CN111724920A - 核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及反应堆控制及保护技术领域,公开了一种核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法。所述方法包括对轴向功率偏差变化趋势进行预测;基于预测结果采用硼化降功率方法或G棒跟随降功率方法对所述轴向功率偏差进行控制调节,以使得所述周向功率偏差维持在预设范围之内。通过对轴向功率偏差变化趋势进行预测,可以根据计划性升降功率预测轴向功率偏差变化趋势,并相应地制定硼化降功率和G棒跟随降功率两种不同的降功率策略,以解决机组在寿期末降功率期间轴向功率偏差的难以控制的问题。保证了堆芯核安全的前提下,确保机组能够及时回升功率,提升了机组的发电能力因子,从而提高了机组的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆控制及保护技术领域,特别是涉及一种核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法。
背景技术
压水堆反应堆内功率呈非均匀分布,局部功率过高会产生“热点”,从而限制堆芯输出功率,严重时甚至会引起燃料组件烧毁。堆芯轴向功率偏差即△I,代表轴向功率分布均匀程度,是运行期间需要重点控制的参数。将运行状态点控制在运行图区域内,就能保证燃料包壳安全,从而确保燃料的完整性。根据最高燃料包壳温度值1204℃,则需要限制堆芯正常运行的最大线功率密度值小于620W/cm。因此,反应堆必须在较小的轴向功率畸变下运行,防止任何轴向氙振荡的发展,如果振荡发展,会引起堆芯轴向功率分布强烈的扰动,产生很大的功率峰值,从而出现安全问题。随着燃耗的增加、提棒、硼化、降功率/降低堆芯出口平均温度,轴向功率偏差会逐渐向正方向偏移。尤其是在寿期末的压水堆核电站,往往轴向功率偏差变化较大,从而导致氙振荡的产生,造成机组上轴向功率偏差控制的困难。
发明内容
基于此,有必要针对寿期末降功率期间轴向功率偏差难以控制问题,提供一种核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法。
一种核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法,对轴向功率偏差变化趋势进行预测;基于预测结果采用硼化降功率方法或G棒跟随降功率方法对所述轴向功率偏差进行控制调节,以使得所述周向功率偏差维持在预设范围之内。
上述核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法,通过对轴向功率偏差变化趋势进行预测,可以根据轴向功率偏差变化趋势制定硼化降功率和G棒跟随降功率两种不同的降功率策略,以解决机组在寿期末降功率期间轴向功率偏差的难以控制的问题。保证了堆芯核安全的前提下,确保机组能够及时回升功率,提升了机组的发电能力因子,从而提高了机组的经济效益。
在其中一个实施例中,所述采用硼化降功率操作包括注入50~150L的硼酸进行初始硼化;以1~3MW/min的速率对电功率进行降功率操作;加大降功率的速率,并对一回路进行偏热控制,使一回路的偏热不高于0.5~1.5℃;当所述电功率降至预设功率时,暂停降功率操作,利用氙毒上涨来使所述轴向功率偏差向负方向变化;注入50~150L硼酸进行硼化,以0.5~1MW/min的速率对所述电功率进行降功率操作;当所述电功率降至目标功率后,减小一回路和二回路的温度偏差至±0~1℃;通过稀释来抑制氙毒上涨,修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
