梁宗弢 章圣斌

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

軸向功率偏差ΔI的控制是核電機(jī)組控制的重點(diǎn)之一，嚴(yán)格將ΔI控制在帶內(nèi)運(yùn)行將會(huì)使堆芯均衡充分燃燒，減少氙振蕩產(chǎn)生，從而保證經(jīng)濟(jì)性和安全性。ΔI的控制因初始條件不同，控制策略也不同。

1 軸向功率偏差ΔI的定義

在某一功率水平下，假定PH代表堆芯上半部分產(chǎn)生的核功率，PB代表堆芯下半部分產(chǎn)生的核功率，則軸向功率偏差ΔI可表示為：

ΔI即是堆芯上半部產(chǎn)生的核功率與下半部產(chǎn)生的核功率之差。由此可見，軸向功率偏差ΔI的變化與堆芯軸向功率分布有關(guān)：當(dāng)ΔI＞0，表示堆芯上半部產(chǎn)生的核功率較大；ΔI＜0，表示堆芯下半部產(chǎn)生的核功率較大[1]。

2 ΔI的影響因素分析

2.1 控制棒棒位

當(dāng)采用常軸向功率偏移控制模式，反應(yīng)堆以基負(fù)荷運(yùn)行為主，日常額定功率運(yùn)行R棒組位于堆芯上半部調(diào)節(jié)帶內(nèi)，其余棒組在堆頂。功率變化期間控制棒對(duì)ΔI的影響取決于R棒棒位的變化，當(dāng)R棒處于堆芯的上半部，則主要影響堆芯上半部的功率，提棒會(huì)使ΔI向右，插棒則使ΔI向左。當(dāng)R棒處于堆芯的下半部則效應(yīng)相反[2]。

2.2 硼濃度

硼的微分價(jià)值隨溫度的升高而減小，在硼化或稀釋過程中，這種效應(yīng)使得堆芯上、下部引入的反應(yīng)性不平衡，從而影響ΔI的變化。但是因?yàn)榕鹚嵩诙研緝?nèi)均勻分布，硼濃度的變化在堆芯內(nèi)也是均勻的，硼微分價(jià)值的影響對(duì)ΔI的影響較小，實(shí)際控制中主要考慮硼化稀釋對(duì)整個(gè)堆芯引入的反應(yīng)性大小。

2.2 功率虧損

功率運(yùn)行的反應(yīng)堆中慢化劑溫度系數(shù)始終為負(fù)，溫度降低向堆芯引入正反應(yīng)性，溫度升高則引入負(fù)反應(yīng)性。慢化劑溫度系數(shù)隨硼濃度和慢化劑溫度的變化而變化，壽期末硼濃度越小負(fù)的越多，慢化劑溫度越高負(fù)的越多。由于慢化劑溫度的分布是沿軸向逐漸升高，使得功率變化期間因慢化劑溫度效應(yīng)向堆芯上下半部引入的反應(yīng)性有差值，并且這個(gè)差值在不同燃耗階段的大小不同，壽期初較小，壽期末較大，此效應(yīng)對(duì)ΔI的影響較大[3]。

功率變化期間燃料溫度效應(yīng)引入反應(yīng)性的大小主要取決于燃料溫度的變化量。因在功率變化期間上下部堆芯溫度差值的變化量很小，因燃料溫度系數(shù)較小，所以燃料溫度效應(yīng)向上下部引入的反應(yīng)性差值較小，對(duì)ΔI的影響很小。氙毒的變化對(duì)ΔI也有影響。功率運(yùn)行時(shí)因堆芯上下部的功率份額不同，則上下部氙毒的相對(duì)平衡濃度不同，在功率變化期間上下部引入的氙毒反應(yīng)性速率也不同，對(duì)ΔI也會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)ΔIref為負(fù)時(shí)，堆芯漲毒使ΔI趨正，堆芯消毒使ΔI趨負(fù)；ΔIref為正時(shí)效應(yīng)相反。由于碘和氙的半衰期相對(duì)較長(zhǎng)，如果在某一時(shí)間堆芯上下部的功率相差較大，在漲毒時(shí)短時(shí)間內(nèi)效果不明顯，在中子消毒時(shí)間效果就很明顯。氙振蕩的根本原因是堆芯上下部的氙平衡濃度的較大改變，在漲消毒時(shí)向堆芯上下部引入不同的反應(yīng)性，使堆芯上下部的功率發(fā)生周期性變化，即ΔI振蕩。抑制氙振蕩的有效手段是調(diào)節(jié)控制棒，加上硼化、稀釋，使ΔI向相反的方向變化，改變堆芯上下部功率，從而縮小上下部氙平衡濃度差值，抑制氙振蕩。如果功率變化期間ΔI被很好的控制，則氙毒的影響主要考慮其變化趨勢(shì)及其引入的反應(yīng)性量。

