方家山1號機組第二循環(huán)升功率階段軸向功率偏差控制

許進　周磊　周忠政　沈聰

【摘 要】首循環(huán)由于堆芯裝載了可燃毒物，會導致堆芯下部燃耗比上部燃耗深。當第二循環(huán)將可燃毒物拔出后，壽期初往往會出現軸向功率偏差偏正的情況，對軸向功率偏差ΔI控制帶來很大挑戰(zhàn)。嚴重時，會因軸向功率偏差ΔI的限制而無法升功率。本文以方家山1號機組為例，分析了第二循環(huán)軸向功率偏差ΔI偏正的主要因素，并通過分功率平臺設置軸向功率偏差參考值ΔIref、低功率合理利用Ⅱ區(qū)的控制手段，使得軸向功率偏差滿足運行控制要求，并且不會限制機組升功率。

【關鍵詞】軸向功率偏差；ΔIref；升功率；運行梯形圖

Axial Power Deviation Control of Fangjiashan NPP Unit 1 Cycle 2 During The Period Of Power Rising

XU Jin ZHOU Lei ZHOU Zhong-zheng SHEN Cong

（CNNC Nuclear Power Operations Management co.， Ltd， Zhe Jiang Hai Yan 314300，China）

【Abstract】The reactor core loaded with burnable poison in first fuel cycle，and this leads to the lower burnup is much deeper than the upper burnup. After the burnable poison unloaded in second fuel cycle， the axial power deviation will be toward positive direction much， and this phenomenon will bring a big challenge to control the axial power deviation. Seriously， the axial power deviation will limit power rising. Taking an example of Fangjiashan NPP Unit 1， this paper analyzes the main factors which lead to the axial power deviation toward positive direction， and provides some control measures to let the axial power deviation to meet the requirements of operation control without limiting power rising. The measures include setting in different power levels， reasonable using Ⅱarea of operation diagram in low power levels.

【Key words】Axial Power Deviation； ΔIref； Power rise； Operation Diagram

0 概述

方家山1號機組第二循環(huán)在升功率階段，出現軸向功率偏差ΔI嚴重偏正，限制溫度調節(jié)棒組R棒提升的情況。第二循環(huán)壽期初溫度調節(jié)棒R棒組的調節(jié)帶為197步到221步，在升功率到20%FP時，溫度調節(jié)棒R棒組在194步，軸向功率偏差ΔI已經接近右限線，如果進一步提升溫度調節(jié)棒組R棒，軸向功率偏差ΔI進一步偏正，如果超過右限線會觸發(fā)C21控制信號，導致汽機甩負荷動作，影響機組安全性，使得溫度調節(jié)棒組R棒無法提升到規(guī)定的調節(jié)帶內。在后續(xù)升功率的過程中，軸向功率偏差ΔI可能一直保持偏正的狀態(tài)，在75%FP功率以上，梯形圖右絕對限制線會隨功率上升而變小。如果溫度調節(jié)棒組R棒接近插入下限后軸向功率偏差仍然接近右限線，為保證堆芯安全就不能繼續(xù)升功率。

1 原因分析

在30%FP平臺堆芯功率分布測量結果顯示，堆內可移動探測器RIC系統測量的堆內軸向功率偏差和RPN系統顯示的軸向功率偏差吻合較好，最大誤差為0.33%FP，故而確認了RPN系統顯示的準確性，即軸向功率偏差偏正是堆芯的真實情況。經調研發(fā)現，同類電廠第二循環(huán)也有類似情況，并且《核設計報告》中，BLX時的軸向功率偏差為8.03%FP，與實際情況相符。

方家山1號機組第一循環(huán)堆芯內裝有硼硅酸鹽玻璃材料的可燃毒物棒。由于控制棒部分插入，壽期初堆芯下部通量較堆芯上部通量高，因此堆芯下部可燃毒物燃耗較快，釋放較多的正反應性，導致堆芯下部功率會比堆芯上部功率大，即呈現出軸向功率偏差偏負。

根據第一循環(huán)運行歷史數據，整個運行壽期溫度調節(jié)棒組R棒一直插入較深，處于調節(jié)帶下限附近，偏離了調節(jié)帶中部，加劇了軸向功率偏差偏負的情況。壽期初軸向功率偏差為-15%FP，壽期末軸向功率偏差在零附近，即第一循環(huán)整個壽期軸向功率偏差一直處于偏負的狀態(tài)，從而導致所有燃料組件的下部燃耗比上部燃耗深。

