反應(yīng)堆運(yùn)行45恒定軸向偏移

1、恒定軸向偏移時(shí)的反應(yīng)堆運(yùn)行l(wèi)反應(yīng)堆功率分布的特點(diǎn)反應(yīng)堆功率分布的特點(diǎn) (1) 對(duì)于徑向功率分布對(duì)于徑向功率分布,主要由堆芯燃料組件的分區(qū)布置、主要由堆芯燃料組件的分區(qū)布置、可燃毒物組件和控制棒組件在堆芯的布置以及控制棒提棒可燃毒物組件和控制棒組件在堆芯的布置以及控制棒提棒順序等來控制，并通?？梢跃_預(yù)測(cè)。因此，在反應(yīng)堆運(yùn)行順序等來控制，并通?？梢跃_預(yù)測(cè)。因此，在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，對(duì)徑向功率分布的控制是次要的，且可以控制的裕過程中，對(duì)徑向功率分布的控制是次要的，且可以控制的裕度是很小的；度是很小的； (2) 對(duì)于軸向功率分布，在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，受到慢化劑對(duì)于軸向功率分布，在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，

2、受到慢化劑溫度效應(yīng)、中毒效應(yīng)、多普勒效應(yīng)、控制棒棒位以及溫度效應(yīng)、中毒效應(yīng)、多普勒效應(yīng)、控制棒棒位以及燃耗等因素的影響，因此是反應(yīng)堆功率分布研究的重點(diǎn)，其燃耗等因素的影響，因此是反應(yīng)堆功率分布研究的重點(diǎn)，其目的是保證反應(yīng)堆能夠安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。目的是保證反應(yīng)堆能夠安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。l與軸向功率分布研究相關(guān)的參數(shù)與軸向功率分布研究相關(guān)的參數(shù) 1、 熱點(diǎn)因子熱點(diǎn)因子 或可稱為或可稱為“功率峰因子功率峰因子”、“功率不均勻系數(shù)功率不均勻系數(shù)”，它反，它反應(yīng)了反應(yīng)堆功率分布的均勻程度，用堆芯最大線功率密度應(yīng)了反應(yīng)堆功率分布的均勻程度，用堆芯最大線功率密度和堆芯平均線功率密度的比值來表示：和堆芯平均線功

3、率密度的比值來表示：avlmaxlTq)(q)(qF 熱點(diǎn)因子的定義非常明確，但無法準(zhǔn)確測(cè)量。熱點(diǎn)因子的定義非常明確，但無法準(zhǔn)確測(cè)量。 2、 軸向偏移軸向偏移AO（Axial Offset) 堆芯上、下兩個(gè)部分功率之差與總功率的比值堆芯上、下兩個(gè)部分功率之差與總功率的比值：%100BHBHPPPPAO軸向偏移軸向偏移AO只是功率分布的形狀因子，功率分布只是功率分布的形狀因子，功率分布不能被精確地反映。不能被精確地反映。 3、 軸向功率偏差軸向功率偏差 堆芯上半部分功率與下半部分功率之差：堆芯上半部分功率與下半部分功率之差：)(BHBHPPAOPPI 4 4、參數(shù)間的相互聯(lián)系、參數(shù)間的相互聯(lián)系包

4、絡(luò)線包絡(luò)線 反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，需要監(jiān)視的參數(shù)是反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，需要監(jiān)視的參數(shù)是“熱點(diǎn)因子熱點(diǎn)因子”，但熱點(diǎn)，但熱點(diǎn)因子是一個(gè)不可測(cè)的量，無法獲得；因子是一個(gè)不可測(cè)的量，無法獲得； 但反應(yīng)堆在運(yùn)行中，通過功率量程儀表可以得到軸向偏但反應(yīng)堆在運(yùn)行中，通過功率量程儀表可以得到軸向偏移，該參數(shù)某種程度上也反映了反應(yīng)堆功率分布的形狀；移，該參數(shù)某種程度上也反映了反應(yīng)堆功率分布的形狀； 因此，需要考慮是否可以在這兩個(gè)參數(shù)之間建立某種聯(lián)因此，需要考慮是否可以在這兩個(gè)參數(shù)之間建立某種聯(lián)系。系。 對(duì)反應(yīng)堆正常運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行瞬變和氙振蕩時(shí)，進(jìn)行大量對(duì)反應(yīng)堆正常運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行瞬變和氙振蕩時(shí)，進(jìn)行大量的模擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，得到

