談核電機組負荷跟蹤控制

于盛展

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116319）

1 引言

近年來，隨著裝機比例的增高，核電機組負荷跟蹤能力逐漸成為影響整個電力系統安全運行的重要因素，對于電網與電源結構的發展以及核電企業自身的發展等都有著較大的影響，為了促進我國核電企業的進步與發展，我們需要對核電機組的負荷跟蹤控制能力進行綜合探討，了解不同跟蹤控制系統的優缺點，從中吸取經驗，促進本企業的核電機組負荷跟蹤控制系統的開展。

2 常軸向偏差控制技術

負荷運行的控制計劃是在20 世紀80 年代由美國一家公司提出的，該公司名為西屋公司，這個方案的提出對于核電企業的發展起到了很大的促進作用。之后在1974 年發表的WCAP-8403 報告中，不僅具體講述了核電機組的堆芯公路分部控制，還對負荷的跟蹤過程以及控制棒組的運行程序等進行了詳細介紹，這一報告的發表也推進了核電機組控制的發展。兩年后，該公司在Indiana point unit2 上正式應用了該控制方案，然后又針對負荷跟蹤進行了進一步實驗研究，隨后又發明了兩種負荷跟蹤運行模式，一種是MODE A，另一種是MODE B。

2.1 MODE A 運行模式

MODE A 的運行模式功率控制系統原理如圖1 所示。通過觀察此圖可以發現，為了使控制堆芯的溫度可以保持在平均溫度，使用了四個重疊的控制棒組，同時還可以達到反應堆功率自動控制的目的；想要滿足所需的功率分布狀況，則需要進行手動調節硼濃度；硼有一個特點，在跟蹤控制系統運行的過程中硼的濃度變化反應較慢，化容系統中反應堆冷卻劑很大程度上限制了硼稀釋的速度。在遇到高燃耗狀態時，硼濃度過低會影響整個系統功率的提升；控制棒組件的插入深度也是有規定限制的，所以這對于功率提升的速度產生了很大的限制作用，特別是在低功率運行的狀況下，要想在短時間內將功率提升上去，就需要在硼濃度稀釋前使控制棒抽出較多的堆芯，由此一來又會使功率升高的速度明顯下降。因此我們能夠得出結論：要想保證MODE A 負荷跟蹤模式高效運行，應當將其應用于自身帶有基本負荷的壓水反應堆核電機組，因為它不僅具有負荷跟蹤能力，還有相應的調頻能力[1]。

圖1 MODE A 運行模式的功率（平均溫度）控制系統原理

2.2 MODE B 運行模式

MODE B 的運行原理是與MODE A 的基本原理相同，只是MODE B 在運行過程中引入了短棒，這就使得整個模式的運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，由于堆芯內部換成了短棒，使得堆芯中間的功率浮動性變強，但是反映軸向偏差的模擬量值卻不會發生變化（圖2），所以這也導致MODE B 運行模式并沒有真正地投入到核電機組的跟跟蹤控制系統中。

圖2 短棒可能引入的功率分布

2.3 MODE G 運行模式

MODE G 運行模式是法國法馬通公司提出的，這個運行模式被應用到了第二代的核電機組中。MODE G 運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組帶來的影響，同時便于控制系統對軸向功率的偏移，灰棒組主要采用了重疊的方法進行插入?？刂茩C組溫度的主要是控制棒R，它具有獨立性，可以進一步對堆芯的反應性產生作用。通常情況下，R 棒組的反應性非常強，所以在操作中會受到一定的限制，以免造成不良影響。

MODE G 運行模式在進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到調節堆芯溫度的作用。1981 年，特利卡斯坦電站3 號核電機組安裝了一個雙模式控制裝備，該裝備能夠同時利用MODE A 和MODE G 對反應堆進行控制。這使得兩個運行控制模式的優點得到了有效發揮，很大程度上提高了核電機組的跟蹤控制系統運行效率。不論功率大小，MODE G 都可以完成負荷跟蹤，同時可以在短時間內完成對功率的改變。但是其中也存在著一定的缺點，當在慢負荷情況下進行跟蹤時，MODE G 就會產生較多的廢液，從而對該核電機組造成影響。MODE A 與MODE G 的性能對比見表1。

2.4 美國AP1000 的MSHIM 運行模式

MSHIM 運行模式簡化了對于硼濃度的控制，在這種運行模式下硼濃度的變化只應用到起動、關閉和燃耗中，在這種模式的運行中所使用的也是灰棒組，其功率在大于15%時會進行自動控制。

為了實現反應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對堆芯的位置進行調節，從而提高該運行模式的跟蹤控制效率。核電機組出現高負荷狀況時會出現甩負荷狀況，這種狀況下功率控制系統會向控制棒系統發送信號，系統會提前釋放控制棒，從而達到快速減小反應堆功率的效果。

3 核電機組負荷跟蹤控制系統

由以上幾組針對核電機組負荷跟蹤控制技術的分析可以發現，核電機組負荷技術完成對反應堆功率的調節依據的電網的具體需求，并由此達到控制放射性廢水過度排放的目的。核電機組負荷跟蹤控制技術的實施中會遇到很多的問題與困難，比如，想要實現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。在研究與設計的過程中，相關工作人員需要從多方面進行考慮，想要實現核電機組負荷跟蹤控制系統的高效運行，還需要不斷探索。

4 結語

總而言之，在核電企業不斷發展的過程中我們要不斷地對核電機組負荷跟蹤控制系統進行研究與創新，從已有的系統試驗中總結經驗，研發出更加高效、實用的跟蹤控制系統。