核电机组实施ELPO期间的运行控制策略

摘 要：核电机组通常都是带基本负荷运行，但随着核电负荷在电网容量的比重增加，节假日电网调峰期间，核电机组需要实施长期低功率运行（ELPO）。本文旨在介绍压水堆核电机组实施ELPO的风险以及机组控制策略，为其他压水堆核电机组实施长期低功率运行提供参考和借鉴。

关键词：长期低功率运行（ELPO）；轴向功率偏差（ΔI）；控制棒；氙毒

根据压水堆运行技术规范的定义，长期低功率运行（ELPO）是功率补偿棒组全部抽出，运行的基准功率水平（PΔIref）通常小于100%RP，并且持续时间大于12小时的一种运行模式。

1 实施ELPO的控制要点

1.1 轴向功率偏差（ΔI）控制

ΔI必须保持在运行梯形图的范围内。在任何情况下，超出区域II的运行都是严格禁止的。

1.2 R棒控制

正常情况下，R棒应该在调节带内。仅在控制ΔI时，技术规范才允许R棒超出调节带。但在任何情况下，都不得使R棒插到低-低限值。

1.3 G棒控制

根据ELPO的定义，任何时候G棒不能离开堆顶，在降功率时应该通过硼化方式从而使G棒组全部保持在堆外。

1.4 C21信号的控制

在测量Iref或技术规范允许离开运行梯形图区域ΔI时，C21可能需要闭锁，但时间尽可能得短。技术规范规定下列三种情况下可以闭锁C21：①当核功率<50%FP时，且G棒插入的情况下，可以闭锁C21，但在II区累积运行的时间在12小时内不能超过1小时。②当核功率>50%FP，且G棒完全提出堆芯的情况下，可以闭锁C21。③换料后，首次启动以及长期低功率运行后的升功率过程中，由于△Iref未定，从而ΔI区未定的情况下，可以闭锁C21。因为在校正运行梯形图过程中，因运行梯形图的不确定性，闭锁C21可避免意外的甩负荷。

以上控制要点中，最难控制的就是ΔI了，因为影响ΔI的因素较多，例如棒位、氙毒、燃耗、慢化剂温度等。因此有必要先分析一下实施ELPO期间硼化降功率和稀释升功率时ΔI的大概走势。

2 硼化降功率ΔI的走势分析及控制策略

2.1 随着功率的降低，堆芯上部慢化剂温度下降，堆芯下部慢化剂温度基本不变。慢化剂的负温度效应使堆芯上部获得正反应性，相对堆芯下部来说，堆芯上部中子通量减少速率慢一些。因此，随着反应堆功率降低，堆芯功率分布逐渐向堆芯上部偏移，因而使得ΔI向正的方向偏移。

2.2 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。也就是说，在相同的硼浓度变化的情况，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，从而所引起的堆芯下部功率变化要大于堆芯上部功率变化。因此，硼化降功率时，堆芯下部功率下降速率及

幅度要大于堆芯上部，从而使得降功率过程中，ΔI向正的方向偏移。

2.3 综合以上两个因素，在硼化降功率过程中，下部功率下降幅度及速率均比上部要大，因而使得堆芯下部氙毒的增加要大于上部，这样，使得ΔI进一步向正的方向偏移。

2.4 由此可见，在硼化降功率过程中，ΔI肯定是往正的方面偏移。同时，由于堆芯上、下部氙毒累积的不一致，使得后续的ΔI的控制变得更困难。 因此，在实施ELPO降功率前，尽量将R棒提到较高的位置，并且使ΔI稳定，没有振荡的趋势。在降功率过程中，通过R棒的适时插入，将ΔI控制在△Iref2 ±3%的范围内，以减少堆芯上、下部功率的偏差并因此减小随之而来的氙振荡的幅度。同时，在降功率过程中，可通过将堆芯温度维持稍高于整定温度来辅助ΔI的控制。另外，在硼化降功率时，速率应尽量慢一点（<5MW/min），以减小氙毒的积累，从而有助于降到目标负荷后ΔI的控制。当反应堆达到要求的某一低功率水平并运行一段时间（约6-8小时左右）后，堆芯开始解毒，解毒过程正好与积毒过程相反，即下部解毒快且幅度大，而上部解毒慢且幅度小，这样使得下部功率增加大于上部功率的增加，因此我们可以利用这个机会将R棒提到调节带中部（通过硼化来平衡反应性），以便堆芯物理组进行堆芯通量图测量并修改梯形图。

3 稀释升功率ΔI的走势分析及控制策略

稀释升功率时影响I的因素正好与硼化降功率相反，堆芯上下部硼的价值、慢化剂温度以及氙毒的变化都使△I向负的方向偏移。因此，在实施ELPO升功率前，尽量将R棒插至较低的位置，并且使ΔI稳定，没有振荡的趋势。在升功率过程中，通过R棒的适时提升来控制I，避免大幅的振荡。如果R棒调节裕度不多，出现ΔI迅速地向负的方向偏移时（R棒已接近堆顶），我们必须暂停升功率，待氙毒的变化变缓或转向后，再继续升功率。