5、以下包絡(luò)曲線：的模擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，得到以下包絡(luò)曲線：狀態(tài)點(diǎn)、包絡(luò)線與狀態(tài)點(diǎn)、包絡(luò)線與AO的關(guān)系的關(guān)系%14AO23. 2AO0376. 0F%18AO08. 2AO0376. 0F%14AO%1876. 2FTqTqTq這意味不管反應(yīng)堆運(yùn)行在這意味不管反應(yīng)堆運(yùn)行在I I類工況或類工況或IIII類工況，堆芯熱類工況，堆芯熱點(diǎn)因子總是小于或等于包絡(luò)線所給定的極限值。超越點(diǎn)因子總是小于或等于包絡(luò)線所給定的極限值。超越包絡(luò)線，堆芯性能就會(huì)惡化。包絡(luò)線，堆芯性能就會(huì)惡化。l限制功率分布的有關(guān)準(zhǔn)則限制功率分布的有關(guān)準(zhǔn)則 防止堆芯熔化準(zhǔn)則防止堆芯熔化準(zhǔn)則 燃料芯塊溫度不超過燃料芯塊溫度不超過UO2UO2熔點(diǎn)（

6、熔點(diǎn)（22602260C C），相應(yīng)線功率），相應(yīng)線功率密度密度590W/cm590W/cm； 臨界熱流密度（臨界熱流密度（DNBDNB）準(zhǔn)則）準(zhǔn)則 為防止發(fā)生膜態(tài)沸騰，定義偏離泡核沸騰比為防止發(fā)生膜態(tài)沸騰，定義偏離泡核沸騰比DNBRDNBR為臨為臨界熱流密度與實(shí)際熱流密度之比。額定功率運(yùn)行下，界熱流密度與實(shí)際熱流密度之比。額定功率運(yùn)行下， DNBR1.9DNBR1.9；在功率突變或出現(xiàn)事故時(shí)，；在功率突變或出現(xiàn)事故時(shí)，DNBR=1.3DNBR=1.3。 和失水事故有關(guān)的準(zhǔn)則和失水事故有關(guān)的準(zhǔn)則 一旦發(fā)生失水事故，也應(yīng)當(dāng)避免燃料包殼熔化。燃料一旦發(fā)生失水事故，也應(yīng)當(dāng)避免燃料包殼熔化。燃料包殼不

7、能超過包殼不能超過12041204C C，相應(yīng)的線功率密度理論極限值，相應(yīng)的線功率密度理論極限值480W/cm480W/cm，實(shí)際取，實(shí)際取418W/cm418W/cm。 以以900MW900MW級(jí)壓水堆核電站為例，級(jí)壓水堆核電站為例，Pn=2775MW,Pn=2775MW,其中燃料其中燃料產(chǎn)生的功率份額為產(chǎn)生的功率份額為0.9740.974，堆芯的平均線功率（，堆芯的平均線功率（ql)ql)avav：cmWqavl/178)(366*264*157974. 0*10*27756為滿足失水事故準(zhǔn)則，滿功率下的熱點(diǎn)因子可表示成：為滿足失水事故準(zhǔn)則，滿功率下的熱點(diǎn)因子可表示成：35. 217841

