談核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制

于盛展

【摘 要】論文主要對多種核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制原理以及運(yùn)行模式進(jìn)行了研究，并對堆型的負(fù)荷跟蹤運(yùn)行控制特點(diǎn)進(jìn)行了分析，了解了機(jī)組參與調(diào)峰、調(diào)頻的可行性及其中存在的一些問題，為我國核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤控制技術(shù)的發(fā)展提供了參考依據(jù)。

【Abstract】 In this paper， the load tracking control principle and operation mode of various nuclear power units are studied， and the characteristics of load tracking operation control of reactor type are analyzed， and the feasibility of unit participating in peak and frequency regulation and some existing problems are understood， so as to provide some reference for the development of load tracking control technology of nuclear power units in China.

【關(guān)鍵詞】核電機(jī)組;負(fù)荷;跟蹤控制

【Keywords】 nuclear power unit; load; tracking control

【中圖分類號(hào)】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）04-0144-02

1 引言

近年來，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)我國核電企業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，我們需要對核電機(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，還對負(fù)荷的跟蹤過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]。

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)行模式并沒有真正地投入到核電機(jī)組的跟跟蹤控制系統(tǒng)中。

MODE G運(yùn)行模式是法國法馬通公司提出的，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)組帶來的影響，同時(shí)便于控制系統(tǒng)對軸向功率的偏移，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)行控制的過程中主要是利用G棒組以及R棒組，通過對兩者的控制達(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，從而對該核電機(jī)組造成影響。MODE A與MODE G的性能對比見表1。

[ 電網(wǎng)需求 MODE G MODE A 負(fù)荷跟蹤運(yùn)行 功率變化范圍（額定功率）/% 30～100 30～100 變化速率（額定功率）·min-1 0.3 2 旋轉(zhuǎn)備用能力 功率水平和功率升高速率 15%～22%時(shí)5%/min，更高的速率受到硼稀釋的限制 以5%/min返回到滿功率 頻率控制 自動(dòng)頻率控制（功率變化范圍）/% ±3 ±5 變化速率/%·min-1 ±3 1 ]

2.4 美國AP1000的MSHIM運(yùn)行模式

MSHIM運(yùn)行模式簡化了對于硼濃度的控制，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，對于硼濃度的控制也是一大難點(diǎn)。在研究與設(shè)計(jì)的過程中，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

總而言之，在核電企業(yè)不斷發(fā)展的過程中我們要不斷地對核電機(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)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】錢耀，呂迪.大型核電壓水堆的負(fù)荷跟蹤控制模式分析[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2015（08）：23-25.