核電機組實施ELPO期間的運行控制策略

摘 要：核電機組通常都是帶基本負荷運行，但隨著核電負荷在電網(wǎng)容量的比重增加，節(jié)假日電網(wǎng)調(diào)峰期間，核電機組需要實施長期低功率運行（ELPO）。本文旨在介紹壓水堆核電機組實施ELPO的風險以及機組控制策略，為其他壓水堆核電機組實施長期低功率運行提供參考和借鑒。

關鍵詞：長期低功率運行（ELPO）；軸向功率偏差（ΔI）；控制棒；氙毒

根據(jù)壓水堆運行技術規(guī)范的定義，長期低功率運行（ELPO）是功率補償棒組全部抽出，運行的基準功率水平（PΔIref）通常小于100%RP，并且持續(xù)時間大于12小時的一種運行模式。

1 實施ELPO的控制要點

1.1 軸向功率偏差（ΔI）控制

ΔI必須保持在運行梯形圖的范圍內(nèi)。在任何情況下，超出區(qū)域II的運行都是嚴格禁止的。

1.2 R棒控制

正常情況下，R棒應該在調(diào)節(jié)帶內(nèi)。僅在控制ΔI時，技術規(guī)范才允許R棒超出調(diào)節(jié)帶。但在任何情況下，都不得使R棒插到低-低限值。

1.3 G棒控制

根據(jù)ELPO的定義，任何時候G棒不能離開堆頂，在降功率時應該通過硼化方式從而使G棒組全部保持在堆外。

1.4 C21信號的控制

在測量Iref或技術規(guī)范允許離開運行梯形圖區(qū)域ΔI時，C21可能需要閉鎖，但時間盡可能得短。技術規(guī)范規(guī)定下列三種情況下可以閉鎖C21：①當核功率<50%FP時，且G棒插入的情況下，可以閉鎖C21，但在II區(qū)累積運行的時間在12小時內(nèi)不能超過1小時。②當核功率>50%FP，且G棒完全提出堆芯的情況下，可以閉鎖C21。③換料后，首次啟動以及長期低功率運行后的升功率過程中，由于△Iref未定，從而ΔI區(qū)未定的情況下，可以閉鎖C21。因為在校正運行梯形圖過程中，因運行梯形圖的不確定性，閉鎖C21可避免意外的甩負荷。

以上控制要點中，最難控制的就是ΔI了，因為影響ΔI的因素較多，例如棒位、氙毒、燃耗、慢化劑溫度等。因此有必要先分析一下實施ELPO期間硼化降功率和稀釋升功率時ΔI的大概走勢。

2 硼化降功率ΔI的走勢分析及控制策略

2.1 隨著功率的降低，堆芯上部慢化劑溫度下降，堆芯下部慢化劑溫度基本不變。慢化劑的負溫度效應使堆芯上部獲得正反應性，相對堆芯下部來說，堆芯上部中子通量減少速率慢一些。因此，隨著反應堆功率降低，堆芯功率分布逐漸向堆芯上部偏移，因而使得ΔI向正的方向偏移。

2.2 由于堆芯下部慢化劑溫度低于上部慢化劑溫度，因而堆芯下部硼的價值要大于堆芯上部硼的價值。也就是說，在相同的硼濃度變化的情況，堆芯下部引起的反應性變化要大于堆芯上部所

引起的反應性變化，從而所引起的堆芯下部功率變化要大于堆芯上部功率變化。因此，硼化降功率時，堆芯下部功率下降速率及

幅度要大于堆芯上部，從而使得降功率過程中，ΔI向正的方向偏移。

2.3 綜合以上兩個因素，在硼化降功率過程中，下部功率下降幅度及速率均比上部要大，因而使得堆芯下部氙毒的增加要大于上部，這樣，使得ΔI進一步向正的方向偏移。

2.4 由此可見，在硼化降功率過程中，ΔI肯定是往正的方面偏移。同時，由于堆芯上、下部氙毒累積的不一致，使得后續(xù)的ΔI的控制變得更困難。 因此，在實施ELPO降功率前，盡量將R棒提到較高的位置，并且使ΔI穩(wěn)定，沒有振蕩的趨勢。在降功率過程中，通過R棒的適時插入，將ΔI控制在△Iref2 ±3%的范圍內(nèi)，以減少堆芯上、下部功率的偏差并因此減小隨之而來的氙振蕩的幅度。同時，在降功率過程中，可通過將堆芯溫度維持稍高于整定溫度來輔助ΔI的控制。另外，在硼化降功率時，速率應盡量慢一點（<5MW/min），以減小氙毒的積累，從而有助于降到目標負荷后ΔI的控制。當反應堆達到要求的某一低功率水平并運行一段時間（約6-8小時左右）后，堆芯開始解毒，解毒過程正好與積毒過程相反，即下部解毒快且幅度大，而上部解毒慢且幅度小，這樣使得下部功率增加大于上部功率的增加，因此我們可以利用這個機會將R棒提到調(diào)節(jié)帶中部（通過硼化來平衡反應性），以便堆芯物理組進行堆芯通量圖測量并修改梯形圖。

3 稀釋升功率ΔI的走勢分析及控制策略

稀釋升功率時影響I的因素正好與硼化降功率相反，堆芯上下部硼的價值、慢化劑溫度以及氙毒的變化都使△I向負的方向偏移。因此，在實施ELPO升功率前，盡量將R棒插至較低的位置，并且使ΔI穩(wěn)定，沒有振蕩的趨勢。在升功率過程中，通過R棒的適時提升來控制I，避免大幅的振蕩。如果R棒調(diào)節(jié)裕度不多，出現(xiàn)ΔI迅速地向負的方向偏移時（R棒已接近堆頂），我們必須暫停升功率，待氙毒的變化變緩或轉向后，再繼續(xù)升功率。