8、8TqFl恒定軸向偏移的控制恒定軸向偏移的控制 控制棒是控制反應(yīng)堆軸向功率分布的主要手段，但控制棒是控制反應(yīng)堆軸向功率分布的主要手段，但控制棒的移動(dòng)將有可能導(dǎo)致氙振蕩，這種效應(yīng)不可能根除?？刂瓢舻囊苿?dòng)將有可能導(dǎo)致氙振蕩，這種效應(yīng)不可能根除。 但可采用恒定軸向偏移的控制方法但可采用恒定軸向偏移的控制方法來盡可能降低在正常運(yùn)來盡可能降低在正常運(yùn)行時(shí)氙振蕩出現(xiàn)的幾率行時(shí)氙振蕩出現(xiàn)的幾率： 無論反應(yīng)堆在多少功率水平下運(yùn)行，保持軸向功率無論反應(yīng)堆在多少功率水平下運(yùn)行，保持軸向功率分布形狀相同，軸向偏移分布形狀相同，軸向偏移AOAO為恒定值為恒定值A(chǔ)OAOrefref。 物理意義是：在額定功率下，平衡氙及

9、控制棒全部物理意義是：在額定功率下，平衡氙及控制棒全部從堆芯抽出情況下，堆的軸向偏移。從堆芯抽出情況下，堆的軸向偏移。 AOAOrefref隨燃耗變化，如在第一循環(huán)期間，從隨燃耗變化，如在第一循環(huán)期間，從-7%-7%變化到變化到2%2%。P-AO和和P-I圖圖l運(yùn)行圖和保護(hù)圖運(yùn)行圖和保護(hù)圖 為了運(yùn)行控制的需要為了運(yùn)行控制的需要,通常把通常把FQ-AO的關(guān)系式轉(zhuǎn)換成的關(guān)系式轉(zhuǎn)換成P- I關(guān)系式。關(guān)系式。 引入系數(shù)引入系數(shù)K：當(dāng)前功率下的最大線功率密度與滿功率下：當(dāng)前功率下的最大線功率密度與滿功率下的平均線功率密度的比值。的平均線功率密度的比值。PKP178*)(q)(q)(qFmaxlavlma

10、xlTqPIAO把這兩個(gè)關(guān)系式代入到包絡(luò)線方程，可以得到：把這兩個(gè)關(guān)系式代入到包絡(luò)線方程，可以得到：14. 0*76. 214. 0*23. 20169. 018. 0*76. 208. 20181. 014. 0*76. 218. 0*76. 276. 2KIKIPKIKIPKIKKP 為遵守堆芯為遵守堆芯不熔化準(zhǔn)則，最大線功率密度小于不熔化準(zhǔn)則，最大線功率密度小于590W/cm590W/cm，此時(shí)，此時(shí)K=590/178=3.31K=590/178=3.31，代入上面方程方程，得到滿足堆芯不熔化準(zhǔn)則的，代入上面方程方程，得到滿足堆芯不熔化準(zhǔn)則的P-I梯形關(guān)系式：梯形關(guān)系式：%17I149I

11、169P%22I159I181P%17I%22120P 在發(fā)生失水事故時(shí)，為遵守燃料包殼在發(fā)生失水事故時(shí)，為遵守燃料包殼不熔化準(zhǔn)則，最大線功率密度不熔化準(zhǔn)則，最大線功率密度小于小于418/cm418/cm，此時(shí)，此時(shí)K=418/178=2.35K=418/178=2.35，代入上面方程方程，得到，代入上面方程方程，得到P-I梯梯形關(guān)系式：形關(guān)系式：%12I105I169P%16I113I181P%12I%1687P I在在iref5%范圍內(nèi)時(shí)，允許在（范圍內(nèi)時(shí)，允許在（0100）Pn功率間運(yùn)行功率間運(yùn)行保護(hù)梯形和運(yùn)行梯形保護(hù)梯形和運(yùn)行梯形運(yùn)行控制運(yùn)行控制1、運(yùn)行功率、運(yùn)行功率P87%FP此時(shí)采