第二循環(huán)堆芯裝載方案使用了52組新燃料組件，復用第一循環(huán)105組燃料組件。其中，來自第一循環(huán)的105組燃料組件都是下部燃耗明顯大于上部燃耗，導致第二循環(huán)堆芯初始燃耗不均勻，如圖1第二循環(huán)初始燃耗軸向分布圖所示，下部燃耗明顯大于上部燃耗，從而導致堆芯上部燃料可以釋放的后備反應性更多，使得堆芯上部中子注量率比下部高，呈現出堆芯上部功率比堆芯下部功率高，即軸向功率偏差偏正的情況。

綜上所述，第二循環(huán)壽期初軸向功率偏差偏正反應了堆芯的真實情況，屬于正常現象。第一循環(huán)堆芯裝載可燃毒物和運行棒位偏低導致堆芯下部燃耗明顯大于上部燃耗，導致第二循環(huán)堆芯上部燃料后備反應性更大，從而出現上部功率大于下部功率的現象，即軸向功率偏差偏正。

2 升功率過程中控制

隨著功率升高，在75%FP功率以上，梯形圖右絕對限值線會逐步減小，即軸向功率偏差ΔI的控制范圍逐步減小，因此可能出現溫度調節(jié)棒組R棒到達插入限值，軸向功率偏差ΔI也接近右限線，從而無法繼續(xù)升功率的情況。故而，為確保機組可以在安全狀態(tài)下升至額定功率，在升功率過程中，需要采取一定的預防措施，避免軸向功率偏差ΔI制約機組升功率，影響機組安全性和經濟性。

2.1 合理利用Ⅱ區(qū)

方家山核電廠《運行技術規(guī)范》規(guī)定，在50%FP以下，功率補償棒組全提出的情況下，Ⅱ區(qū)無限制。在升功率過程中，功率補償棒組一直是處于全提狀態(tài)，因此在50%FP功率以下，可以盡量提高溫度調節(jié)棒組R棒，控制軸向功率偏差ΔI可以以右絕對限制線為控制標準，留取適當控制裕量即可。利用低功率區(qū)，盡量加深堆芯上部燃耗，縮小堆芯上下部燃耗差距，可以適當減小堆芯上下部功率偏差。

在升功率至50%FP功率過程中，運行操作人員一直控制軸向功率偏差ΔI貼近右欲限線運行，充分利用低功率運行階段，在留取足夠控制裕量，保證堆芯安全的前提下，盡量加深堆芯上部燃耗，最大程度上縮小堆芯上下部燃耗差距，為高功率區(qū)控制創(chuàng)造更有利的條件。

2.2 不同功率平臺軸向功率偏差參考值ΔIref設置

軸向功率偏差參考值ΔIref直接確定了運行控制區(qū)域和相關報警值，是核電廠間接控制堆芯線功率密度等安全參數的重要手段。實際的ΔIref值是要根據功率運行史、溫度調節(jié)棒組R棒棒位，以及堆芯軸向功率分布的情況而確定的。

梯形圖的右限制線是隨功率水平變化而變化的，在75%FP以后，梯形圖右限線會逐步變窄。升功率過程中，如果直接按照額定功率的要求進行設置，會使得低功率區(qū)控制范圍很小，會加大升功率期間的控制難度。另外，升功率階段會在各功率平臺停留適當時間，使得氙平衡后進行物理試驗，因此可以按照不同功率區(qū)間進行軸向功率偏差參考值ΔIref設置，以便在確保堆芯安全的前提下更好的“展平”燃耗。

2.2.1 啟動前設置

在堆芯臨界前，就需要對梯形圖進行設置。由于啟動前，缺乏實測數據，只能利用理論值進行設置。根據理論值設置ΔIref參考值為0.94%FP。

2.2.2 30%FP平臺設置

在30%FP功率平臺，測量出堆內ΔI為9.2%FP，與RPN測量ΔI吻合較好。雖然與啟動前設置的參考值相差較大，但是在30%FP功率以下，功率補償棒全提出的情況下，Ⅱ區(qū)沒有限制，因此沒有限制實際運行。在啟動前，按照理論設計值進行設置是適合的，但是需要在30%FP功率平臺根據實測值及堆芯實際情況進行調整。

