核电站△I轴向功率偏差控制分析

核电站△I轴向功率偏差控制分析

刘杰

广东省深圳市大亚湾核电运营管理有限责任公司运行二部 518124

摘要：随着我国社会经济的快速发展，我国核电厂发展规模也逐渐扩大，而轴向功率偏差的控制是核反应堆控制的核心，本文介绍了核电站轴向功率偏差在反应堆不同运行阶段的影响因素及寿期末的控制策略。

关键字：核电厂；轴向；堆芯；策略

一、影响ΔI的主要因素:

（一）、燃耗

1.随着燃耗的增加，△I逐渐向正的方向偏移

寿期初，在堆内没有控制棒时，堆内中子通量沿轴向的分布基本上是对称的。随着功率的升高，堆芯出口慢化剂温度逐渐升高，到满功率时，堆芯出口水温要比入口高得多，因此，随着功率的增加，堆内中子通量密度峰会逐渐向堆芯下部偏移，△I会逐渐地往负的方向偏移。满功率时，堆内中子通量密度峰出现在堆芯高度的40%处。

寿期末,随着反应堆运行时间的推移，堆芯下部的燃耗将大于堆芯上部的燃耗，当维持总的输出率不变，是必使得堆内中子通量分布及堆内功率分布向堆芯上部偏移。随着功率的升高，轴向功率峰向堆芯下部偏移，在满功率时，轴向功率分布趋向于上、下对称，且BOL时更为平坦。

（二）、功率

1.升功率ΔI向左；降功率，ΔI向右

当功率升高时，堆芯出口慢化剂温度逐渐升高，到满功率时，堆芯出口水温要比堆芯入口水温高的多。随着功率的增加，堆内中子通量密度峰会逐渐向堆芯下部偏移，堆芯下部功率会逐渐大于上部功率，从而I会逐渐往负的方向偏移。同理,降功率时I会逐渐往正的方向偏移。

（三）、平均温度

1.平均温度升高，ΔI向左；平均温度降低，ΔI向右

平均温度等于堆入口温度加出口温度的平均。在零功率到满功率，反应堆入口温度几乎不变，出口温度变化较大。因此，平均温度的变化就反映出口温度的变化。反应堆出口温度升高，由于慢化剂温度系数是负值，使反应堆上部功率相对下部功率减少，ΔI有向左的趋势；反应堆出口温度降低，反应堆上部功率相对下部功率增加，ΔI有向右的趋势。

（四）、氙毒

1.氙毒减少，ΔI向左；氙毒增加，ΔI向右（仅从影响平均温度方面考虑）

反应堆在正常运行期间，堆内的氙浓度是处于动态平衡之中的，其产生率等于损失率，在稳态情况下，堆内氙毒的分布也与中子通量有关，中子通量高的地方，相应氙毒就大，而中子通量小的地方，相应的氙毒就小，由于堆内中子通量的分布是不均匀的，因而使得堆内氙毒的分布也是不均匀的。仅从影响平均温度方面考虑：氙毒减少，ΔI向左；氙毒增加，ΔI向右。如果平均温度是不变的，则需从堆芯通量分布考虑氙毒对ΔI影响：堆芯下部通量高时，氙毒增加ΔI向右，氙毒减少ΔI向左；堆芯上部通量高时，反之。

（五）、硼浓度

1.稀释使△I向负的方向偏移；硼化使△I向正的方向偏移

从硼的价值方面考虑:由于堆芯下部慢化剂温度低于上部慢化剂温度，因而堆芯下部硼的价值要大于堆芯上部硼的价值，即在相同的硼浓度变化的情况下，堆芯下部引起的反应性变化要大于堆芯上部所引起的反应性变化（绝对值），从而所引起的堆芯下部功率变化要大于堆芯上部的功率变化。稀释时，堆芯下部功率上升速率及幅度要大于堆芯上部，从而使得稀释过程中，△I向负的方向偏移；硼化时，堆芯下部功率下降速率及幅度要大于堆芯上部，从而使得硼化过程中，△I向正的方向偏移。

