M310核电机组日常运行变负荷过程中轴向功率偏差驻I的控制

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　　摘  要：文章对反应堆轴向功率偏差ΔI的概念及M310核电机组日常运行变负荷过程中ΔI的控制进行了介紹和分析。ΔI是反应堆运行过程中非常重要的一个物理控制参数，严格控制轴向功率偏差ΔI在参考线△Iref1附近对于堆芯核燃料的均匀充分燃烧、避免燃料包壳破损以及保证堆芯最大的安全性和经济性具有非常重要的意义。反应堆不同运行工况下，ΔI控制方式不尽相同，需根据不同工况有针对性的控制。特别是寿期末运行工况下，综合各种因素，使得ΔI的控制变得尤为困难。
　　关键词：M310核电机组;轴向功率偏差ΔI;反应堆寿期末;反应堆运行梯形图;参考线△Iref1
　　中图分类号：TM623 文献标志码：A         文章编号：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
　　反应堆功率是指整个反应堆堆芯内燃料组件通过裂变反应所发出的功率。日常运行过程中，堆芯各区域发出的功率是不同的，即是说功率在堆芯的分布是不均匀的。
　　堆芯的径向功率分布在压水堆核电厂的运行过程中变化不大。通过对堆芯中的燃料棒、控制棒和可燃毒物棒进行对称布置以及大修换料和移动控制棒的方式来对其进行展平。而轴向功率分布受多种综合因素的影响。其主要影响的因素有慢化剂的温度效应、反应堆功率水平、多普勒效应、可燃毒物效应、氙毒和钐毒作用、控制棒的移动、和堆芯燃耗等。其在运行时是变化的，也是主要研究目标。
　　日常运行过程中，操纵员通过对控制棒的移动、一回路硼浓度和一回路温度的改变等手段以达到有效的控制反应堆堆芯的轴向功率分布的目的。而严格控制轴向功率偏差ΔI在参考线△Iref1附近对于堆芯核燃料的均匀充分燃烧、避免燃料包壳破损以及保证堆芯最大的安全性和经济性具有非常重要的意义。
　　3 轴向功率偏差ΔI的控制
　　3.1 ΔI控制的总体原则
　　无论何时ΔI不得超出运行区域II。为了使反应堆运行更加平稳，按以下总体原则进行优化控制：
　　（1）轴向功率偏差尽量控制在参考线1线附近。
　　（2）在满足轴向功率偏差要求的前提下，R棒尽量在调节带中上部。
　　（3）轴向功率偏差的控制比控制棒棒位的控制优先级更高。
　　（4）升降功率和调节ΔI期间，R棒可以突破调节带和插入报警的限值。
　　（5）日常运行需加强轴向功率偏差的监视，根据一回路温度稀释补偿燃耗，并控制R棒位置。
　　3.2 ΔI控制的通用思路
　　影响ΔI控制的因素一般为控制棒位置，硼浓度，一回路平均温度，堆芯的燃耗和堆芯毒物等。日常稳定运行时，操纵员需将ΔI控制在△Iref1参考1线附近。如需日常升级功率改变汽机负荷时，其控制原则如下。
　　负荷改变前：需提前准备保证△I 控制手段要有足够裕度，如根据具体工况预测△I 和氙毒走势，并能采取有效的措施抑制这一趋势发展;理解和分析不同工况下各自对△I的影响因素以及制定对应的控制手段;对寿期末反应堆的特性和此时发生氙振荡特性需足够清楚。
　　负荷改变过程中和负荷改变之后的过程：负荷变化过程中控制△I 接近△Iref1参考1线，一旦发现△I 有偏离△Iref1的趋势时立即制定应对措施，在偏离的最初阶段采取措施是抑制△I趋势扩散从而导致氙振荡发生的最佳时机;通过控制一回路过热或过冷抑制氙振荡;功率越高越容易发生氙振荡，必要时考虑降低功率抑制氙振荡;避免在不当时机去控制△I或者使用不当控制手段导致△I走向恶化;控制△I的过程中，每次不看引入较多的反应性，以防止使氙振荡加剧;合理利用毒物效应;△I 控制过程中，在必要时可等待堆芯变化达到氙平衡状态以后，不要强行在氙毒剧烈变化时去提升功率或者提棒，从而导致△I不可控。 　　3.3 日常降功率时ΔI的控制
