M310核電機組日常運行變負荷過程中軸向功率偏差駐I的控制

龍晟 高云飛

摘 ?要：文章對反應堆軸向功率偏差ΔI的概念及M310核電機組日常運行變負荷過程中ΔI的控制進行了介紹和分析。ΔI是反應堆運行過程中非常重要的一個物理控制參數，嚴格控制軸向功率偏差ΔI在參考線△Iref1附近對于堆芯核燃料的均勻充分燃燒、避免燃料包殼破損以及保證堆芯最大的安全性和經濟性具有非常重要的意義。反應堆不同運行工況下，ΔI控制方式不盡相同，需根據不同工況有針對性的控制。特別是壽期末運行工況下，綜合各種因素，使得ΔI的控制變得尤為困難。

關鍵詞：M310核電機組;軸向功率偏差ΔI;反應堆壽期末;反應堆運行梯形圖;參考線△Iref1

中圖分類號：TM623 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）15-0012-02

Abstract： In this paper， the concept of reactor axial power deviation Δ I and the control of ΔI in the daily operation of M310 nuclear power unit are introduced and analyzed. ΔI is a very important physical control parameter in the operation of the reactor. Strictly controlling the axial power deviation ΔI near the reference line △Iref1 is of great significance for the uniform and full combustion of core nuclear fuel， avoiding fuel cladding breakage and ensuring the maximum safety and economy of the core. Under different operating conditions of the reactor， ΔI control mode is not the same， so it needs to be controlled according to different operating conditions. Especially under the operating condition at the end of the life period， the control of Δ I becomes particularly difficult because of the synthesis of various factors.

Keywords： M310 nuclear power unit; axial power deviation ΔI; reactor life end; reactor operation ladder diagram; reference line Iref1

1 概述

反應堆功率是指整個反應堆堆芯內燃料組件通過裂變反應所發出的功率。日常運行過程中，堆芯各區域發出的功率是不同的，即是說功率在堆芯的分布是不均勻的。

堆芯的徑向功率分布在壓水堆核電廠的運行過程中變化不大。通過對堆芯中的燃料棒、控制棒和可燃毒物棒進行對稱布置以及大修換料和移動控制棒的方式來對其進行展平。而軸向功率分布受多種綜合因素的影響。其主要影響的因素有慢化劑的溫度效應、反應堆功率水平、多普勒效應、可燃毒物效應、氙毒和釤毒作用、控制棒的移動、和堆芯燃耗等。其在運行時是變化的，也是主要研究目標。

日常運行過程中，操縱員通過對控制棒的移動、一回路硼濃度和一回路溫度的改變等手段以達到有效的控制反應堆堆芯的軸向功率分布的目的。而嚴格控制軸向功率偏差ΔI在參考線△Iref1附近對于堆芯核燃料的均勻充分燃燒、避免燃料包殼破損以及保證堆芯最大的安全性和經濟性具有非常重要的意義。

3 軸向功率偏差ΔI的控制

3.1 ΔI控制的總體原則

無論何時ΔI不得超出運行區域II。為了使反應堆運行更加平穩，按以下總體原則進行優化控制：

（1）軸向功率偏差盡量控制在參考線1線附近。

（2）在滿足軸向功率偏差要求的前提下，R棒盡量在調節帶中上部。

（3）軸向功率偏差的控制比控制棒棒位的控制優先級更高。

（4）升降功率和調節ΔI期間，R棒可以突破調節帶和插入報警的限值。

（5）日常運行需加強軸向功率偏差的監視，根據一回路溫度稀釋補償燃耗，并控制R棒位置。

3.2 ΔI控制的通用思路

影響ΔI控制的因素一般為控制棒位置，硼濃度，一回路平均溫度，堆芯的燃耗和堆芯毒物等。日常穩定運行時，操縱員需將ΔI控制在△Iref1參考1線附近。如需日常升級功率改變汽機負荷時，其控制原則如下。

負荷改變前：需提前準備保證△I 控制手段要有足夠裕度，如根據具體工況預測△I 和氙毒走勢，并能采取有效的措施抑制這一趨勢發展;理解和分析不同工況下各自對△I的影響因素以及制定對應的控制手段;對壽期末反應堆的特性和此時發生氙振蕩特性需足夠清楚。