在其中一个实施例中,若所述初始硼化未达到预期效果,对所述电功率进行降功率操作的同时以0.5~1.5t/h的流量连续注入700~900L硼酸进行硼化。
在其中一个实施例中,对轴向功率偏差变化趋势进行预测后得到预测变化趋势曲线,在硼化降功率期间对所述轴向功率偏差进行控制包括在开始降功率后,下插R棒3~5步,使所述轴向功率偏差回到所述预测变化趋势曲线附近。
在其中一个实施例中,下插所述R棒3~5步之后还包括根据所述轴向功率偏差以及氙毒的变化趋势重复上述下插所述R棒的步骤若干次,直至所述轴向功率偏差维持在所述预测变化曲线的左侧区域。
在其中一个实施例中,在硼化降功率期间,G棒维持在堆芯顶部。
在其中一个实施例中,基于所述预测结果采用硼化降功率方法对所述轴向功率偏差进行控制调节之前还包括根据基于所述预测结果对机组状态进行调整。
在其中一个实施例中,对轴向功率偏差变化趋势进行预测后得到预测变化趋势曲线,所述采用G棒跟随降功率操作包括以10~20MW/min的速率对电功率进行降功率操作,并监视G棒跟随、机组内温度情况和氙毒情况;在开始降功率后,在堆芯上半部下插G棒,使所述轴向功率偏差向负方向偏移;当所述电功率降至目标功率后,分多次将预设体积的硼酸进行硼化以将G棒提出堆芯,并稳定机组状态,等待回复指令使所述电功率恢复满功率;采用偏热控制下插R棒以控制所述轴向功率偏差,防止所述轴向功率偏差向右超出所述变化趋势曲线;当所述电功率恢复满功率后,修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
在其中一个实施例中,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差的变化情况,逐步提出R棒以减少G棒的下插,以控制所述轴向功率偏差。
在其中一个实施例中,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差的变化情况,利用涨毒的时机进行硼化以减少G棒的下插,以控制所述轴向功率偏差。
在其中一个实施例中,在进行降功率操作控制前,还包括退出上位机压力模式,手动进行极化运行操作,均匀稳压器功率和一回路中的硼浓度,并汇报电网开始降功率。
在其中一个实施例中,所述对机组状态进行调整包括将R棒置于调节带调节上限的位置;稳定所述轴向功率偏差和氙毒的发展趋势;根据反应性平衡计算预估硼化量。
在其中一个实施例中,在进行降功率操作时,若所述轴向功率偏差有超过预设上限限值或下限限值时,将R棒置于手动状态,手动控制调节轴向功率分布,抑制氙振荡的发展。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法流程图;
图2为本发明其中一实施例的轴向功率偏差运行控制区域包络图;
图3为本发明其中一实施例的硼化降功率方法流程图;
图4为本发明其中一实施例的硼化降功率方法实际操作时轴向功率偏差的变化趋势图;
图5为本发明其中一实施例的G棒跟随降功率方法流程图;
图6为本发明其中一实施例的G棒跟随降功率方法实际操作时轴向功率偏差的变化趋势图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反的,提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
轴向功率偏移不能反映燃料元件的热应力情况,因为功率水平不同时,堆芯上、下部差值的绝对值是不同的,所引起的热应力和机械应力也是不相同的,所以需要引入能够代表功率实际偏差的量,即轴向功率偏差ΔI。轴向功率偏差ΔI是通过通量测量获取的无纲量。对于某一给定的功率,PT是核电站的堆芯上半部产生的核功率,PB是堆芯下半部产生的核功率,△I定义为堆芯核功率差值(PT-PB)与堆芯额定总功率(PT+PB)之比:
