談核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制

于盛展

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116319）

1 引言

近年來(lái)，隨著裝機(jī)比例的增高，核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤能力逐漸成為影響整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素，對(duì)于電網(wǎng)與電源結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及核電企業(yè)自身的發(fā)展等都有著較大的影響，為了促進(jìn)我國(guó)核電企業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，我們需要對(duì)核電機(jī)組的負(fù)荷跟蹤控制能力進(jìn)行綜合探討，了解不同跟蹤控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，從中吸取經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)本企業(yè)的核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)的開(kāi)展。

2 常軸向偏差控制技術(shù)

負(fù)荷運(yùn)行的控制計(jì)劃是在20 世紀(jì)80 年代由美國(guó)一家公司提出的，該公司名為西屋公司，這個(gè)方案的提出對(duì)于核電企業(yè)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。之后在1974 年發(fā)表的WCAP-8403 報(bào)告中，不僅具體講述了核電機(jī)組的堆芯公路分部控制，還對(duì)負(fù)荷的跟蹤過(guò)程以及控制棒組的運(yùn)行程序等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這一報(bào)告的發(fā)表也推進(jìn)了核電機(jī)組控制的發(fā)展。兩年后，該公司在Indiana point unit2 上正式應(yīng)用了該控制方案，然后又針對(duì)負(fù)荷跟蹤進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究，隨后又發(fā)明了兩種負(fù)荷跟蹤運(yùn)行模式，一種是MODE A，另一種是MODE B。

2.1 MODE A 運(yùn)行模式

MODE A 的運(yùn)行模式功率控制系統(tǒng)原理如圖1 所示。通過(guò)觀察此圖可以發(fā)現(xiàn)，為了使控制堆芯的溫度可以保持在平均溫度，使用了四個(gè)重疊的控制棒組，同時(shí)還可以達(dá)到反應(yīng)堆功率自動(dòng)控制的目的；想要滿足所需的功率分布狀況，則需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)硼濃度；硼有一個(gè)特點(diǎn)，在跟蹤控制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中硼的濃度變化反應(yīng)較慢，化容系統(tǒng)中反應(yīng)堆冷卻劑很大程度上限制了硼稀釋的速度。在遇到高燃耗狀態(tài)時(shí)，硼濃度過(guò)低會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)功率的提升；控制棒組件的插入深度也是有規(guī)定限制的，所以這對(duì)于功率提升的速度產(chǎn)生了很大的限制作用，特別是在低功率運(yùn)行的狀況下，要想在短時(shí)間內(nèi)將功率提升上去，就需要在硼濃度稀釋前使控制棒抽出較多的堆芯，由此一來(lái)又會(huì)使功率升高的速度明顯下降。因此我們能夠得出結(jié)論：要想保證MODE A 負(fù)荷跟蹤模式高效運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)將其應(yīng)用于自身帶有基本負(fù)荷的壓水反應(yīng)堆核電機(jī)組，因?yàn)樗粌H具有負(fù)荷跟蹤能力，還有相應(yīng)的調(diào)頻能力[1]。

圖1 MODE A 運(yùn)行模式的功率（平均溫度）控制系統(tǒng)原理

2.2 MODE B 運(yùn)行模式

MODE B 的運(yùn)行原理是與MODE A 的基本原理相同，只是MODE B 在運(yùn)行過(guò)程中引入了短棒，這就使得整個(gè)模式的運(yùn)行靈活性得到了提高，并且使得功率的上升速度得到了很大提高。即使如此，由于堆芯內(nèi)部換成了短棒，使得堆芯中間的功率浮動(dòng)性變強(qiáng)，但是反映軸向偏差的模擬量值卻不會(huì)發(fā)生變化（圖2），所以這也導(dǎo)致MODE B 運(yùn)行模式并沒(méi)有真正地投入到核電機(jī)組的跟跟蹤控制系統(tǒng)中。

