核电站控制棒投自动状态过程分析

2015-07-12董恩兴陈代鑫刘炜福建福清核电有限公司

科学中国人 2015年20期

董恩兴，陈代鑫，刘炜福建福清核电有限公司

核电站控制棒投自动状态过程分析

董恩兴，陈代鑫，刘炜
福建福清核电有限公司

摘要：控制棒手自动状态的切换是核电站反应堆升降功率过程中所必须的操作，而升功率过程中将控制棒投自动状态是操纵员所必须掌握的关键技能之一，本文结合福清核电1号机组启动过程中的实际情况，对控制棒投自动状态的过程进行了分析，给出了调整影响控制棒投自动状态的参数的方法，对后续运行人员如何将控制棒投自动状态具有指导意义。

关键词：核电站；控制棒；状态；控制模式

对于M310机组，控制棒组件分为功率调节棒组（G棒）、温度调节棒组（R棒）和停堆棒组（S棒）三类，其中S棒和R棒为黑棒，G棒为灰棒。正常运行时，G棒位于堆顶（短时非满功率运行时，也可位于与机组功率相对应的要求棒位），用于调节反应堆功率，使一、二回路功率匹配；R棒在堆芯上部一定范围移动，用于控制一回路冷却剂温度的波动，使一回路平均温度与二回路负荷生成的整定温度相匹配；S棒用于停堆后保证停堆深度，正常运行时提出堆外。由于S棒在反应堆达临界前就已经全部提出堆芯，不参与反应堆功率及一回路温度控制，所以本文中所提到的控制棒单指G棒和R棒。

一、基本概念

温度模式（T模式）：在蒸汽旁路排放系统中，旁排GCT-c的开启信号正比于反应堆冷却剂的平均温度与代表汽机负荷程序温度之差，即一二回路之间的功率偏差。这种模式用于高负荷时自动控制运行。

压力模式（P模式）：在蒸汽旁路排放系统中，用蒸汽集管压力测量值与其整定值之差作为蒸汽旁排阀的开启信号，称为压力控制模式。这种模式用于低负荷控制棒手动控制期间或蒸汽排放阀开启情况下低负荷长时间运行。

临时的增改值（007KU）：改变功率整定值，从而改变G棒叠步计数器的叠步棒位，临时增改值不能为负值。007KU增加时，G棒会提升；007KU减小时，G棒会下插。

二、控制棒工作原理

1.1G棒工作原理

G棒是由反应堆功率调节系统控制的，它根据汽机调节系统选择的待跟踪功率，加上临时增改值(007KU)，得到功率整定值，再转换为G棒棒位整定值。由叠步计数器给出的棒位实测值与整定值进行比较，将棒位偏差转为棒速和棒向信号，从而控制G棒的移动，以跟踪二回路功率。简而言之就是根据二回路功率需求控制G棒的棒位，最终目标是使G棒的位置与功率需求相对应。

1.2R棒工作原理

R棒是由平均温度控制系统控制的，它通过测量一回路平均温度，与由二回路负荷生成的平均温度整定值进行比较，产生调节信号，控制R棒组的移动。此外平均温度控制系统中还设置有开环通道，用于完成平均温度的快速控制，功率失配变化时起调节作用。简而言之就是根据考虑了功率失配的温差信号控制R棒动作的，最终目标是使一回路平均温度等于其整定值。

三、控制棒投自动状态过程

1.1直接影响控制棒投自动状态的参数

直接影响控制棒投自动状态的参数有：G棒要求棒位080KM、G棒叠步棒位081KM、临时增改值007KU、一回路平均温度最大值403KM、一回路平均温度整定值404KM、温度偏差405KM、汽机旁路排放系统（GCT-c）的状态（全关或未全关）及控制模式。

1.2控制棒投自动状态的过程

首先是GCT-c模式转换，其次是G棒投自动，最后是R棒投自动。详细过程如下：在GCT-c排放阀完全关闭后发电机停止升负荷，并维持二回路负荷在当前值，将GCT-c由P模式（压力模式）转换为T模式（温度模式），同时采取合适的方法(如调硼或修改临时增改值007KU等)调节080KM或081KM的值，使其最终一致，随后将G棒由手动状态转换到自动状态，并确认其没有出现异常动作。G棒状态稳定后，检查403KM/404KM/405KM的值，如果405KM大于±0.56℃，则采取合适的方法调节403KM或404KM的值，最终使405KM小于±0.56℃，随后将R棒由手动状态转换到自动状态，并确认其没有出现异常动作。G棒/R棒放自动后一、二回路才能同步进行升负荷。

四、影响参数分析

1.1GCT-c的状态

GCT-c在P模式下主蒸汽母管压力整定值经函数发生器转换为相对最终功率整定值，后者参与生成G棒要求棒位080KM以及一回路平均温度整定值404KM。GCT-c在T模式下080KM和404KM由汽机冲动级进汽压力决定。

在GCT-c全关后，由于主蒸汽母管压力整定值与汽机冲动级进汽压力是一一对应的，此时GCT-c由P模式切到T模式，不会对080KM和404KM产生扰动，可以进行模式转换。

GCT-c未全关时，因部分蒸汽排往凝汽器，使得主蒸汽母管压力整定值与汽机冲动级进汽压力不匹配，由主蒸汽母管压力整定值生成的080KM和404KM比汽机冲动级进汽压力生成的值要大，如果此时将GCT-c由P模式转换到T模式，转换后404KM只由汽轮机进汽压力整定，会造成080KM和404KM突然减小，G棒和R棒均下插。正常情况下此时应无C7A信号且404KM比403KM低，会造成GCT-c突然关闭，蒸汽发生器水位猛烈下降，如果转换前GCT开度较大，则将由SG水位低低引发停堆，所以GCT-c由P模式切到T模式必须等GCT-c全关后方可进行。

1.2G棒棒位

G棒要求棒位080KM、G棒叠步棒位081KM和临时增改值007KU对G棒投自动状态均有影响。当080KM大于081KM，说明G棒要求棒位大于叠步棒位。如果此时007KU有值，则维持081KM不变，使080KM减小，具体操作是通过减小007KU的值，使

080KM减小。

在007KU减少到零后，如果080KM仍然大于081KM，则维持080KM不变，使081KM增大，具体操作是通过硼化赶棒的方式使G棒提升，从而增加081KM的值，使080KM最终与081KM一致后将G棒放自动。此时，需要比较080KM与081KM间的棒位偏差，根据核设计手册G棒价值曲线，将棒位偏差转变为对应的反应性，再把反应性变化量折算成硼化量。硼化时根据081KM的变化应及时对硼化总量及速度进行修正，严格控制G棒手动提升的速度，防止造成一回路过热或过冷。

当080KM小于081KM，说明G棒要求棒位小于叠步棒位，采取的方法是维持081KM不变，使080KM增加。具体操作是增加007KU的值，使080KM增加，并最终满足080KM与081KM一致后将G棒放自动。

1.3R棒棒位

G棒放自动后，R棒棒位取决于一回路温度403KM与404KM的偏差405KM。调节405KM主要依靠改变007KU的值、硼化或稀释进行调节，在405KM值不大时，也可以通过对汽机功率的轻微改变来调节。若403KM大于404KM，说明一回路过热，可以通过硼化或者减小007KU的值使G棒下插，达到降低一回路温度的目的。若403KM小于404KM，说明一回路过冷，可以通过稀释或者增加007KU的值使G棒提升，达到增加一回路温度的目的。调节的最终目标是403KM与404KM的值接近，即405KM的值小于±0.56℃，保证R棒放自动时，没有自动移动信号，做到无扰切换。