12、用的運(yùn)行方式是限制超出運(yùn)行帶的時(shí)間，要求在升功率此時(shí)采用的運(yùn)行方式是限制超出運(yùn)行帶的時(shí)間，要求在升功率之前之前12小時(shí)內(nèi)超出的累積時(shí)間不大于小時(shí)內(nèi)超出的累積時(shí)間不大于1小時(shí)，否則因氙震蕩不可小時(shí)，否則因氙震蕩不可能有效地將功率提升到額定功率。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)小的軸向氙震蕩，能有效地將功率提升到額定功率。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)小的軸向氙震蕩，如果如果 I I 變得更負(fù)，應(yīng)提升調(diào)節(jié)棒組件，再進(jìn)行加硼操作；如變得更負(fù)，應(yīng)提升調(diào)節(jié)棒組件，再進(jìn)行加硼操作；如果果I I 變的更正，則采取相反的操作。變的更正，則采取相反的操作。運(yùn)行控制運(yùn)行控制2、運(yùn)行功率在、運(yùn)行功率在15%FPP87%FP 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的I I運(yùn)行功率值應(yīng)落

13、在運(yùn)行梯形之內(nèi)。如工作點(diǎn)接近于運(yùn)行功率值應(yīng)落在運(yùn)行梯形之內(nèi)。如工作點(diǎn)接近于梯形腰邊界，應(yīng)降低功率運(yùn)行。梯形腰邊界，應(yīng)降低功率運(yùn)行。3、運(yùn)行功率、運(yùn)行功率P87% P 在恒定軸向偏移控制方式運(yùn)行時(shí)在恒定軸向偏移控制方式運(yùn)行時(shí),軸向功率偏差在軸向功率偏差在5%FP內(nèi)運(yùn)行內(nèi)運(yùn)行.如果超過這個(gè)區(qū)域如果超過這個(gè)區(qū)域,則要求在升功率之前則要求在升功率之前12個(gè)小時(shí)內(nèi)超出的時(shí)間不大于個(gè)小時(shí)內(nèi)超出的時(shí)間不大于1小時(shí)小時(shí),否則氙振蕩不可能使功否則氙振蕩不可能使功率提升到額定功率率提升到額定功率;如果超過如果超過1小時(shí)，功率應(yīng)當(dāng)降低到小時(shí)，功率應(yīng)當(dāng)降低到87%P,并在正常運(yùn)行梯形內(nèi)運(yùn)行并在正常運(yùn)行梯形內(nèi)運(yùn)行; 2

14、)反應(yīng)堆運(yùn)行功率反應(yīng)堆運(yùn)行功率15%87%FP 可在梯形圖內(nèi)任何一點(diǎn)運(yùn)行可在梯形圖內(nèi)任何一點(diǎn)運(yùn)行 3)反應(yīng)堆運(yùn)行功率反應(yīng)堆運(yùn)行功率15% 沒有氙峰出現(xiàn)的危險(xiǎn)，可以不限制軸向功率沒有氙峰出現(xiàn)的危險(xiǎn)，可以不限制軸向功率A 控制模式的優(yōu)點(diǎn)控制模式的優(yōu)點(diǎn): (1)運(yùn)行簡(jiǎn)便運(yùn)行簡(jiǎn)便,只有一個(gè)調(diào)節(jié)回路只有一個(gè)調(diào)節(jié)回路,正常運(yùn)行時(shí)只需改變硼濃正常運(yùn)行時(shí)只需改變硼濃度度; (2)控制棒組件插入數(shù)量少，徑向和軸向燃耗均勻控制棒組件插入數(shù)量少，徑向和軸向燃耗均勻;A 控制模式的缺點(diǎn)控制模式的缺點(diǎn): 由于控制棒組件插入數(shù)量少由于控制棒組件插入數(shù)量少,當(dāng)要改變功率時(shí)當(dāng)要改變功率時(shí),受化學(xué)和容受化學(xué)和容積控制系統(tǒng)限制。