圖2 短棒可能引入的功率分布

2.3 MODE G 運(yùn)行模式

MODE G 運(yùn)行模式是法國(guó)法馬通公司提出的，這個(gè)運(yùn)行模式被應(yīng)用到了第二代的核電機(jī)組中。MODE G 運(yùn)行模式引入了灰棒組G1、G2、N1、N2，灰棒組的引入很大程度上降低了功率分布帶來(lái)的不良影響，在該模式中，N1與N2是黑棒。為了盡可能減輕軸向功率分布給機(jī)組帶來(lái)的影響，同時(shí)便于控制系統(tǒng)對(duì)軸向功率的偏移，灰棒組主要采用了重疊的方法進(jìn)行插入?？刂茩C(jī)組溫度的主要是控制棒R，它具有獨(dú)立性，可以進(jìn)一步對(duì)堆芯的反應(yīng)性產(chǎn)生作用。通常情況下，R 棒組的反應(yīng)性非常強(qiáng)，所以在操作中會(huì)受到一定的限制，以免造成不良影響。

MODE G 運(yùn)行模式在進(jìn)行控制的過(guò)程中主要是利用G 棒組以及R 棒組，通過(guò)對(duì)兩者的控制達(dá)到調(diào)節(jié)堆芯溫度的作用。1981 年，特利卡斯坦電站3 號(hào)核電機(jī)組安裝了一個(gè)雙模式控制裝備，該裝備能夠同時(shí)利用MODE A 和MODE G 對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行控制。這使得兩個(gè)運(yùn)行控制模式的優(yōu)點(diǎn)得到了有效發(fā)揮，很大程度上提高了核電機(jī)組的跟蹤控制系統(tǒng)運(yùn)行效率。不論功率大小，MODE G 都可以完成負(fù)荷跟蹤，同時(shí)可以在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)功率的改變。但是其中也存在著一定的缺點(diǎn)，當(dāng)在慢負(fù)荷情況下進(jìn)行跟蹤時(shí)，MODE G 就會(huì)產(chǎn)生較多的廢液，從而對(duì)該核電機(jī)組造成影響。MODE A 與MODE G 的性能對(duì)比見(jiàn)表1。

2.4 美國(guó)AP1000 的MSHIM 運(yùn)行模式

MSHIM 運(yùn)行模式簡(jiǎn)化了對(duì)于硼濃度的控制，在這種運(yùn)行模式下硼濃度的變化只應(yīng)用到起動(dòng)、關(guān)閉和燃耗中，在這種模式的運(yùn)行中所使用的也是灰棒組，其功率在大于15%時(shí)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)控制。

為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆功率控制以及軸向功率的分布控制，需要控制棒控制系統(tǒng)對(duì)堆芯的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高該運(yùn)行模式的跟蹤控制效率。核電機(jī)組出現(xiàn)高負(fù)荷狀況時(shí)會(huì)出現(xiàn)甩負(fù)荷狀況，這種狀況下功率控制系統(tǒng)會(huì)向控制棒系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)提前釋放控制棒，從而達(dá)到快速減小反應(yīng)堆功率的效果。

3 核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)

由以上幾組針對(duì)核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制技術(shù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，核電機(jī)組負(fù)荷技術(shù)完成對(duì)反應(yīng)堆功率的調(diào)節(jié)依據(jù)的電網(wǎng)的具體需求，并由此達(dá)到控制放射性廢水過(guò)度排放的目的。核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制技術(shù)的實(shí)施中會(huì)遇到很多的問(wèn)題與困難，比如，想要實(shí)現(xiàn)功率水平和功率分布的解耦控制是較難的，對(duì)于硼濃度的控制也是一大難點(diǎn)。在研究與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相關(guān)工作人員需要從多方面進(jìn)行考慮，想要實(shí)現(xiàn)核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行，還需要不斷探索。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在核電企業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中我們要不斷地對(duì)核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行研究與創(chuàng)新，從已有的系統(tǒng)試驗(yàn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出更加高效、實(shí)用的跟蹤控制系統(tǒng)。