīng)堆正常的反應(yīng)性控制和負(fù)荷跟蹤，而且棒控系統(tǒng)的不正常工作直接影響核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重的可導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，造成停堆等事故的發(fā)生。因此，該文以秦山第二核電廠運(yùn)行機(jī)組為例，論述了棒控系統(tǒng)運(yùn)行期間一些可能發(fā)生的故障和這些故障對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，以及運(yùn)行人員應(yīng)做出的響應(yīng)和處理方法。

關(guān)鍵詞：棒控系統(tǒng) 控制棒失步 卡棒 控制棒失控抽出

中圖分類號(hào)：TL37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（a）-0081-01

對(duì)于秦山二期的反應(yīng)堆堆芯的反應(yīng)性或功率控制而言，棒控系統(tǒng)是最重要、最靈活的手段。棒控系統(tǒng)的不正常工作直接影響核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重的可導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。這就要求操縱員對(duì)棒控系統(tǒng)有一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)，并且在遇到棒控系統(tǒng)故障現(xiàn)象時(shí)，要有正確的響應(yīng)措施。因此在運(yùn)行過(guò)程中我們必需重視該系統(tǒng)的任何故障，以提高機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 系統(tǒng)概述

完整的棒控系統(tǒng)包括：棒位部分、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（CRDM）、棒控部分、功率調(diào)節(jié)設(shè)備。反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)是通過(guò)控制反應(yīng)堆平均溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同的功率水平對(duì)應(yīng)一定的平均溫度。功率調(diào)節(jié)部分通過(guò)整定和比對(duì)一/二回路間的溫度差，產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)，再通過(guò)棒控部分進(jìn)行邏輯運(yùn)算后，產(chǎn)生具體的控制棒的移動(dòng)方向和移動(dòng)速率的控制信號(hào)，最終由CRDM部分來(lái)實(shí)現(xiàn)具體控制棒提升與下插動(dòng)作。

就控制棒棒束的分組而言，控制棒共有33束。兩組共8束停堆棒，反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)提到堆頂，停堆時(shí)從堆頂?shù)袈?，加大停堆裕度；其他四組共25束是調(diào)節(jié)棒束，用于調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率。

2 故障分析與應(yīng)對(duì)

2.1 控制棒失步

控制棒失步是指單個(gè)棒束離開(kāi)其棒組滑動(dòng)一步或多步，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中單個(gè)棒束保持不動(dòng)或與其棒組產(chǎn)生錯(cuò)位?？刂瓢羰Р綍?huì)在堆芯中產(chǎn)生一個(gè)不利的功率分布，如果不采取措施有可能會(huì)超過(guò)堆芯的安全限制。

如果發(fā)現(xiàn)棒位顯示有失步情況。應(yīng)該馬上通過(guò)對(duì)外核測(cè)通道或者堆芯出口熱電偶來(lái)驗(yàn)證是否真的出現(xiàn)失步，同時(shí)應(yīng)密切相關(guān)參數(shù)是否滿足運(yùn)行限制。并優(yōu)先執(zhí)行以下操作：禁止提升功率；暫停二回路負(fù)荷變化；控制棒至手動(dòng)方式，有必要時(shí)利用稀釋、硼化方式平衡一、二回路功率；對(duì)于可能棒位低于插入限值的情況，為了滿足一定的停堆裕度，必須降低功率，建立一種新的與之相適應(yīng)的控制棒棒位。之后及時(shí)通知儀控人員查找故障原因，并進(jìn)行失步校正。

2.2 控制棒卡棒

在正常運(yùn)行期間發(fā)生此類故障意味著一回路將不能進(jìn)行自動(dòng)的負(fù)荷跟蹤，將會(huì)引起一二回路功率的不平衡。這個(gè)故障包括控制棒不能下插和不能提升兩種情況，這里分別闡述：對(duì)于判斷控制棒不能下插的故障，由于一回路會(huì)出現(xiàn)功率過(guò)高、過(guò)熱的現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓器的水位和壓力會(huì)上升、二回路蒸汽壓力上升等現(xiàn)象。如果不做人為的干預(yù)，勢(shì)必會(huì)引起機(jī)組瞬態(tài)的發(fā)生，直至引起反應(yīng)堆停堆保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制棒組不能下插時(shí)，操縱員首先應(yīng)停止二回路的一切提升功率操作，并將控制棒置于手動(dòng)，如果棒組能響應(yīng)手動(dòng)控制，就使用手動(dòng)方式插入棒組，使機(jī)組恢復(fù)到平衡工況；如果棒組無(wú)法響應(yīng)手動(dòng)，則需要通過(guò)啟動(dòng)REA系統(tǒng)的硼化功能，調(diào)整硼濃度來(lái)恢復(fù)到平衡工況，鑒于改變硼濃度的方式響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，緊急時(shí)也可以考慮汽機(jī)將負(fù)荷的方式，來(lái)穩(wěn)定機(jī)組。