P和△I的数值是根据中子通量功率量程的每个长电离室上部3节和下部3节分别提供的电流IT和IB值计算的。
控制轴向功率偏差是为了保证始终遵守DNBR(偏离泡核沸腾比)准则、ECCS(紧急堆芯冷却***)准则和燃料棒最大线功率密度限值。将所述轴向功率偏差ΔI控制在运行图区域内,就满足了DNBR准则,也就能保证燃料包壳安全,从而确保燃料的完整性。根据最高燃料包壳温度值1204℃,则需要限制堆芯正常运行的最大线功率密度值小于620W/cm。因此,反应堆必须在较小的轴向功率畸变下运行,防止任何轴向氙振荡的发展,如果氙振荡发展,会引起堆芯轴向功率分布强烈的扰动,产生很大的功率峰值,从而出现安全问题。寿期末对轴向功率偏差控制影响最大的参数变化是燃耗的加深、硼浓度的减少,在寿期末的降功率过程中,还需要考虑氙毒的影响,只有在堆芯轴向各部位功率变化幅度、速度较小的情况下才能够使得轴向功率偏移较小,从而抑制氙振荡的发展。
图1为本发明其中一实施例的核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法流程图,在其中一个实施例中,所述核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法包括如下步骤S100至S200。
S100:对轴向功率偏差变化趋势进行预测。
S200:基于预测结果采用硼化降功率方法或G棒跟随降功率方法对所述轴向功率偏差进行控制调节,以使得所述轴向功率偏差维持在预设范围之内。
所述硼化降功率策略适用于核电站计划性地升降功率的情况,所述G棒跟随降功率适用于核电站出现紧急情况需要在短时间内完成降功率操作的情况。根据核电站需要降功率时遇到的不同情况,对在进行降功率操作时所述轴向功率偏差ΔI的变化趋势进行预测。在本实施例中,使用开发的新软件SOPHORA对所述轴向功率偏差ΔI进行预测。根据不同的情况选用硼化降功率方法或G棒跟随降功率方法来完成降功率操作,并分别对所述轴向功率偏差ΔI进行控制调节,以使得所述轴向功率偏差ΔI维持在预设范围之内。
所述核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法通过开发的新软件SOPHORA可以根据升降功率的计划来实时预测所述轴向功率偏差ΔI的走向,减少了轴向功率偏差ΔI预测的时间。通过多种控制手段相结合的方法,针对寿期末硼化降功率、G棒跟随降功率两种不同的降功率策略,分别根据控制的难点提出了相应的解决措施,优化了寿期末降功率轴向功率偏差的控制策略,解决了机组寿期末降功率期间所述轴向功率控制偏差ΔI控制难的问题。在保证了堆芯核安全的前提下,确保机组能够及时回升功率,提升了机组的发电能力因子,从而提高了机组的经济效益。
图2为本发明其中一实施例的轴向功率偏差运行控制区域包络图,不管是选用硼化降功率方法或是选用G棒跟随降功率方法来完成降功率操作,都需要将所述轴向功率偏差ΔI控制在图2所示的包络线所围成的区域Ⅰ和Ⅱ以内。将所述轴向功率偏差ΔI控制在上述区域以内,就可以满足DNBR(偏离泡核沸腾比)准则,也就能保证燃料包壳安全,从而确保燃料的完整性。根据最高燃料包壳温度值1204℃,则需要限制堆芯正常运行的最大线功率密度值小于620W/cm。因此,反应堆必须在较小的轴向功率畸变下运行,防止任何轴向氙振荡的发展。
在其中一个实施例中,在进行降功率操作控制前,还包括退出上位机压力模式,手动进行极化运行操作,均匀稳压器功率和一回路中的硼浓度,并汇报电网开始降功率。无论是选择硼化降功率方法还是G棒跟随降功率方法来进行降功率操作,在进行降功率操作控制前,都需要提前退出上位机的压力模式,手动进行极化运行操作,均匀稳压器功率和一回路中的硼浓度。在开始降功率操作前向电网汇报即将开始降功率。
