轴向功率偏差控制浅析

轴向功率偏差控制浅析

朱德彪

（辽宁红沿河核电有限公司辽宁省大连市116001）

摘要：反应堆功率运行轴向功率偏差轴线功率偏差△I控制一直是压水堆控制的难点，在机组功率需要经常的变化时，轴线功率偏差△I控制对机组安全更有重要的意义，总结和掌握各种工况下判断和分析轴向功率偏差轴线功率偏差ΔI的变化趋势，正确、熟炼地应用轴线功率偏差ΔI控制方法和关键点，对机组安全稳定运行具有重要意义。

关键词：轴向功率偏差；影响因素；控制

1.基础简介

压水堆功率运行轴线功率偏差ΔI控制是保证反应堆功率运行及功率变化期间安全的重点和难点，尤其是功率变化过程中及功率变化后轴线功率偏差ΔI的控制。运行技术规范对功率控制棒及温度控制棒都有严格的限制。在升、降功率过程时既要遵守运行技术规范，又要控制轴线功率偏差ΔI使其维持在运行梯形图的限值内，始终是要重点关注的问题。

2.影响轴向功率偏差的主要因素及控制

1控制棒

功率控制棒G棒及温度控制棒的变化对轴线功率偏差ΔI的影响较为明显，温度控制棒R棒价值较大，正常运行期间总是处于堆芯上部的设计好的调节带内，设置调节带的作用就是为了保证温度控制棒R棒有足够大的微分价值，因此温度控制棒R棒在堆芯内的移动对轴线功率偏差ΔI影响很大，温度控制棒R棒插入越深，轴线功率偏差ΔI越负。使用温度控制棒R棒控制轴线功率偏差ΔI时必须注意：在稳定工况下控制氙振荡时，当轴线功率偏差ΔI振荡方向刚刚改变时是干预的最好时机，此时可通过提升或插入温度控制棒R棒来抑制氙振荡。如果轴线功率偏差ΔI振荡的方向即将改变，此时不宜干预，否则会加剧氙振荡的幅度。功率控制棒G棒采用叠步方式移动，其主要目的是减少对轴向功率分布的影响。插棒降功率时，功率控制棒G棒插入堆芯，总的趋势是使轴线功率偏差ΔI向负的方向偏移，但并不是始终如此。将堆芯分为上、下两个部分，随着功率控制棒G棒的移动，引入到堆芯上部和下部的积分价值发生变化。如果上部引入的负的反应性较大，轴线功率偏差ΔI向负方向偏移；如果下部引入的负的反应性较大，则轴线功率偏差ΔI向正方向偏移。

2一回路硼浓度

在改变一回路硼浓度，稀释时，堆芯下部功率上升速率及幅度大于堆芯上部，使得稀释过程中轴线功率偏差ΔI向负的方向偏移；硼化时，堆芯下部功率下降速率及幅度大于堆芯上部，使得硼化过程中轴线功率偏差ΔI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，从堆芯底部到堆芯顶部温度逐渐升高，并且随着功率的改变堆芯入口温度变化不大。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小于堆芯下部，使得稀释过程中，轴线功率偏差ΔI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小于堆芯下部，使得硼化过程中，轴线功率偏差ΔI向正的方向偏移。总的来说，稀释使轴线功率偏差ΔI向负的方向变化；硼化使轴线功率偏差ΔI向正的方向变化。

3一回路平均温度

平均温度为堆芯入口温度与出口温度的平均值。在零功率到满功率的过程中，反应堆入口温度几乎不变，出口温度变化较大。平均温度的整体影响与功率对轴线功率偏差ΔI影响类似，整体上使得轴线功率偏差ΔI往负的方向变化。当反应堆功率不变，单纯平均温度发生变化时，对轴线功率偏差ΔI影响也是往负的方向变化，这是因为随着平均温度上升，水铀比变小，中子能谱变硬，氙毒效应弱化，而氙毒对堆芯下部作用更大，整体上效果是轴线功率偏差ΔI往负的方向变化。