　　降功率过程中及消毒阶段，△I总体向右移动。原因：降功率时堆芯上部温度比下部温度下降较多，由于反应堆中负的慢化剂温度效应存在，使轴向功率峰向上移动，△I向右移动。氙毒涨毒，由于降功率前初始状态△I为正值，堆芯上部涨毒比下部多，氙毒引入负反应性，堆芯上部功率下降幅度相对更大，△I向左移动。氙毒消毒，由于△I为正值，堆芯上部消毒比下部多，消毒引入正反应性，堆芯上部功率增加幅度相对更大，△I向右移动。所以在降功率过程中，降功率（△I向右）和涨毒（△I向左）所引起的△I变化总体向右移動，有超出右限线触发C21甩负荷的风险;降功率结束后的消毒阶段也使得△I向右移动，有进入计时区风险。
　　针对以上分析，降功率时的控制手段如下：降功率初始阶段，尽量控制△I负一些，R棒棒位高一点;降功率过程中减小硼化总量，尽量通过氙毒涨毒效应补偿功率下降引入的反应性。有时R棒初始棒位较低，且受限于低低限值的限制，技术规范要求R棒棒位必须高于低低限值。降功率结束需控制R棒高于低低限值;可在降负荷过程中G棒下插控制△I。技术规范对G棒插入堆芯的时间有12小时的限制，如果不能及时提出将违反技术规范要求。因此G棒下插的时间应尽可能的晚，为便于后续上提，下插步数应尽量少。
　　3.4 日常升功率时ΔI的控制
　　升功率过程中，△I总体向左移动。原因为：升功率时，堆芯上部温度上升较多，下部温度上升较少，由于慢化剂温度系数为负，使△I向左移动;氙毒消毒（氙毒变化趋势见物理提供的参考数据），从理论上来说当△I>0时，氙毒消毒时△I向右，反之向左，但从1、2号机组目前的运行实际经验来看，不管△I初始如何，规律总是消毒向左，涨毒向右。因此预测在升功率过程中，△I肯定是向左移动;升功率结束后的涨毒阶段使得△I向右移动。
　　针对以上分析，升功率时的控制手段如下：升功率初始阶段，尽量保持R棒棒位低一点（不能低于低低限）以便于在△I接近参考1线后，通过R棒的提升（自动或手动）使得△I保持在参考1线附近;升功率过程中尽量减少对一回路的稀释量，通过堆芯氙毒消毒所引入的正反应性来补偿升功率过程中功率亏损所带来的负反应性。具体就是在△I接近参考1线前，适时（参考温差进行）稀释，尽量保持R棒不提使得△I逐渐接近参考1线，在接近参考1线后，通过R棒的提升导致的△I右移来控制在参考1线附近;R棒的提升是必然的，因为升功率过程本身和氙毒消毒效应都将使△I向左移动，而稀释同样是使△I向左，要维持△I的常轴向，必需适时让R棒提升，因此总的原则就是以参考1线为基准，“Z”形路线行走。
　　4 结束语
　　日常运行过程中，轴向功率偏差△I的控制手段多样化。不同操纵人员由于运行经验和对△I的理解不同，其对△I的控制也会略有不同。但针对不同的运行工况，轴向功率偏差的总体控制思路和原则都是对应不变的。只要反应堆操纵人员能理解△I变化的物理原理，分析清楚影响轴向功率偏差变化的因素，就能够有效利用多种手段合理控制轴向功率偏差在允许的运行范围内。
　　参考文献：
　　[1]福建福清核电有限公司.FQW-OP00-GL-001.轴向功率偏差控制技术导则[S].
　　[2]福建福清核电有限公司.FQ-3-OP-003.福建福清核电厂1、2号机组高级运行培训教材[S].
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