在其中一个实施例中,在进行硼化降功率或G棒跟随降功率操作时,若发现所述轴向功率偏差ΔI超过了预设上限限值或下限限值,则将R棒置于手动状态,通过手动控制调节轴向功率分布,来抑制氙振荡的发展。
图3为本发明其中一实施例的硼化降功率方法流程图,在其中一个实施例中,所述硼化降功率操作包括如下步骤S211至S217。
S211:注入50~150L的硼酸进行初始硼化。
S212:以1~3MW/min的速率对电功率进行降功率操作。
S213:加大降功率的速率,并对一回路进行偏热控制,使一回路的偏热不高于0.5~1.5℃。
S214:当所述电功率降至预设功率时,暂停降功率操作,利用氙毒上涨来使所述轴向功率偏差向负方向变化。
S215:注入50~150L硼酸进行硼化,以0.5~1MW/min的速率对所述电功率进行降功率操作。
S216:当所述电功率降至目标功率后,减小一回路和二回路的温度偏差至±0~1℃。
S217:通过稀释来抑制氙毒上涨,修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
由于寿期末一回路中的硼浓度较低,所以采用硼化降功率时,需要另外注入硼酸来进行初始硼化,在本实施例中注入100L的硼酸进行初始硼化。然后对所述电功率进行降功率操作,在本实施例中,以2MW/min的速率对所述电功率进行降功率操作硼化。然后加大降功率的速率,并对一回路进行偏热控制,使一回路的偏热不高于1℃。在所述电功率降至预设功率后的硼化降功率期间要尽量减少硼化,多利用氙毒来降功率。否则后期将消耗大量水来置换硼,且效果较慢。后期降功率的速率要尽可能小,因为降功率速率越大,氙毒的峰值就越大,所述轴向功率偏差ΔI的控制难度也就随之加大。当所述电功率降至预设功率时,暂停降功率操作,利用氙毒上涨来使所述轴向功率偏差ΔI向负方向变化。在注入100L硼酸进行硼化后,继续以0.5~1MW/min的速率对所述电功率进行缓慢降功率的操作。当所述电功率降至目标功率后,减小一回路和二回路的温度偏差至±0~1℃。在机组需要回升功率时,通过稀释来抑制氙毒上涨从而升功率,待所述电功率升至满功率,则可以修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
在其中一个实施例中,若所述初始硼化未达到预期效果,对所述电功率进行降功率操作的同时以0.5~1.5t/h的流量连续注入700~900L硼酸进行硼化。在本实施例中,若所述初始硼化未达到预期效果,则对所述电功率进行降功率操作的同时以1t/h的流量连续注入800L硼酸进行硼化,通过加大硼化量来提高降功率效果。
在其中一个实施例中,对轴向功率偏差ΔI变化趋势进行预测后得到预测变化趋势曲线,在硼化降功率期间对所述轴向功率偏差ΔI进行控制包括在开始降功率后,下插R棒3~5步,使所述轴向功率偏差ΔI回到所述预测变化趋势曲线附近。在实际机组上进行硼化降功率操作并对所述轴向功率偏差ΔI进行控制时,使所述轴向功率偏差ΔI向正向变化的手段有:提棒、硼化、涨毒、增加电功率;使轴向功率偏差ΔI向负变化的手段有:插棒、稀释、消毒、降低电功率。但是,在硼化降功率期间,由于寿期末一回路中的硼浓度较低,且所述轴向功率偏差ΔI的整体趋势是向正方向变化的,采用硼化方式会更加加剧轴向功率偏差ΔI的向正方向变化趋势,所以应尽量减少硼化量。必须通过采用下插R棒来抑制轴向功率偏差ΔI的向正方向变化趋势。维持在机组偏热的前提下,充分利用R棒下插的方式来降低核功率,在核功率降至目标功率前停止降功率的操作,后续利用氙毒上涨来降低核功率,从而减少硼化量。
