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力情況。因為，盡管相同，功率水平不同時，堆芯上、下部差值的絕對值也是不相同的，所引起的熱應力和機械應力也是不相同的。所以必須引入能代表功率實際偏差的量，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，軸向功率偏差不能超出運行區(qū)域。為使運行更平穩(wěn)，按以下原則進行優(yōu)化控制：軸向功率偏差應盡量控制在參考值附近，盡量以常AO運行，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整和控制；負荷變化期間，R棒組可突破運行帶及插入報警的限制；在滿足軸向功率偏差控制要求的前提下，R棒棒位應盡量控制在運行帶中上部；加強軸向功率偏差的監(jiān)督，主動稀釋補償燃耗，控制R棒棒位；功率分布試驗前2天，盡量要求R棒棒位控制在運行帶中上部，第二循環(huán)參考核設計報告執(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，氙毒消毒；△I >0時，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，氙毒漲毒；△I >0時，氙毒消毒；提棒；硼化。燃耗：燃耗為負反饋效應。當堆芯下部燃耗大于上部燃耗時，隨著燃耗加深，△I向右移動；當堆芯下部燃耗小于上部燃耗時，隨著燃耗加深，△I向左移動。

4 軸向功率偏差控制通用思路

工況改變前：做好充分準備，△I控制手段要有足夠裕度，如R棒棒位；預測△I和氙毒發(fā)展趨勢，并評估可干預手段，采取措施抑制這一趨勢發(fā)展；正確認識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△I有偏離△Iref趨勢時立即采取應對措施，在偏離的最初階段采取措施是抑制氙振蕩的最佳時機；功率越高發(fā)生氙振蕩幾率越大，必要時降低功率抑制氙振蕩；控制△I的過程中，每次反應性引入量不要過大，以防止產生過大的氙振蕩；必要時可使一回路偏熱或偏冷抑制氙振蕩；避免在不當時機使用不當控制手段導致△I走向惡化；充分利用氙毒效應；△I控制在必要時等待毒物變化，不可強行提升功率或者提棒。

反應堆特性：功率變化速率越大，越易發(fā)生氙振蕩；壽期末，由于稀釋效應減弱、慢化劑溫度效應增強、氙振蕩增強，控制難度增加；壽期末降負荷運行時降功率速率應控制在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△I控制策略

主要風險：△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：在計劃降功率前，運行點置于△Iref偏左位置；降功率前，R棒置于較高位置；準確預測氙毒變化，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，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：先以較低的速率降低汽機負荷，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更慢；在降低功率過程中，適當插入R棒以控制△I接近△Iref ：先以較低的速率降低汽機負荷，當Tavg過熱時插入R棒，使得△I向左偏移，同時硼化一定量繼續(xù)降低功率，通過硼化和適當調整R棒棒位控制△I接近△Iref。

5.2 稀釋升功率時△I控制策略

主要風險：氙振蕩嚴重時，可能超出左限線。升功率前策略： 在計劃升功率前，運行點置于△Iref位置；升功率前R棒置于較低位置；請物理人員提供氙毒變化預測支持，據此制定不同階段的稀釋速率和停留平臺；升功率前要避免△I向左方向振蕩趨勢，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，適當提升R棒以控制△I左移，使△I接近△Iref，必要時可以R棒手動，以利于△I控制：合理控制稀釋量和升功率時機，例如先汽機升負荷，提升R棒，然后稀釋，如此反復，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，接近目標負荷后（20—30MWe），停止稀釋，等待氙毒的消耗，根據氙毒消耗的速率升功率到目標負荷；升功率結束后的控制策略：消毒的初始階段需要使用硼化平衡反應性及穩(wěn)定△I，必要時手動上提R棒；中毒階段，△I向右偏移，利用稀釋平衡反應性及穩(wěn)定△I，必要時可手動下插R棒。

6 結語

壓水堆核電廠反應堆軸向功率偏差的運行控制有其特點與難點，特別是在反應堆整個循環(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，可以確保整個控制過程嚴格遵守技術規(guī)格書的規(guī)定。

參考文獻：

[1]鄭福裕.壓水堆核電廠運行物理[M].北京：原子能出版社，2009.

[2]江孝生.軸向功率偏差控制技術導則[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：核電廠運行。endprint