15、在燃耗循環(huán)中，由于功率提升速度隨功積控制系統(tǒng)限制。在燃耗循環(huán)中，由于功率提升速度隨功率下降率下降,因此不可能瞬間實(shí)現(xiàn)大幅度的功率調(diào)節(jié)因此不可能瞬間實(shí)現(xiàn)大幅度的功率調(diào)節(jié).l G控制模式控制模式-灰棒模式灰棒模式 該模式中該模式中,要求反應(yīng)堆配備以下要求反應(yīng)堆配備以下設(shè)備設(shè)備: 灰棒棒束灰棒棒束 8根根Ag-In-Cd吸收吸收棒棒,16根鋼棒根鋼棒 灰棒棒束有兩組灰棒棒束有兩組:G1,4束灰束灰棒棒;G2,8束灰棒束灰棒 黑棒棒束黑棒棒束24根根Ag-In-Cd吸收棒吸收棒,分分N1,N2兩組兩組,各各8束灰棒的布置應(yīng)束灰棒的布置應(yīng)使得反應(yīng)堆徑向功率畸形最小使得反應(yīng)堆徑向功率畸形最小;棒組棒組數(shù)量

16、數(shù)量溫度調(diào)溫度調(diào)節(jié)棒組節(jié)棒組黑棒黑棒R8功率調(diào)功率調(diào)節(jié)棒組節(jié)棒組灰棒灰棒G14G28黑棒黑棒N18N28停堆停堆棒組棒組黑棒黑棒S17G G模式調(diào)節(jié)棒組和停堆棒組位置模式調(diào)節(jié)棒組和停堆棒組位置有兩個(gè)調(diào)節(jié)回路有兩個(gè)調(diào)節(jié)回路: : 1 1 開環(huán)調(diào)節(jié)回路開環(huán)調(diào)節(jié)回路, ,跟隨控制功率補(bǔ)償棒組跟隨控制功率補(bǔ)償棒組G1,G2, N1, N2 G1,G2, N1, N2 2 2 另一個(gè)回路通過調(diào)節(jié)棒組另一個(gè)回路通過調(diào)節(jié)棒組(R(R棒組棒組) )保證平均溫度調(diào)節(jié)保證平均溫度調(diào)節(jié)900MW 900MW 壓水堆核電站調(diào)節(jié)回路原理圖壓水堆核電站調(diào)節(jié)回路原理圖G 模式控制采用采用G1G1，G2G2，N1N1和和N2

17、N2四個(gè)功率棒組來四個(gè)功率棒組來補(bǔ)償負(fù)荷變化引起補(bǔ)償負(fù)荷變化引起的反應(yīng)性變化，功的反應(yīng)性變化，功率棒組插入堆芯的率棒組插入堆芯的深度是反應(yīng)堆功率深度是反應(yīng)堆功率水平的函數(shù)。水平的函數(shù)。采用調(diào)硼來補(bǔ)償負(fù)采用調(diào)硼來補(bǔ)償負(fù)荷跟蹤過程中氙毒荷跟蹤過程中氙毒引起的慢反應(yīng)性變引起的慢反應(yīng)性變化?；?。冷卻劑的溫度調(diào)節(jié)冷卻劑的溫度調(diào)節(jié)則由溫度控制棒組則由溫度控制棒組（R R棒組）完成，在棒組）完成，在功率快速變化時(shí)，功率快速變化時(shí)，R R棒組能輔助功率棒棒組能輔助功率棒組進(jìn)行反應(yīng)性控制，組進(jìn)行反應(yīng)性控制，此外此外R R棒組也能補(bǔ)償棒組也能補(bǔ)償快速小幅度負(fù)荷變快速小幅度負(fù)荷變化引起的氙毒效應(yīng)?；鸬碾拘?yīng)。