在其中一个实施例中,下插所述R棒3~5步之后还包括根据所述轴向功率偏差ΔI以及氙毒的变化趋势重复上述下插所述R棒的步骤若干次,直至所述轴向功率偏差ΔI维持在所述预测变化趋势曲线的左侧区域。
在其中一个实施例中,在硼化降功率期间,G棒维持在堆芯顶部。
在其中一个实施例中,基于所述预测结果采用硼化降功率方法对所述轴向功率偏差ΔI进行控制调节之前还包括根据基于所述预测结果对机组状态进行调整。
在其中一个实施例中,所述对机组状态进行调整包括,使R棒尽量在调节带上部靠近调节带上限的位置,所述轴向功率偏差ΔI和氙毒要稳定,根据反应性平衡计算此次硼化降功率操作预估所需的硼化量。
以下为本申请为了更好地说明采用硼化降功率的操作步骤,以具体实例进行的说明,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。
例如在某次两会保电期间,电网下达降功率的要求,L1号机组需要降功率至800MW即降至满功率的80%,并长期停留在这个功率点,则此时选择硼化降功率来将功率降至800MW。在此次降功率操作前机组的初始功率为997MW,R棒位于215/215步,调节带范围为201~225步。100%FP时R棒的低限为189步、低低限为179步,目标功率平台(800MW)R棒的低限193为步、低低限183为步。
所述硼化降功率操作主要包括如下过程:
①退出高压缸入口压力模式;手动投运极化运行,均匀稳压器和一回路硼浓度;
②初始硼化100L;联系值长汇报电网开始降功率;
③开始以2MW/min降功率,初始硼化效果不明显,以1t/h的流量连续硼化800L;
④加大降功率速率,并控制一回路保持偏热1℃以内;
⑤开始降功率后,一回路平均温度开始随功率降低而下降,这时由于负慢化剂温度系数和硼价值的影响,轴向功率偏差ΔI快速向右移动,下插4步R棒到211/211步,轴向功率偏差ΔI向左变化约0.8%;
⑥按照轴向功率偏差ΔI以及氙毒的变化趋势,重复执行第⑤,每次下插R棒3-4步,使得轴向功率偏差ΔI维持在右预限线左侧附近区域内;
⑦电功率到840MW,暂停降功率,等待氙毒上涨(氙毒上涨使轴向功率偏差ΔI向负方向变化);
⑧硼化100L,继续缓慢降电功率(0.5-1MW/min);
⑨到达目标电功率800MW,减小一二回路温度偏差到±0.5℃;
⑩通过稀释抑制氙毒上涨(稀释使轴向功率偏差ΔI向正方向变化),修改上位机参数,投入高压缸入口压力模式。
图4为本发明其中一实施例的硼化降功率方法操作时轴向功率偏差ΔI的变化趋势图,在本次降功率过程中,共对1000L的硼酸进行了硼化,R棒从215/215步下插到192/192步,期间轴向功率偏差ΔI的变化趋势如图4所示。
在本次硼化降功率期间分6次下插R棒共23步(从215到192),每次下插了4步,最后一次下插3步。每插一步R棒,所述轴向功率偏差ΔI就会改变约0.2%,每次插4步R棒所述轴向功率偏差ΔI约改变0.8%。对于每次下插R棒的时机,选择在右预限线与运行参考线之间。本次操作右预限线为+3.18%,则每次下插R棒的时机选取在右预限线偏左1%的时机,即当所述轴向功率偏差ΔI变化至+2.1%时,作为下插R棒的时机,每次下插4步R棒后就能使所述轴向功率偏差ΔI返回到+1.3%的位置左右,使其控制在预测线附近。
由图4可见,每当所述轴向功率偏差ΔI实际的运行趋势偏离预测线后,则通过下插R棒使所述轴向功率偏差ΔI的运行趋势回到预测线附近。通过这种控制方式,在整个降功率过程中对所述轴向功率偏差ΔI的控制较好,所述轴向功率偏差ΔI距右预限线还有较大裕度,后续在涨/消氙毒时对于所述轴向功率偏差的控制ΔI也更加方便容易。而在此时,在氙振荡方向刚刚出现改变时,对它进行干预是最好的干预时机,此时可以通过提升或***R棒来抑制氙振荡。如果氙振荡的方向马上就要改变时,则不能进行干预,否则会加剧氙振荡的幅度。