不能上提正好與不能下插故障相反，故障現(xiàn)象集中體現(xiàn)在了一回路過(guò)冷上。此時(shí)，除了會(huì)出現(xiàn)由于一回路水體積的收縮外，更為需要注意的是反應(yīng)堆的溫度效應(yīng)可能引起的核功率上升。當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制棒組不能上提時(shí)，操縱員首先應(yīng)查看是否有相應(yīng)的控制棒禁止邏輯信號(hào)存在。然后再置于手動(dòng)，同樣需要通過(guò)其他手段來(lái)平衡功率。

2.3 控制棒落棒

當(dāng)單個(gè)棒束或控制棒組落入堆芯時(shí)，堆芯功率和反應(yīng)性將立即降低。如果沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作，反應(yīng)堆冷卻劑和二次側(cè)系統(tǒng)之間的不平衡將使堆芯入口溫度下降。此后在反饋效應(yīng)和其他能夠正常運(yùn)行的控制棒組的動(dòng)作下，核功率將上升，功率將重返初始水平，并可能超過(guò)初始值。如果不對(duì)反應(yīng)堆堆芯采取保護(hù)，除局部功率增加之外，單個(gè)棒束或控制棒組下落引起的徑向功率分布畸變。在控制棒落棒瞬態(tài)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)堆核功率變化很快是該故障的顯著特征。

對(duì)于運(yùn)行人員而言，如果發(fā)生落棒事故后，反應(yīng)堆還沒(méi)有停堆，而且發(fā)現(xiàn)是兩束或兩束以上的棒束下落，則根據(jù)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定應(yīng)立即后撤到熱停堆。如果僅僅是一束棒束下落，首先應(yīng)根據(jù)落棒時(shí)的具體情況降低汽機(jī)負(fù)荷，維持平衡，再區(qū)分是停堆棒束還是調(diào)節(jié)棒組然后分別采取措施。

3.4 控制棒組失控抽出

一組控制棒組件抽出事故定義為由于控制棒抽出引起堆芯內(nèi)反應(yīng)性失控增加，從而導(dǎo)致核功率劇增的事故。功率運(yùn)行時(shí)控制棒組失控抽出將導(dǎo)致堆芯熱流密度增加。由于在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力達(dá)到釋放閥或安全閥的整定值以前，蒸汽發(fā)生器的排熱滯后于堆芯功率的增加，因此反應(yīng)堆一回路冷卻劑的溫度和壓力有一定的增加。如果不采取手動(dòng)或自動(dòng)方式中止控制棒組的失控抽出，功率失配以及隨之產(chǎn)生的反應(yīng)堆冷卻劑溫度上升最終將導(dǎo)致偏離泡核沸騰發(fā)生。因此，為了避免燃料包殼損壞，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)在DNBR值低于限值之前終止該事故瞬態(tài)。

雖然從反應(yīng)堆安全角度考慮，即使發(fā)生此類故障，只要保護(hù)系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)就不會(huì)突破所謂的安全限制。但是，因此所產(chǎn)生的瞬態(tài)，我們還是應(yīng)該引起足夠的重視。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一組控制棒束連續(xù)不斷地提升時(shí)，操縱員首先應(yīng)將控制棒置于手動(dòng)，如果有故障的棒組在轉(zhuǎn)到手動(dòng)時(shí)停止提升，在現(xiàn)場(chǎng)邏輯柜上配合下插該棒組，以恢復(fù)到平衡工況，然后尋找故障原因，進(jìn)行必要的修理；若棒控轉(zhuǎn)到手動(dòng)時(shí)，連續(xù)提升的棒組沒(méi)有停止，則操縱員應(yīng)立即執(zhí)行緊急停堆。

3 結(jié)論

當(dāng)出現(xiàn)棒控系統(tǒng)的任何故障時(shí)，操縱員決不能增加反應(yīng)堆功率。對(duì)于控制棒應(yīng)慎重的置于手動(dòng)控制，在瞬態(tài)中應(yīng)該首先判斷控制棒能否正確的響應(yīng)對(duì)二回路的負(fù)荷跟蹤。如果控制棒不能操作，就必需及時(shí)改變硼濃度來(lái)維持一回路和二回路之間的平衡，必要時(shí)也可已考慮通過(guò)升降二回路負(fù)荷的方式平衡功率。故障排除后，在重新提升功率前，在儀控人員配合下，畫(huà)出堆芯內(nèi)中子通量密度分布圖，確認(rèn)沒(méi)有異常的功率分布后方可恢復(fù)到正常運(yùn)行工況。

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