18、負(fù)荷棒位轉(zhuǎn)換程序溫度偏差棒速和方向轉(zhuǎn)換程序W汽 機(jī)負(fù)荷要 求棒位方 向 /速度RGTAVG整定值程序轉(zhuǎn)換程序（汽機(jī)負(fù)荷平均溫度）TAVG REFTAVG A/2模式模式G功率控制功率控制此時(shí)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)分為兩部分：此時(shí)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)分為兩部分：由汽輪機(jī)負(fù)荷信號(hào)控制的功率控制系統(tǒng)由汽輪機(jī)負(fù)荷信號(hào)控制的功率控制系統(tǒng)這是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，由控制回路和監(jiān)督回路組成。這是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，由控制回路和監(jiān)督回路組成。控制過程是：按一個(gè)基本刻度曲線給出的負(fù)荷功率和功率控制過程是：按一個(gè)基本刻度曲線給出的負(fù)荷功率和功率控制棒的對(duì)應(yīng)位置，來確定棒組的定位，利用汽機(jī)負(fù)荷信號(hào)控制棒的對(duì)應(yīng)位置，來確定棒組的定位，利

19、用汽機(jī)負(fù)荷信號(hào)與棒位之間的定值關(guān)系，經(jīng)處理與實(shí)測(cè)位置比較，產(chǎn)生控制與棒位之間的定值關(guān)系，經(jīng)處理與實(shí)測(cè)位置比較，產(chǎn)生控制功率棒組移動(dòng)的方向和速度。功率棒組移動(dòng)的方向和速度。平均溫度控制系統(tǒng)平均溫度控制系統(tǒng)這是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，由平均溫度控制回路和功率失配前饋這是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，由平均溫度控制回路和功率失配前饋回路組成?；芈方M成?；緞?dòng)態(tài)要求是：在額定負(fù)荷基本動(dòng)態(tài)要求是：在額定負(fù)荷10%FP的階躍變化和的階躍變化和5%/min的線性變化的瞬變條件下，在的線性變化的瞬變條件下，在15%FP-100%FP范范圍內(nèi)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)平均溫度達(dá)到其定值溫度。圍內(nèi)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)平均溫度達(dá)到其定值溫度?？刂七^程：控

20、制回路產(chǎn)生棒束的速度和方向信號(hào)，汽機(jī)負(fù)控制過程：控制回路產(chǎn)生棒束的速度和方向信號(hào)，汽機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生平均溫度參考定值曲線，產(chǎn)生非線性增益及其與核功荷產(chǎn)生平均溫度參考定值曲線，產(chǎn)生非線性增益及其與核功率的偏差。最后給出棒束驅(qū)動(dòng)的模擬信號(hào)和兩個(gè)方向的邏輯率的偏差。最后給出棒束驅(qū)動(dòng)的模擬信號(hào)和兩個(gè)方向的邏輯信號(hào)。信號(hào)。反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)原理框圖反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)原理框圖n功率棒功率棒 開環(huán)開環(huán) 快快 粗調(diào)粗調(diào)nR R棒棒 閉環(huán)閉環(huán) 快快 精調(diào)精調(diào)n調(diào)硼調(diào)硼 閉環(huán)閉環(huán) 慢慢控制棒組件移動(dòng)程序控制棒組件移動(dòng)程序插棒順序?yàn)椋翰灏繇樞驗(yàn)椋篏1G1+G2G2G2+N1N1+N2N2其原則是先插吸收率小的棒組，后插吸收率較大的棒組。最優(yōu)的重疊步數(shù)為：在第一循環(huán)，重疊步數(shù)為90步；第二循環(huán)及以后循環(huán)為： 。N2/N1/G2/G1:90/90/100棒組件移動(dòng)重疊程序如下圖所示。功率棒組重疊步數(shù)615490395355270220135051301402252N1N2G1G單組棒步數(shù)G控制模式主要目的控制模式主要目的: 確定一種核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)控制方案確定一種核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)控制方案,以改善以改善A模式中模式中不可能實(shí)現(xiàn)的快負(fù)荷變化：不可能實(shí)現(xiàn)的快負(fù)荷變化： 負(fù)荷運(yùn)行跟蹤時(shí)負(fù)荷運(yùn)行跟蹤時(shí),灰棒組和黑棒組插入到汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)