(辽宁红沿河核电有限公司 辽宁省大连市 116001)
本文从ΔI控制的有关规定入手,重点分析影响ΔI的主要因素及其影响趋势,进而提出ΔI的控制思路和手段,并对ΔI控制模式做进一步思考。
1.技术规范对ΔΙ控制的有关规定
1)P<15%Pn:ΔΙ无限制。
2)15%Pn<P<50%Pn:如功率棒已抽出,ΔΙ在区域Ⅱ内无限制;否则,12小时内超Ⅰ区的累计时间不得大于1小时。
3)P≥50%Pn:如功率棒插入,禁止离开Ⅰ区;如功率棒抽出且ΔΙ在Ⅰ区已稳定6小时则允许进入Ⅱ区。
4)P>50%Pn:在任何24小时内功率棒插入时间限制为12小时,如可快速返回高功率水平时可延至24小时。
5)P>PΔref:如功率棒已抽出,允许在Ⅱ区停留以确定新PΔref点;如棒插入则禁止Ⅱ区内运行。
2.影响ΔΙ的主要因素及其影响趋势
2.1反应堆堆芯冷却剂进出口温差ΔT
因设计上的负温度系数特性,ΔT越大,其他条件不变时,ΔΙ越负。在正常情况下,ΔT与功率成绝对正比关系。所以,功率升高则ΔΙ变负。
在允许改变功率的情况下,升降功率是ΔΙ控制的一个重要手段,特别是寿期末尤为重要。
目前存在着一个较普遍的误区:调节Tavg来控制ΔΙ。从宏观上看这是无多大意义的。因为功率一定时,Tavg变化时,堆芯上下部温度是同步变化的。但从微观上看,也有一点影响,因为慢化剂温度系数随绝对温度而变化,Tavg的改变造成堆芯上下部慢化剂温度系数的相对变化而使ΔΙ略有改变。在大范围ΔΙ控制中不宜采用调节Tavg的方法。其局限性在于:①利用微弱的温度系数相对变化,效果差;②功率一定,其Tavg的变化有严格限制。
2.2燃耗
燃耗对ΔΙ的影响主要从两方面理解:
1)随着燃耗的加深,上部较下部燃耗浅,ΔΙ向正变化。但对ΔΙ控制来说,它是静止的困素,不予考虑。
2)随着燃耗加深,冷却剂硼浓度不断降低,使慢化剂温度系数更负。在同样的功率变化幅度下导致ΔΙ变化使寿期末要比寿期初大得多。这是寿期末ΔΙ控制较寿期初ΔΙ控制难得多的主要原因。
2.3R棒棒位
在堆芯中平面以上,R棒插入越深ΔΙ越负。R棒作为有效的ΔΙ控制手段,使用时必须保持在规定的棒位。
2.4G棒棒位
G棒控制采用叠步移动,其主要目的就是要减少对ΔΙ的影响。但实际上G棒移动时对ΔΙ影响是非常大的。其原因有二:
1)G棒是沿轴向上下移动,每一棒位的价值中心也沿着轴向在变化。将堆芯沿轴向一分为二,随着棒的移动,引入到堆芯上部和下部的积分价值也在相对变化,造成ΔΙ随之变化。其变化趋势是:满功率棒全抽出状态下插棒降至零功率过程中,棒刚插入时其价值在上部,使ΔΙ向负变化;当棒插过中平面开始向堆芯下部引入其负反应性时,ΔΙ开始向正变化。
2)G棒在移动过程中,其微分价值成非线性变化。该因素对ΔΙ的影响体现在:同样是插棒,某一阶段使ΔΙ趋于负,而另一阶段又使ΔΙ趋于正。其结果使插棒降功率时ΔΙ由负向正的宏观变化过程中产生局部正负波动。
2.5氙振荡
氙振荡是导致ΔΙ变化的最主要的不确定因素。其原因是导致氙振荡的因素很多,且氙振荡幅度、周期等均无法准确判断,ΔΙ控制因此而变得复杂与难以预计。话说回来,氙振荡对ΔΙ控制并不全是负面作用。只要选择合适的氙振荡时机,并采用有针对性的措施,在某些情况下是有利于ΔΙ控制的。
3.ΔΙ控制手段
由以上分析可见,对于操纵员来说,控制ΔΙ的最有效手段只有以下几种:
改变R、G棒棒位。
利用慢化剂负温度效应(主要是升降功率)
选择并利用合适的氙振荡时机等。
由此可见,ΔΙ控制的好坏,取决于操纵员何时采用何种手段来进行何种程度的干预。
4.ΔΙ的控制思路
ΔΙ控制实际上就是对氙振荡的控制,其关键在于如何预测氙振荡并采取何种手段抑制氙振荡。
下面分几种情况介绍ΔΙ控制措施:
4.1稳定工况