由图4可见,在降功率期间,所述轴向功率偏差ΔI的整体趋势是向正方向变化的,如果在降功率时只采用硼化方式不作其它干涉则会加剧所述轴向功率偏差ΔI向正方向的变化趋势,所以必须通过采用下插R棒来抑制所述轴向功率偏差ΔI的正方向向变化趋势,以使实际的所述轴向功率偏差ΔI维持在预测线附近。而且在硼化降功率期间,G棒不允许下插,必须维持G棒在堆芯顶部。在硼化降功率过程中同时采用偏热控制,采用偏热控制虽然对抑制所述轴向功率偏差ΔI向正方向变化上有一定作用,但其作用较小,所以在本方法中更多是用于给插R棒提供条件,插R棒对抑制所述轴向功率偏差ΔI向正方向变化的效果最明显。在本次降功率过程中,除了在下插R棒的过程中是对R棒进行手动操作的,其余时间均是将偏热维持在0.8度左右并对R棒进行自动控制,R棒尽量不要长时间手动操作。
在控制所述轴向功率偏差ΔI不偏离预测线时,R棒下插的位置可以超出调节带低限,也允许插到R棒低限以下,但必须位于R棒低-低限值以上。将功率降至800MW时,R棒的低限193步、低低限183步,在本次操作中为了对所述轴向功率偏差ΔI进行控制,最终将R棒下插到192步。由于在寿期末时,R棒棒位较高导致R棒价值较小,所以在选择好插棒的时机后,需要尽量较大幅度地利用R棒。另外采用硼化降功率操作时,所述轴向功率偏差ΔI向正方向的变化趋势很快且幅度大,若每次只插1-2步R棒对所述轴向功率偏差ΔI向正方向的变化趋势的抑制效果不明。所以在合适的R棒下插时机时要果断下插,下插3~4步R棒,将所述轴向功率偏差ΔI的变化趋势减缓。另外,在当下插R棒时由于每次下插4步,降温的梯度较明显,所以在下插R棒前可以提前适当降低降功率速率,例如从2MW/min降至0.5-1MW/min。
在硼化降功率期间要尽量减少硼化,多利用氙毒,否则后期将消耗大量水来置换硼,且效果较慢。降功率的速率也要尽可能小,因为降功率速率越大,氙毒的峰值就越大,则轴向功率偏差ΔI的控制难度也就越大。在功率降到目标功率后,在当涨毒稀释过程中或7-15h后当所述轴向功率偏差ΔI振荡到向负方向时,可以将R棒上提至调节带中部位置,以为后期全堆芯中子通量密度图测量创造条件,并增大R棒的调节裕度。由于涨毒稀释会使所述轴向功率偏差ΔI向负方向变化,所以在所述轴向功率偏差ΔI的裕度足够时可以适当将R棒上提;二是由于氙振荡的周期约为15-30h,所以在7-15h后所述轴向功率偏差ΔI振荡到向负方向,所述轴向功率偏差ΔI的裕度足够则可适当将R棒上提。
图5为本发明其中一实施例的G棒跟随降功率方法流程图,在其中一个是实施例中,对轴向功率偏差ΔI变化趋势进行预测后得到预测变化趋势曲线,所述采用G棒跟随降功率操作包括如下步骤S221至S225。
S221:以10~20MW/min的速率对电功率进行降功率操作,并监视G棒跟随、机组内温度情况和氙毒情况。
S222:在开始降功率后,在堆芯上半部下插G棒,使所述轴向功率偏差ΔI向负方向偏移。
S223:当所述电功率降至目标功率后,分多次将预设体积的硼酸进行硼化以将G棒提出堆芯,并稳定机组状态,等待回复指令使所述电功率恢复满功率。
S224:采用偏热控制下插R棒以控制所述轴向功率偏差ΔI,防止所述轴向功率偏差ΔI向右超出所述预测变化趋势曲线。
S225:当所述电功率恢复满功率后,修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
