核電站控制棒投自動狀態過程分析

董恩興，陳代鑫，劉煒福建福清核電有限公司

核電站控制棒投自動狀態過程分析

董恩興，陳代鑫，劉煒
福建福清核電有限公司

摘要：控制棒手自動狀態的切換是核電站反應堆升降功率過程中所必須的操作，而升功率過程中將控制棒投自動狀態是操縱員所必須掌握的關鍵技能之一，本文結合福清核電1號機組啟動過程中的實際情況，對控制棒投自動狀態的過程進行了分析，給出了調整影響控制棒投自動狀態的參數的方法，對后續運行人員如何將控制棒投自動狀態具有指導意義。

關鍵詞：核電站；控制棒；狀態；控制模式

對于M310機組，控制棒組件分為功率調節棒組（G棒）、溫度調節棒組（R棒）和停堆棒組（S棒）三類，其中S棒和R棒為黑棒，G棒為灰棒。正常運行時，G棒位于堆頂（短時非滿功率運行時，也可位于與機組功率相對應的要求棒位），用于調節反應堆功率，使一、二回路功率匹配；R棒在堆芯上部一定范圍移動，用于控制一回路冷卻劑溫度的波動，使一回路平均溫度與二回路負荷生成的整定溫度相匹配；S棒用于停堆后保證停堆深度，正常運行時提出堆外。由于S棒在反應堆達臨界前就已經全部提出堆芯，不參與反應堆功率及一回路溫度控制，所以本文中所提到的控制棒單指G棒和R棒。

一、基本概念

溫度模式（T模式）：在蒸汽旁路排放系統中，旁排GCT-c的開啟信號正比于反應堆冷卻劑的平均溫度與代表汽機負荷程序溫度之差，即一二回路之間的功率偏差。這種模式用于高負荷時自動控制運行。

壓力模式（P模式）：在蒸汽旁路排放系統中，用蒸汽集管壓力測量值與其整定值之差作為蒸汽旁排閥的開啟信號，稱為壓力控制模式。這種模式用于低負荷控制棒手動控制期間或蒸汽排放閥開啟情況下低負荷長時間運行。

臨時的增改值（007KU）：改變功率整定值，從而改變G棒疊步計數器的疊步棒位，臨時增改值不能為負值。007KU增加時，G棒會提升；007KU減小時，G棒會下插。

二、控制棒工作原理

1.1G棒工作原理

G棒是由反應堆功率調節系統控制的，它根據汽機調節系統選擇的待跟蹤功率，加上臨時增改值(007KU)，得到功率整定值，再轉換為G棒棒位整定值。由疊步計數器給出的棒位實測值與整定值進行比較，將棒位偏差轉為棒速和棒向信號，從而控制G棒的移動，以跟蹤二回路功率。簡而言之就是根據二回路功率需求控制G棒的棒位，最終目標是使G棒的位置與功率需求相對應。

1.2R棒工作原理

R棒是由平均溫度控制系統控制的，它通過測量一回路平均溫度，與由二回路負荷生成的平均溫度整定值進行比較，產生調節信號，控制R棒組的移動。此外平均溫度控制系統中還設置有開環通道，用于完成平均溫度的快速控制，功率失配變化時起調節作用。簡而言之就是根據考慮了功率失配的溫差信號控制R棒動作的，最終目標是使一回路平均溫度等于其整定值。

三、控制棒投自動狀態過程

1.1直接影響控制棒投自動狀態的參數

直接影響控制棒投自動狀態的參數有：G棒要求棒位080KM、G棒疊步棒位081KM、臨時增改值007KU、一回路平均溫度最大值403KM、一回路平均溫度整定值404KM、溫度偏差405KM、汽機旁路排放系統（GCT-c）的狀態（全關或未全關）及控制模式。

1.2控制棒投自動狀態的過程

首先是GCT-c模式轉換，其次是G棒投自動，最后是R棒投自動。詳細過程如下：在GCT-c排放閥完全關閉后發電機停止升負荷，并維持二回路負荷在當前值，將GCT-c由P模式（壓力模式）轉換為T模式（溫度模式），同時采取合適的方法(如調硼或修改臨時增改值007KU等)調節080KM或081KM的值，使其最終一致，隨后將G棒由手動狀態轉換到自動狀態，并確認其沒有出現異常動作。G棒狀態穩定后，檢查403KM/404KM/405KM的值，如果405KM大于±0.56℃，則采取合適的方法調節403KM或404KM的值，最終使405KM小于±0.56℃，隨后將R棒由手動狀態轉換到自動狀態，并確認其沒有出現異常動作。G棒/R棒放自動后一、二回路才能同步進行升負荷。