4 实施ELPO硼化降功率操作

4.1 反应性平衡计算：根据功率亏损、预计R棒插入的积分价值，计算出需要硼化的体积。

4.2 硼化速率计算：根据预计的降负荷速率（2-3MW/MIN）、当前负荷、目标负荷计算出降负荷所需时间，然后用时间除所需硼量得到硼化速率。

4.3 预计要进行较大量的硼化，所以启动两组通断式加热器，均匀一回路与稳压器内的硼浓度。同时将TEP除气器置强制状态“6”，或者启动除气器处理废液。

4.4 以恒定的硼化速率进行硼化，一回路变冷后二回路开始降负荷。并使用校正因子保持功率补偿棒组全部在堆外。

4.5 降功率过程中，根据一回路温度偏差和温度梯度，适当调整降负荷速率或者硼化速率，使一回路平均温度与参考温度一致，温度梯度基本为零。

4.6 将R棒置手动，根据ΔI往右走的趋势和速度，适时插入R棒控制ΔI。

4.7 降功率期间，密切监视机组其他参数正常。例如汽机振动、发电机氢温、氢压、SG水位、APP泵、给水流量、蒸汽流量、GRE023/024MP等等。

4.8 由于硼化的滞后效应，在达到目标负荷前80MW就要停止连续硼化，根据平均温度分批调整一回路硼浓度。避免一回路过冷又要稀释，产生大量废水。

4.9 为了补偿氙毒，在降到目标负荷前20MW就可以利用堆芯积毒的机会缓慢降功率到目标负荷，减少废水产量。

4.10 到达目标负荷后，在上位机修改压力参考值和SD LIMT值。

到达目标功率平台后的关键就是通过R棒、慢化剂温度等手段控制ΔI稳定，抑制氙振荡。如果ELPO预计实施天数>3天，则到达目标功率平台后立即开始逐步将R棒放到执行堆芯通量测量所需的棒位。期间如果超出功能区域预报警（RPN434AA）出现，在ΔI没有振荡趋势的前提下，可以通知值长和安工，由他们决定是否闭锁C21信号。因为此时的运行梯形图已不适应当前工况，闭锁C21可避免意外的甩负荷，必须要求堆芯物理组尽快测量新的参考ΔI，并修改。如果ELPO预计实施天数<3天，为了控制ΔI和升功率方便，可以保持R棒在较低的位置。但在任何情况下，都不得使R棒插到低-低限值。

5 ELPO结束稀释升功率操作

5.1 反应性平衡计算：根据功率亏损、预计R棒提出的积分价值，计算出需要稀释的水体积。

5.2 稀释速率计算：根据预计的升负荷速率（2-3MW/MIN）、当前负荷、目标负荷计算出升负荷所需时间，然后用时间除所需水量得到稀释速率。

5.3 在上位机将压力模式和频率补偿退出，并修改压力参考值和SD LIMT值。

5.4 预计要进行较大量的稀释，启动两组通断式加热器，均匀一回路与稳压器内的硼浓度。并将TEP除气器置强制状态“6”，或者启动除气器处理头箱废液。

5.5 以恒定的稀释速率进行稀释，一回路变热后二回路开始升负荷，并逐步减少校正因子。

5.6 升功率过程中，根据一回路温度偏差和温度梯度，适当调整升负荷速率或者稀释速率，使一回路平均温度与参考温度一致，温度梯度基本为零。

5.7 将R棒置手动，根据ΔI往左走的趋势和速度，适时提出R棒控制ΔI。

5.8 升功率期间，密切监视机组其他参数正常。例如汽机振动、SG水位、APP泵、发电机氢温、氢压、给水流量、蒸汽流量、GRE023/024MP等等。

5.9 由于稀释的滞后效应，在达到目标负荷前80MW就要停止连续稀释，根据平均温度分批注入水量调整一回路平均温度，避免一回路过热超功率。

5.10 为了补偿氙毒，在升到目标负荷前20MW就可以利用堆芯消毒的机会缓慢升功率到目标负荷，减少废水产量。

到达满功率后关键也是控制ΔI稳定，抑制氙振荡，并尽量将R棒逐渐放到执行堆芯通量测量所需的棒位。到达目标平台3天并且氙平衡后，由堆芯物理组测量新的参考ΔI。同时重新计算ELPO限值，更改主控白板上的AD和AD限制时间。

参考文献：

[1]900MW压水堆核电站系统与设备[M].运营培训中心，26-31.

[2]大亚湾核电厂运行技术规范[S].大亚湾核电运营管理有限责任公司，37-50.

[3]大亚湾核电站运行教程[M].原子能出版社，11-29.

[4]运行规程（GS规程），大亚湾核电运营管理有限责任公司.

作者简介：

王柏飞（1979年-），男，广东罗定人，毕业于哈尔滨工业大学热能动力工程系，具有压水反应堆高级操纵员执照，从事压水堆核电机组运行和研究。