从慢化剂温度系数和堆芯温度分布考虑：正常功率运行时，从堆芯低部到堆芯顶部温度逐渐升高，并且堆芯入口温度随着功率的改变而变化不大，稀释和硼化时，堆芯上部的温度的改变要大于堆芯下部的温度的改变，从而引入反应性的大小（绝对值）改变大于下部。稀释时，堆芯温度升高，堆芯上部温度变化比堆芯下部大，因此堆芯上部引入的负反应性比堆芯下部多，从而堆芯上部功率上升幅度要小于堆芯下部，使得稀释过程中，△I向负的方向偏移；硼化时，堆芯温度降低，堆芯上部温度变化比堆芯下部大，因此堆芯上部引入的正反应性比堆芯下部多，从而堆芯上部功率下降幅度要小于堆芯下部，使得硼化过程中，△I向正的方向偏移；

（六）、控制棒

R棒是黑棒，价值较大，在正常运行期间它总是处于堆芯上部的调节带内，而设置调节带的作用就是为了保证R棒有足够大的微分价值，因此R棒在堆芯内的移动对ΔI影响很大，R棒插入越深，ΔI越负。使用R棒控制ΔI有几点必须注意：在稳定工况下控制氙振荡时，当ΔI振荡方向刚刚改变时是干预的最好时机，此时可提升或插入R棒来抑制氙振荡。如果ΔI振荡的方向马上就要改变，此时就不要再去干预，否则会加剧氙振荡的幅度；经验证明R棒连续下插2至3步的效果要大于一步一步分时下插的累计效果。

G棒采用叠步方式移动，其主要目的就是为了减少对轴向功率分布的影响，但实际上G棒移动时对ΔI的影响还是相当大的。插棒降功率时，G棒插入堆芯，总的趋势是使ΔI向负的方向偏移，但并不是始终如此。我们将堆芯分为上下两个部分，随着G棒的移动，引入到堆芯上部和下部的积分价值也在发生变化。如果上部引入的负的反应性较大，ΔI向左偏移；如果下部引入的负的反应性较大，则ΔI向右偏移。因此，同样是插棒，某一阶段ΔI趋向负的方向，而另一阶段又使ΔI趋向正的方向。

综合以上6种控制手段,使△I向右的手段有：提棒、硼化、涨毒、增加电功率；使△I向左的手段有：插棒、稀释、消毒、减少电功率。可见所有因素可以简单分为冷热控制和棒控制。

二、寿期末ΔI控制策略

寿期末堆芯上部功率相对较大，因此当反应堆功率变化时，堆芯上部功率变化更大，氙振荡也更大，△I控制更难。

寿期末对ΔI控制影响最大的参数变化是燃耗的加深、硼的减少，引入两大变化：轴向功率分布变成马鞍型（上下部各有一个波峰，半堆芯高度反而呈波谷）；冷却剂温度系数越来越负，绝对值变大，即冷热变化对△I影响加大。

（一）、寿期末降功率，如果降功率时间不长，技术规范允许的话，尽量采用插棒降功率。如果被迫硼化降功率（长时间降功率运行），关键要充分利用好降功率前的准备时间，化大力气采取各种手段方法，把降功率前的初始状态调整好：功率棒组要全部在堆顶，R棒组尽量在调节带上部靠近带的上限，ΔI则要尽可能靠左边，氙毒要稳定。

开始降功率后，功率棒组用校正因子一直保留在堆顶，这时由于负温度系数的关系，ΔI向正方向变化，上部功率变大，并开始出现毒的震荡趋势。与此同时，降功率过程中的涨毒效果也开始出现。马上减小硼化速率，适当下插R棒抑制ΔI正向变化。当ΔI从右顶点逆转向左顶点变化时，就必须使用控制棒在堆芯的的插入量了，依靠控制棒的逐步提升来控制ΔI的左倾趋势。

（二）、寿期末升功率的主要特点是一回路的硼浓度较低，升功率过程中稀释的效应很慢。另外，在寿期末，R棒一般位置较高，长时间低功率运行后，当为控制△I时，R棒的余量往往显得不够，会出现升功率过程△I迅速的向负的方向偏移，而又没有任何控制手段的局面，此时，不妨暂停升功率，等待氙毒的变化变缓或转向后，再重新开始升功率。参考文献：

[1]龙晟、高云飞，M310核电机组日常运行变负荷过程中轴向功率偏差的控制，[J]科技创新与应用，2019.15。