四、影響參數分析

1.1GCT-c的狀態

GCT-c在P模式下主蒸汽母管壓力整定值經函數發生器轉換為相對最終功率整定值，后者參與生成G棒要求棒位080KM以及一回路平均溫度整定值404KM。GCT-c在T模式下080KM和404KM由汽機沖動級進汽壓力決定。

在GCT-c全關后，由于主蒸汽母管壓力整定值與汽機沖動級進汽壓力是一一對應的，此時GCT-c由P模式切到T模式，不會對080KM和404KM產生擾動，可以進行模式轉換。

GCT-c未全關時，因部分蒸汽排往凝汽器，使得主蒸汽母管壓力整定值與汽機沖動級進汽壓力不匹配，由主蒸汽母管壓力整定值生成的080KM和404KM比汽機沖動級進汽壓力生成的值要大，如果此時將GCT-c由P模式轉換到T模式，轉換后404KM只由汽輪機進汽壓力整定，會造成080KM和404KM突然減小，G棒和R棒均下插。正常情況下此時應無C7A信號且404KM比403KM低，會造成GCT-c突然關閉，蒸汽發生器水位猛烈下降，如果轉換前GCT開度較大，則將由SG水位低低引發停堆，所以GCT-c由P模式切到T模式必須等GCT-c全關后方可進行。

1.2G棒棒位

G棒要求棒位080KM、G棒疊步棒位081KM和臨時增改值007KU對G棒投自動狀態均有影響。當080KM大于081KM，說明G棒要求棒位大于疊步棒位。如果此時007KU有值，則維持081KM不變，使080KM減小，具體操作是通過減小007KU的值，使

080KM減小。

在007KU減少到零后，如果080KM仍然大于081KM，則維持080KM不變，使081KM增大，具體操作是通過硼化趕棒的方式使G棒提升，從而增加081KM的值，使080KM最終與081KM一致后將G棒放自動。此時，需要比較080KM與081KM間的棒位偏差，根據核設計手冊G棒價值曲線，將棒位偏差轉變為對應的反應性，再把反應性變化量折算成硼化量。硼化時根據081KM的變化應及時對硼化總量及速度進行修正，嚴格控制G棒手動提升的速度，防止造成一回路過熱或過冷。

當080KM小于081KM，說明G棒要求棒位小于疊步棒位，采取的方法是維持081KM不變，使080KM增加。具體操作是增加007KU的值，使080KM增加，并最終滿足080KM與081KM一致后將G棒放自動。

1.3R棒棒位

G棒放自動后，R棒棒位取決于一回路溫度403KM與404KM的偏差405KM。調節405KM主要依靠改變007KU的值、硼化或稀釋進行調節，在405KM值不大時，也可以通過對汽機功率的輕微改變來調節。若403KM大于404KM，說明一回路過熱，可以通過硼化或者減小007KU的值使G棒下插，達到降低一回路溫度的目的。若403KM小于404KM，說明一回路過冷，可以通過稀釋或者增加007KU的值使G棒提升，達到增加一回路溫度的目的。調節的最終目標是403KM與404KM的值接近，即405KM的值小于±0.56℃，保證R棒放自動時，沒有自動移動信號，做到無擾切換。

五、結論

控制棒投自動是操縱員必須掌握的技能，本文結合福清核電1號機組實際情況，對控制棒投自動狀態的過程及影響參數進行了分析說明，為后續控制棒投自動狀態具有一定的學習和參考意義。

參考文獻：

[1]中國核動力研究設計院.核設計報告.FQX42101002N00144GNACFC.2008,4

[2]中國核電工程有限公司.棒控棒位系統手冊.FQ17RGL002N00145GNBCFC.2010,4

董恩興（1982-），男，漢族，吉林遼源人，福建福清核電有限公司，運行人員；

陳代鑫（1986-），男，漢族，重慶渝北人，福建福清核電有限公司，運行人員；

劉煒（1986-），男，漢族，湖南岳陽人，福建福清核電有限公司，運行人員。

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