4功率

当功率升高时，堆芯出口慢化剂温度逐渐升高，由于慢化剂温度效应为负，堆芯上部中子通量密度减小，中子通量密度峰会逐渐向堆芯下部偏移，从而轴线功率偏差ΔI会逐渐往负的方向偏移。同理，降功率时轴线功率偏差ΔI会逐渐往正的方向偏移。功率变化的速率对氙振荡的幅度有一定影响，升降功率速率越小，氙振荡幅度越小，轴线功率偏差ΔI越容易控制，反之亦然。总的来说，升功率轴线功率偏差ΔI会向负方向变化；反之，降功率会使轴线功率偏差ΔI向正方向变化。

5燃料燃耗

寿期初零功率，在反应堆内没有控制棒时，堆内中子通量密度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，轴线功率偏差ΔI会逐渐往负的方向偏移。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，如果要维持总的输出功率不变，则必须使堆内中子通量密度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，峰值是由于燃耗上部峰及慢化剂温度效应下部峰共同作用所致。总的来说，随着燃耗的增加，轴线功率偏差ΔI会逐渐向正的方向偏移。

6氙毒

正常运行期间，反应堆内的氙浓度处于动态平衡之中，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密度有关，中子通量密度高的地方氙毒大，中子通量密度小的地方氙毒小。由于堆内中子通量密度的分布是不均匀的，因而堆内氙毒的分布也不均匀。仅从影响平均温度方面考虑，氙毒减少，轴线功率偏差ΔI往负方向变化；氙毒增加，轴线功率偏差ΔI往正方向变化。实际上需要考虑堆芯中子通量密度分布不均匀的情况下，氙毒变化对轴线功率偏差ΔI影响：堆芯下部中子通量密度高时，氙毒增加，轴线功率偏差ΔI往正方向变化，氙毒减少，轴线功率偏差ΔI往负方向变化；堆芯上部中子通量密度高时，反之。

控制氙振荡的通用策略为：①当氙振荡振幅较小时，可采取稀释、硼化的方式，即：当处于氙振荡正周期即涨毒轴线功率偏差ΔI向正的方向变化时，通过稀释或降电功率并保持一回路的温度稍过热来抑制氙振荡。当处于氙振荡负周期即消毒时，通过硼化或升功率并保持一回路的温度稍过冷来抑制氙振荡；②当氙振荡振幅较大时，抑制氙振荡最有效的方法是温度控制棒R棒的移动，这需要选择恰当的提棒和插棒时机。当氙振荡处于正周期即氙毒上涨时，在其振荡的1/4点处开始插棒，而在氙振荡负周期即氙毒减少时，在其振荡1/4点处开始提棒。提棒和插棒都应以逐渐减小振荡幅度直至将其完全消除为宗旨，不能过急。

综合以上6种控制手段，提棒、硼化、涨毒、增加电功率使轴线功率偏差ΔI向正方向变化；插棒、稀释、消毒、减少电功率使轴线功率偏差ΔI向负方向变化。

3.总结：

（1）压水堆核电厂由于氙毒及控制棒插入限制的影响，随着循环寿期的不断延伸，轴线功率偏差ΔI的控制难度不断增加。

（2）在升降功率过程中主要考虑慢化剂温度效应对轴线功率偏差ΔI的影响，控制上应采取合理使用控制棒的策略。一旦稳定在某功率平台，就需要根据之前的操作确定氙毒的变化趋势，进一步确定控制轴线功率偏差ΔI的策略。

（3）把握氙毒对轴线功率偏差ΔI的影响是关键。在控制上应采取温度偏差调整或分次少量使用控制棒的策略。

（4）反应堆达到氙平衡后，轴线功率偏差ΔI会逐渐趋向一个稳定值，这个稳定值与对应的控制棒棒位有关。控制轴线功率偏差ΔI就是要让运行点缓慢接近该稳定值，避免引起振荡。