G棒采用叠步方式移动,其主要目的就是为了减少对轴向功率分布的影响,但实际上G棒移动时对所述轴向功率偏差ΔI的影响还是比较大的。在采用G棒跟随降功率时,将G棒***堆芯,该操作总的趋势是使所述轴向功率偏差ΔI向负方向偏移,但并不是始终如此。将堆芯分为上下两个部分,随着G棒的移动,引入到堆芯上部和下部的积分价值也在发生变化。如果上部引入的负的反应性较大,则所述轴向功率偏差ΔI向负方向偏移;如果下部引入的负的反应性较大,则所述轴向功率偏差ΔI向正方向偏移。因此,同样是下插G棒,在不同的阶段中,所述轴向功率偏差ΔI趋既可能偏向负方向也可能偏向正方向。如果预留的降功率时间不长,尤其是需要紧急降功率情况下,则需采用G棒跟随降功率方法,而对于下插G棒后的控制难点是当功率降至目标负荷后对机组的控制。
在其中一个实施例中,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差ΔI的变化情况,逐步提出R棒以减少G棒的下插,以控制所述轴向功率偏差ΔI。
在其中一个实施例中,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差ΔI的变化情况,利用涨毒的时机进行硼化以减少G棒的下插,以控制所述轴向功率偏差ΔI。
以下为本申请为了更好地说明采用G棒跟随降功率的操作步骤,以具体实例进行的说明,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。
例如压水堆核电站附近发生了火灾,在电网的要求下,压水堆核电站的机组需要紧急降功率到800MW时,即降至满功率的80%,则采用G棒跟随降功率的方式来降功率。此时的机组状态为手动取样硼浓度为386ppm,机组燃耗为12086.58MWD/tU。
所述G棒跟随降功率操作主要包括如下过程:
①退出高压缸入口压力模式;手动投运极化运行,均匀稳压器和一回路硼浓度;
②联系值长汇报电网开始降功率;
③12:43开始以15MW/min降功率,监视G棒跟随、机组冷热、氙毒情况;
④开始降功率后,G棒在堆芯上半部下插导致堆芯上部功率降低较多,轴向功率偏差ΔI快速向负方向走,同时一回路偏热使得R棒下插,加剧了轴向功率偏差ΔI向负方向走的趋势,当第一组G棒插至堆芯中下部后,继续下插G棒会导致堆芯下部功率降低较多,从而使得轴向功率偏差ΔI向负方向变化减少,甚至会向正方向变化;
⑤由于堆芯功率变化速度较快,12:58氙毒涨毒的效果很快出现;
⑥13:00到达目标电功率800MW,按要求立即硼化(分4次共1020L)开始将G棒提出堆芯,并稳定机组状态,等待后续电话恢复指令再升回满功率;
⑦升回满功率后,修改上位机参数,投入高压缸入口压力模式。
图6为本发明其中一实施例的G棒跟随降功率方法操作时轴向功率偏差ΔI的变化趋势图,在本次G棒跟随降功率操作中,所述轴向功率偏差ΔI的变化趋势可如图6所示将其划分为4个不同的阶段,每个阶段的原理分析见如下描述:
阶段1:紧急降功率阶段,机组从满功率以15MW/min降到800MW。从图上可以看出,由于采用G棒降功率时所述轴向功率偏差ΔI快速向负方向延伸,中间有一段的所述轴向功率偏差ΔI垂直向下是功率棒叠步造成的。期间R棒也由217/216步下插到202/202步(R棒低限191/191步),共下插了15步。如果降功率的速率更大,则有可能使所述轴向功率偏差ΔI向负方向变化趋势更多,甚至达到左限线,从而触发C21甩负荷信号。
阶段2:由于电网无法预期何时才能恢复,所以在降功率过程中在降功率至目标负荷后立即开始硼化以提出G棒。从图上可以看出,由于提G棒会使所述轴向功率偏差ΔI向正方向走,另外,硼化和氙毒的积累也会使所述轴向功率偏差ΔI向正方向走,这几个因素的共同作用下使所述轴向功率偏差ΔI迅速向正方向走,几乎达到了右预限线的边缘。在这一过程中,需要通过择机下插R棒以控制所述轴向功率偏差ΔI,从而抑制所述轴向功率偏差ΔI向正方向的变化趋势,否则所述轴向功率偏差ΔI继续向正方向走也可能会触发C21甩负荷信号。因此,这在阶段2对于所述轴向功率偏差ΔI的控制尤为重要和困难。
