M310核電機組棒控系統故障對機組運行的影響與應對策略

高照 李鳳山 張紅樂

摘 要：核電廠棒控系統是用以調節反應堆功率的最重要、最靈活的手段。其安全功能在于，當反應堆保護系統動作后，所有停堆棒和調節棒都迅速掉入堆芯，以此來迅速引入足夠的負反應性，使反應堆達到一個安全的停堆狀態。由于棒控系統直接關系到核電廠機組運行時反應堆正常的反應性控制和負荷跟蹤，而且棒控系統的不正常工作直接影響核電站的安全穩定運行，嚴重的可導致保護動作，造成停堆等事故的發生。因此，該文以秦山第二核電廠運行機組為例，論述了棒控系統運行期間一些可能發生的故障和這些故障對機組運行的影響，以及運行人員應做出的響應和處理方法。

關鍵詞：棒控系統 控制棒失步 卡棒 控制棒失控抽出

中圖分類號：TL37 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0081-01

對于秦山二期的反應堆堆芯的反應性或功率控制而言，棒控系統是最重要、最靈活的手段。棒控系統的不正常工作直接影響核電站的安全穩定運行，嚴重的可導致保護動作。這就要求操縱員對棒控系統有一個充分的認識，并且在遇到棒控系統故障現象時，要有正確的響應措施。因此在運行過程中我們必需重視該系統的任何故障，以提高機組的安全穩定運行。

1 系統概述

完整的棒控系統包括：棒位部分、控制棒驅動機構（CRDM）、棒控部分、功率調節設備。反應堆功率調節實質是通過控制反應堆平均溫度來實現的。不同的功率水平對應一定的平均溫度。功率調節部分通過整定和比對一/二回路間的溫度差，產生相應控制信號，再通過棒控部分進行邏輯運算后，產生具體的控制棒的移動方向和移動速率的控制信號，最終由CRDM部分來實現具體控制棒提升與下插動作。

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，反應堆正常運行時提到堆頂，停堆時從堆頂掉落，加大停堆裕度；其他四組共25束是調節棒束，用于調節反應堆功率。

2 故障分析與應對

2.1 控制棒失步

控制棒失步是指單個棒束離開其棒組滑動一步或多步，在運動過程中單個棒束保持不動或與其棒組產生錯位。控制棒失步會在堆芯中產生一個不利的功率分布，如果不采取措施有可能會超過堆芯的安全限制。

如果發現棒位顯示有失步情況。應該馬上通過對外核測通道或者堆芯出口熱電偶來驗證是否真的出現失步，同時應密切相關參數是否滿足運行限制。并優先執行以下操作：禁止提升功率；暫停二回路負荷變化；控制棒至手動方式，有必要時利用稀釋、硼化方式平衡一、二回路功率；對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的控制棒棒位。之后及時通知儀控人員查找故障原因，并進行失步校正。

2.2 控制棒卡棒

在正常運行期間發生此類故障意味著一回路將不能進行自動的負荷跟蹤，將會引起一二回路功率的不平衡。這個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：對于判斷控制棒不能下插的故障，由于一回路會出現功率過高、過熱的現象，會出現穩壓器的水位和壓力會上升、二回路蒸汽壓力上升等現象。如果不做人為的干預，勢必會引起機組瞬態的發生，直至引起反應堆停堆保護動作。當發現控制棒組不能下插時，操縱員首先應停止二回路的一切提升功率操作，并將控制棒置于手動，如果棒組能響應手動控制，就使用手動方式插入棒組，使機組恢復到平衡工況；如果棒組無法響應手動，則需要通過啟動REA系統的硼化功能，調整硼濃度來恢復到平衡工況，鑒于改變硼濃度的方式響應時間較長，緊急時也可以考慮汽機將負荷的方式，來穩定機組。

不能上提正好與不能下插故障相反，故障現象集中體現在了一回路過冷上。此時，除了會出現由于一回路水體積的收縮外，更為需要注意的是反應堆的溫度效應可能引起的核功率上升。當發現控制棒組不能上提時，操縱員首先應查看是否有相應的控制棒禁止邏輯信號存在。然后再置于手動，同樣需要通過其他手段來平衡功率。

2.3 控制棒落棒

當單個棒束或控制棒組落入堆芯時，堆芯功率和反應性將立即降低。如果沒有保護動作，反應堆冷卻劑和二次側系統之間的不平衡將使堆芯入口溫度下降。此后在反饋效應和其他能夠正常運行的控制棒組的動作下，核功率將上升，功率將重返初始水平，并可能超過初始值。如果不對反應堆堆芯采取保護，除局部功率增加之外，單個棒束或控制棒組下落引起的徑向功率分布畸變。在控制棒落棒瞬態開始時，反應堆核功率變化很快是該故障的顯著特征。

對于運行人員而言，如果發生落棒事故后，反應堆還沒有停堆，而且發現是兩束或兩束以上的棒束下落，則根據技術規范的規定應立即后撤到熱停堆。如果僅僅是一束棒束下落，首先應根據落棒時的具體情況降低汽機負荷，維持平衡，再區分是停堆棒束還是調節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反應性失控增加，從而導致核功率劇增的事故。功率運行時控制棒組失控抽出將導致堆芯熱流密度增加。由于在蒸汽發生器二次側壓力達到釋放閥或安全閥的整定值以前，蒸汽發生器的排熱滯后于堆芯功率的增加，因此反應堆一回路冷卻劑的溫度和壓力有一定的增加。如果不采取手動或自動方式中止控制棒組的失控抽出，功率失配以及隨之產生的反應堆冷卻劑溫度上升最終將導致偏離泡核沸騰發生。因此，為了避免燃料包殼損壞，反應堆保護系統應在DNBR值低于限值之前終止該事故瞬態。

雖然從反應堆安全角度考慮，即使發生此類故障，只要保護系統及時響應就不會突破所謂的安全限制。但是，因此所產生的瞬態，我們還是應該引起足夠的重視。當發現一組控制棒束連續不斷地提升時，操縱員首先應將控制棒置于手動，如果有故障的棒組在轉到手動時停止提升，在現場邏輯柜上配合下插該棒組，以恢復到平衡工況，然后尋找故障原因，進行必要的修理；若棒控轉到手動時，連續提升的棒組沒有停止，則操縱員應立即執行緊急停堆。

3 結論

當出現棒控系統的任何故障時，操縱員決不能增加反應堆功率。對于控制棒應慎重的置于手動控制，在瞬態中應該首先判斷控制棒能否正確的響應對二回路的負荷跟蹤。如果控制棒不能操作，就必需及時改變硼濃度來維持一回路和二回路之間的平衡，必要時也可已考慮通過升降二回路負荷的方式平衡功率。故障排除后，在重新提升功率前，在儀控人員配合下，畫出堆芯內中子通量密度分布圖，確認沒有異常的功率分布后方可恢復到正常運行工況。

參考文獻

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