負荷改變過程中和負荷改變之后的過程：負荷變化過程中控制△I 接近△Iref1參考1線，一旦發現△I 有偏離△Iref1的趨勢時立即制定應對措施，在偏離的最初階段采取措施是抑制△I趨勢擴散從而導致氙振蕩發生的最佳時機;通過控制一回路過熱或過冷抑制氙振蕩;功率越高越容易發生氙振蕩，必要時考慮降低功率抑制氙振蕩;避免在不當時機去控制△I或者使用不當控制手段導致△I走向惡化;控制△I的過程中，每次不看引入較多的反應性，以防止使氙振蕩加劇;合理利用毒物效應;△I 控制過程中，在必要時可等待堆芯變化達到氙平衡狀態以后，不要強行在氙毒劇烈變化時去提升功率或者提棒，從而導致△I不可控。

3.3 日常降功率時ΔI的控制

降功率過程中及消毒階段，△I總體向右移動。原因：降功率時堆芯上部溫度比下部溫度下降較多，由于反應堆中負的慢化劑溫度效應存在，使軸向功率峰向上移動，△I向右移動。氙毒漲毒，由于降功率前初始狀態△I為正值，堆芯上部漲毒比下部多，氙毒引入負反應性，堆芯上部功率下降幅度相對更大，△I向左移動。氙毒消毒，由于△I為正值，堆芯上部消毒比下部多，消毒引入正反應性，堆芯上部功率增加幅度相對更大，△I向右移動。所以在降功率過程中，降功率（△I向右）和漲毒（△I向左）所引起的△I變化總體向右移動，有超出右限線觸發C21甩負荷的風險;降功率結束后的消毒階段也使得△I向右移動，有進入計時區風險。

針對以上分析，降功率時的控制手段如下：降功率初始階段，盡量控制△I負一些，R棒棒位高一點;降功率過程中減小硼化總量，盡量通過氙毒漲毒效應補償功率下降引入的反應性。有時R棒初始棒位較低，且受限于低低限值的限制，技術規范要求R棒棒位必須高于低低限值。降功率結束需控制R棒高于低低限值;可在降負荷過程中G棒下插控制△I。技術規范對G棒插入堆芯的時間有12小時的限制，如果不能及時提出將違反技術規范要求。因此G棒下插的時間應盡可能的晚，為便于后續上提，下插步數應盡量少。

3.4 日常升功率時ΔI的控制

升功率過程中，△I總體向左移動。原因為：升功率時，堆芯上部溫度上升較多，下部溫度上升較少，由于慢化劑溫度系數為負，使△I向左移動;氙毒消毒（氙毒變化趨勢見物理提供的參考數據），從理論上來說當△I>0時，氙毒消毒時△I向右，反之向左，但從1、2號機組目前的運行實際經驗來看，不管△I初始如何，規律總是消毒向左，漲毒向右。因此預測在升功率過程中，△I肯定是向左移動;升功率結束后的漲毒階段使得△I向右移動。

針對以上分析，升功率時的控制手段如下：升功率初始階段，盡量保持R棒棒位低一點（不能低于低低限）以便于在△I接近參考1線后，通過R棒的提升（自動或手動）使得△I保持在參考1線附近;升功率過程中盡量減少對一回路的稀釋量，通過堆芯氙毒消毒所引入的正反應性來補償升功率過程中功率虧損所帶來的負反應性。具體就是在△I接近參考1線前，適時（參考溫差進行）稀釋，盡量保持R棒不提使得△I逐漸接近參考1線，在接近參考1線后，通過R棒的提升導致的△I右移來控制在參考1線附近;R棒的提升是必然的，因為升功率過程本身和氙毒消毒效應都將使△I向左移動，而稀釋同樣是使△I向左，要維持△I的常軸向，必需適時讓R棒提升，因此總的原則就是以參考1線為基準，“Z”形路線行走。

4 結束語

日常運行過程中，軸向功率偏差△I的控制手段多樣化。不同操縱人員由于運行經驗和對△I的理解不同，其對△I的控制也會略有不同。但針對不同的運行工況，軸向功率偏差的總體控制思路和原則都是對應不變的。只要反應堆操縱人員能理解△I變化的物理原理，分析清楚影響軸向功率偏差變化的因素，就能夠有效利用多種手段合理控制軸向功率偏差在允許的運行范圍內。

參考文獻：

[1]福建福清核電有限公司.FQW-OP00-GL-001.軸向功率偏差控制技術導則[S].

[2]福建福清核電有限公司.FQ-3-OP-003.福建福清核電廠1、2號機組高級運行培訓教材[S].