下一個功率平臺試驗為75%FP功率，此次設置的軸向功率偏差參考值ΔIref要適用于75%FP功率及以下階段。在75%FP功率以下，梯形圖右絕對限制線為15%FP。參考線ΔIref1和右限線距離5%FP，因此ΔIref最大設置為10%FP。升功率過程中堆外電離室測量的軸向功率偏差ΔI與堆芯真實情況可能出現偏差，取3%FP的驗收值作為不確定度。另外，在右限線和右絕對限制線之間取1%FP的裕度，將參考值設為6%FP。

2.2.3 75%FP平臺設置

在升功率至75%FP平臺期間，運行操作員控制軸向功率偏差控制貼近右預限線運行，整個階段沒有超出右預限線，確保了堆芯安全。75%FP平臺，實際測量顯示，堆內ΔI為7.9%FP，RPN系統顯示為7.2%FP，偏差0.7%FP，滿足3%FP的驗收準則。在升功率過程中，RPN系統顯示最大值即為7.6%FP，可以判斷整個過程堆芯軸向功率偏差最大值小于10.6%FP，滿足15%FP的右絕對限制線的安全要求。因此30%FP的軸向功率偏差參考值ΔIref設置是合適的，在保證堆芯運行安全的前提下提供了較大的控制范圍。

在75%FP功率以上，運行圖右絕對限制線變窄，97%FP功率對應9%，100%FP功率對應6%FP。75%FP平臺后，會直接升功率至額定功率，因此設置的軸向功率偏差參考值ΔIref需要適用于升功率至額定功率的整個階段。根據機組效率及運行歷史數據，在額定功率狀態(tài)下，堆芯核功率一般低于99%FP，對應梯形圖右絕對限制線為7%FP，參考值比右絕對限制線低5%FP，將軸向功率偏差參考值ΔIref設為2%FP。

2.2.4 100%FP平臺設置

電功率升至額定功率后，堆芯功率為98%FP，對應右絕對限制線為8%FP，實測堆芯軸向功率偏差ΔI為2.5%FP，RPN系統顯示為3.3%FP，誤差為0.8%FP，滿足3%FP的驗收準則，且RPN顯示值偏大，對于堆芯控制是偏安全的。在滿功率運行期間，RPN系統顯示ΔI最大值為4%FP，堆芯實際ΔI應該小于4%FP，距離右絕對限制線有至少4%FP的安全裕量，因此整個升功率階段及額定功率運行階段堆芯處于安全狀態(tài)，75%FP功率平臺的ΔIref設置是合適的。

通過分功率平臺設置軸向功率偏差參考值ΔIref，在確保堆芯安全的前提下，擴大了軸向功率偏差的控制范圍，盡可能的利用升功率階段縮小了堆芯上下部燃耗差距，使得機組順利升功率至額定功率。但是堆芯上下部燃耗差距仍然很大，壽期初仍然會呈現軸向功率偏差偏正的情況，因此繼續(xù)設置軸向功率偏差參考值ΔIref為2%FP，在保證堆芯安全的前提下，繼續(xù)“展平”燃耗，逐步將溫度調節(jié)棒組R棒提升到調節(jié)帶中部，避免“畸形”燃耗分布影響后續(xù)循環(huán)堆芯控制。

3 總結

過渡循環(huán)堆芯狀態(tài)往往比較復雜，特別是第二循環(huán)可燃毒物從堆芯拔出后，堆芯狀態(tài)會發(fā)生很大的變化，對運行控制提出很高的要求。方家山1號機組第二循環(huán)升功率過程軸向功率偏差ΔI的控制手段是有效的，在保證堆芯安全的前提下，使得機組順利升至額定功率，保證了機組的安全和經濟性。另外，在正常運行期間，要避免控制棒插入堆芯過多，盡量處于調節(jié)帶中部推薦位置，更有利于堆芯軸向燃耗的“自然”分布，避免造成燃耗“畸形”，加大后續(xù)循環(huán)堆芯控制難度。

【參考文獻】

[1]中國核動力院，方家山核電廠運行技術規(guī)范，D版，2015.1.

[2]王詩倩，等.方家山核電廠一號機組第二循環(huán)核設計報告，B版，中國核動力院，2015.11.

[責任編輯：朱麗娜]