4 實施ELPO硼化降功率操作

4.1 反應性平衡計算：根據(jù)功率虧損、預計R棒插入的積分價值，計算出需要硼化的體積。

4.2 硼化速率計算：根據(jù)預計的降負荷速率（2-3MW/MIN）、當前負荷、目標負荷計算出降負荷所需時間，然后用時間除所需硼量得到硼化速率。

4.3 預計要進行較大量的硼化，所以啟動兩組通斷式加熱器，均勻一回路與穩(wěn)壓器內(nèi)的硼濃度。同時將TEP除氣器置強制狀態(tài)“6”，或者啟動除氣器處理廢液。

4.4 以恒定的硼化速率進行硼化，一回路變冷后二回路開始降負荷。并使用校正因子保持功率補償棒組全部在堆外。

4.5 降功率過程中，根據(jù)一回路溫度偏差和溫度梯度，適當調(diào)整降負荷速率或者硼化速率，使一回路平均溫度與參考溫度一致，溫度梯度基本為零。

4.6 將R棒置手動，根據(jù)ΔI往右走的趨勢和速度，適時插入R棒控制ΔI。

4.7 降功率期間，密切監(jiān)視機組其他參數(shù)正常。例如汽機振動、發(fā)電機氫溫、氫壓、SG水位、APP泵、給水流量、蒸汽流量、GRE023/024MP等等。

4.8 由于硼化的滯后效應，在達到目標負荷前80MW就要停止連續(xù)硼化，根據(jù)平均溫度分批調(diào)整一回路硼濃度。避免一回路過冷又要稀釋，產(chǎn)生大量廢水。

4.9 為了補償氙毒，在降到目標負荷前20MW就可以利用堆芯積毒的機會緩慢降功率到目標負荷，減少廢水產(chǎn)量。

4.10 到達目標負荷后，在上位機修改壓力參考值和SD LIMT值。

到達目標功率平臺后的關鍵就是通過R棒、慢化劑溫度等手段控制ΔI穩(wěn)定，抑制氙振蕩。如果ELPO預計實施天數(shù)>3天，則到達目標功率平臺后立即開始逐步將R棒放到執(zhí)行堆芯通量測量所需的棒位。期間如果超出功能區(qū)域預報警（RPN434AA）出現(xiàn)，在ΔI沒有振蕩趨勢的前提下，可以通知值長和安工，由他們決定是否閉鎖C21信號。因為此時的運行梯形圖已不適應當前工況，閉鎖C21可避免意外的甩負荷，必須要求堆芯物理組盡快測量新的參考ΔI，并修改。如果ELPO預計實施天數(shù)<3天，為了控制ΔI和升功率方便，可以保持R棒在較低的位置。但在任何情況下，都不得使R棒插到低-低限值。

5 ELPO結束稀釋升功率操作

5.1 反應性平衡計算：根據(jù)功率虧損、預計R棒提出的積分價值，計算出需要稀釋的水體積。

5.2 稀釋速率計算：根據(jù)預計的升負荷速率（2-3MW/MIN）、當前負荷、目標負荷計算出升負荷所需時間，然后用時間除所需水量得到稀釋速率。

5.3 在上位機將壓力模式和頻率補償退出，并修改壓力參考值和SD LIMT值。

5.4 預計要進行較大量的稀釋，啟動兩組通斷式加熱器，均勻一回路與穩(wěn)壓器內(nèi)的硼濃度。并將TEP除氣器置強制狀態(tài)“6”，或者啟動除氣器處理頭箱廢液。

5.5 以恒定的稀釋速率進行稀釋，一回路變熱后二回路開始升負荷，并逐步減少校正因子。

5.6 升功率過程中，根據(jù)一回路溫度偏差和溫度梯度，適當調(diào)整升負荷速率或者稀釋速率，使一回路平均溫度與參考溫度一致，溫度梯度基本為零。

5.7 將R棒置手動，根據(jù)ΔI往左走的趨勢和速度，適時提出R棒控制ΔI。

5.8 升功率期間，密切監(jiān)視機組其他參數(shù)正常。例如汽機振動、SG水位、APP泵、發(fā)電機氫溫、氫壓、給水流量、蒸汽流量、GRE023/024MP等等。

5.9 由于稀釋的滯后效應，在達到目標負荷前80MW就要停止連續(xù)稀釋，根據(jù)平均溫度分批注入水量調(diào)整一回路平均溫度，避免一回路過熱超功率。

5.10 為了補償氙毒，在升到目標負荷前20MW就可以利用堆芯消毒的機會緩慢升功率到目標負荷，減少廢水產(chǎn)量。

到達滿功率后關鍵也是控制ΔI穩(wěn)定，抑制氙振蕩，并盡量將R棒逐漸放到執(zhí)行堆芯通量測量所需的棒位。到達目標平臺3天并且氙平衡后，由堆芯物理組測量新的參考ΔI。同時重新計算ELPO限值，更改主控白板上的AD和AD限制時間。

參考文獻：

[1]900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設備[M].運營培訓中心，26-31.

[2]大亞灣核電廠運行技術規(guī)范[S].大亞灣核電運營管理有限責任公司，37-50.

[3]大亞灣核電站運行教程[M].原子能出版社，11-29.

[4]運行規(guī)程（GS規(guī)程），大亞灣核電運營管理有限責任公司.

作者簡介：

王柏飛（1979年-），男，廣東羅定人，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學熱能動力工程系，具有壓水反應堆高級操縱員執(zhí)照，從事壓水堆核電機組運行和研究。