此时ΔΙ的变化即反应氙振荡情况。当ΔΙ振荡方向改变时是干预的最好时机,可直接利用R棒或升降功率来抑制振荡。例如:ΔΙ开始由正向负变化时,可直接提R棒。如R棒位受限,在允许情况下也可适当降几MW功率。
一般把ΔΙ振荡方向改变到下一次方向改变间的时间分四段。方向刚改变时是干预最佳时机,前两时段是有利时机,第三时段是可干预时段,第四时段是不利时段。如在第四时段干预,则有可能加剧振荡。
4.2变负荷工况
变负荷工况下的ΔΙ控制是ΔΙ控制的难点。特别是大幅度的变负荷工况。该工况下的ΔΙ控制可分为两个阶段:第一阶段是负荷改变过程中的ΔΙ控制;第二阶段是稳定在目标负荷后的氙振荡过程中的ΔΙ控制。
其实,上述两阶段的ΔΙ控制是不可分割的一个控制过程。之所以将其分为两个阶段,是因为这一过程不可能由一个值连续完成,为了便于分析变负荷工况下ΔΙ控制的因果关系而提出此概念。大量的实践经验证明:第一阶段ΔΙ控制是主动性控制,可以灵活选择各种手段;第二阶段是被动性控制,其控制过程与手段在很大程度上取决于第一阶段的结果;如果第一阶段的控制使ΔΙ倾向于某方振荡,则在第二阶段中氙振荡的前半周期将加剧ΔΙ向该方向振荡。
变负荷工况ΔΙ控制的关键点在于:第一阶段大胆利用各种手段将ΔΙ控制在沿参考线直线变化以尽可能减弱氙振荡;第二阶段要利用第一阶段信息(降负荷幅度、速率、降负荷手段、初始ΔΙ、初始氙毒等)以及目前ΔΙ变化趋势尽可能预测氙振荡周期与幅度,以便在合适时机采取有效干预手段。
目前ΔΙ控制存在如下两个主要问题:
1)第二阶段ΔΙ控制从第一阶段得不到足够的应有信息而盲目被动干预;
2)第一阶段ΔΙ控制中使用手段不当留患于第二阶段。
第一个问题解决建议:制定一专用变负荷ΔΙ控制信息跟踪表,在第一阶段中填写。其格式如下:
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第二个问题属于经验与技巧方面的问题,主要靠自身不断总结积累这方面的知识。在此以计划性降功率为例,假设两种情况,探讨如何在第一阶段采取正确手段控制ΔΙ:
1)短期降功率(小于12小时):一般选择插棒降功率,R棒预留在较高位置(调节带上部)。降功率时G棒下插使ΔΙ向负变化,利用棒位校正与硼化操作尽可能减少ΔΙ变化。但寿期末考虑到再升功率时的稀释量,小范围降负荷不硼化,重新升功率后ΔΙ向正振荡,适当插R棒控制。
2)长期降功率(大于12小时):一般采用硼化降功率,R棒尽量在高位。有经验认为,降功率前4小时左右插几步R棒人为造成ΔΙ负向振荡有利于ΔΙ控制。
根据降负荷前ΔΙ的振荡方向其操作略为不同:
ΔΙ基本稳定或向正振荡:先以尽可能低的速率启动降功率(使ΔΙ向负),当Tavg热到一定程度插R棒(使ΔΙ向负),同时硼化一定量(大概估算)继续降功率(ΔΙ向正),再插R棒……如此适当交替操作。
ΔΙ向负振荡:先同时启动降功率与硼化一定量(ΔΙ先是继续向左,硼化效应出现后向右),然后再插R棒→硼化→插R棒……。
以上操作有几个关键点:硼化/插R棒交替使用要控制ΔΙ沿参考线变化(实际上沿参考线成之字形变化较为理想);大胆使用R棒(第一阶段控制过程中因节省一步R棒而造成ΔΙ振荡,在第二阶段控制过程中将需2步或更多R棒来补偿);第一阶段中如R棒已用完,果断使用G棒控制ΔΙ(只要ΔΙ不振荡,12小时内G棒可抽出。但如果第一阶段造成ΔΙ振荡,第二阶段G棒受迫下插,则12小时内很难再提出堆外。因为要等氙振荡半个周期后才有提棒机会);R棒连续下插2至3步的效果要优于一步一步分时下插的累积效果。
5.ΔΙ控制模式的思考
在机组运行过程中,操纵员也许会碰到这些工况:
电网要求降功率运行;
一台给水泵检修而降功率运行;
一列循环水(CRF)回路检修而降负荷运行;
其他设备故障而受迫降负荷运行;
突发性事故甩负荷。
对以上这些典型工况下的ΔΙ控制深入研究,结合各种实践经验,对不同燃耗下的典型工况制定出相应的ΔΙ控制模式,并在今后的实践中加以检验与完善。