堆芯通量再分布效應(yīng)主要是由于功率變化期間反應(yīng)性的變化和堆芯燃耗局部不均造成的，從而使堆芯中子通量的分布發(fā)生變化。壽期初控制棒的反應(yīng)性控制裕量充足，ΔI相對(duì)容易控制，壽期末堆芯燃耗局部不均ΔI控制相對(duì)較難。壽期末堆芯下部燃耗深，上部燃耗淺，降功率時(shí)堆芯軸向功率峰向上偏移，相當(dāng)于增大了堆芯的平均熱裂變因子，向堆芯引入了正反應(yīng)性，其增量在上半堆芯更多，從而使ΔI趨正，升功率時(shí)變化則相反。

3 升降功率過程中的ΔI控制

核電廠維持穩(wěn)定功率水平運(yùn)行時(shí)，可以通過稀釋或移動(dòng)控制棒補(bǔ)償控制棒棒位和燃耗對(duì)ΔI的影響。本文以常見調(diào)峰即堆芯功率在100%FP——78%FP之間變化的情況為例，采用常AO控制方法，即ΔI沿ΔIref的平行線移動(dòng)，通過硼化、稀釋和調(diào)整R棒來控制ΔI。

3.1 降功率ΔI控制策略

降功率主要防止ΔI超出右限，尤其是壽期初漲毒階段超出右限。降功率前將運(yùn)行點(diǎn)置于ΔIref偏左位置，避免ΔI有向右振蕩趨勢(shì)，并將R棒置于調(diào)節(jié)帶較高位置，根據(jù)氙毒變化預(yù)測(cè)，確定不同階段的硼化量和速率。降功率速率可以稍慢，以減少氙毒的積累，尤其是壽期末降功率速率應(yīng)更慢。降功率過程中控制一回路溫度稍微過熱，以減少慢化劑溫度降低的引入正反應(yīng)性的效應(yīng)，先以較低的速率降低汽機(jī)負(fù)荷，維持一回路過熱，并適當(dāng)插入R棒，使得ΔI向左移趨近ΔIref，同時(shí)可以少量多次硼化繼續(xù)降功率，通過硼化和插入R棒控制ΔI的趨勢(shì)，為此類推，重復(fù)操作以達(dá)到目標(biāo)功率。

3.2 升功率ΔI控制策略

升功率過程主要注意防止氙振蕩。升功率前將運(yùn)行點(diǎn)置于ΔIref位置，R棒置于較低位置，根據(jù)氙毒變化預(yù)測(cè)確定不同階段的稀釋速率。升功率過程速率應(yīng)稍慢，以減少氙毒變化波動(dòng)，控制ΔI在參考線和預(yù)報(bào)警線之間波動(dòng)，必要時(shí)可以置R棒手動(dòng)以便于ΔI控制；合理控制稀釋量和升功率時(shí)機(jī)，如先升汽機(jī)負(fù)荷，再提升R棒，然后稀釋，如此反復(fù)，維持ΔI趨近ΔIref。利用氙毒消毒效應(yīng)可以加快升功率效率或減少稀釋，當(dāng)接近目標(biāo)負(fù)荷時(shí)停止稀釋，根據(jù)氙毒消毒的速率升功率達(dá)到目標(biāo)負(fù)荷。升功率結(jié)束后，消毒階段可以通過硼化來平衡反應(yīng)性；漲毒階段如ΔI向右偏移，利用稀釋調(diào)節(jié)反應(yīng)性及ΔI，必要時(shí)可手動(dòng)利用R棒調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

在上文中，對(duì)影響核電廠軸向功率偏差ΔI的因素進(jìn)行了一定的研究，并分析在升降功率過程中ΔI的控制思路。在實(shí)際運(yùn)行控制中，需要根據(jù)不同情況以科學(xué)的方法地控制ΔI，使燃料均衡燃燒的同時(shí)減少氙振蕩的產(chǎn)生，提高經(jīng)濟(jì)性和安全性。