根据电网或者机组设备是否能够尽早恢复,在紧急降功率后有两种策略可供选择:(1)当电网或者机组设备可以很快恢复并回升功率,则不用急于提出G棒,在要求的功率平台上通过稀释补偿氙毒,稳定机组,使所述轴向功率偏差ΔI相对容易控制。(2)若降功率后停留的时间是未知的,则为了满足机组运行要求需要尽快提出G棒。首先利用涨毒时机开始提出G棒,并尽量保持堆芯偏热,这样所述轴向功率偏差ΔI往正方向延伸的趋势会减缓(涨毒可以使所述轴向功率偏差ΔI向正方向延伸),如果R棒还有下插的裕度,也可以通过下插R棒来控制所述轴向功率偏差ΔI。等到机组开始消毒后,同样保持堆芯偏热的前提下,采取硼化的方式提出G棒(硼化可以使所述轴向功率偏差ΔI向正方向延伸)。
阶段3:当电网通知需要回升负荷后,用上位机升功率。由于G棒是自动跟随的,所以刚一开始升功率,G棒就会跟随着上提2步,从而导致所述轴向功率偏差ΔI立即触及右预限线,若继续提升G棒则必将导致所述轴向功率偏差ΔI触发C21甩负荷信号。所以需要立即停止升功率,同时下插两步R棒以控制所述轴向功率偏差ΔI,使其不再继续恶化。而且机组越接近寿期末燃耗越深时,在阶段3触发右预限线的可能越大,则越需要等待机组状态稳定,其根本解决办法是需要在降至目标功率的过程中减少G棒的***。
阶段4:所述轴向功率偏差ΔI走势平缓后,进行大流量稀释使堆芯偏热约1℃,利用在消毒阶段所述轴向功率偏差ΔI会向负方向延伸的时机缓慢提升功率,期间手动提升G棒。在这阶段的操作中,堆芯偏热会使所述轴向功率偏差ΔI向负方向延伸,升功率导致消毒也会使所述轴向功率偏差ΔI向负方向延伸,只有通过手动提升G棒来使所述轴向功率偏差ΔI向正方向延伸,来对所述轴向功率偏差ΔI进行调整。在阶段4中主要就需要保持堆芯偏热,然后根据所述轴向功率偏差ΔI走势在合适时机将G棒提出。
对于使用G棒跟随降功率来紧急降功率后的,在升功率的过程中对所述轴向功率偏差ΔI控制的关键点在于,在功率降至目标功率的过程中需要减少G棒的***,并在随后等待故障设备维修或等待电网调度指令期间,尽可能地将R棒位提高至较高位置。
由于G棒在堆芯内的移动是按叠步程序进行的,因此,在用G棒跟随降功率操作时,堆芯上部功率的降低先于堆芯下部,所述轴向功率偏差ΔI朝着负方向偏移。同时,由于上部氙毒的增加先于下部氙毒的增加,因而使得所述轴向功率偏差ΔI进一步向负方向偏移。随后,当G棒在堆芯下部移动时,所述轴向功率偏差ΔI向负方向偏移的趋势会得到抑制,并开始有向正方向变化的趋势,但随后当下一组棒又开始下插时,所述轴向功率偏差ΔI会再次向负方向变化。
在降功率后的等待期间,由于氙震荡,所述轴向功率偏差ΔI会从负方向向正方向变化,而提出G棒的操作又会造成所述轴向功率偏差ΔI进一步向正方向移动,甚至有可能触发C21甩负荷信号,为了不达到运行图的右限线,只能继续降功率降至50%功率以下。
虽然在使用G棒跟随降功率来紧急降功率之前没有太多的准备时间,但是为了尽可能降低在降功率后的稳定功率和提升功率期间对所述轴向功率偏差ΔI控制的难度,需要在降功率过程中采取适当措施。即,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差ΔI的变化情况选择合适的时机以少量多次的方式逐步提出R棒,并利用氙毒的变化来适当进行硼化,使所述轴向功率偏差ΔI尽量沿着初始运行点与坐标零点的连线进行变化,并减少G棒的***。这样,一方面减少了降功率过程中堆芯上下部功率变化的差异,从而减少了由此引起的上下部氙毒变化的不一致。另一方面,当R棒位置较高,而G棒***位置不深时,可以大大降低在规定的时间内将G棒提出堆芯的难度,同时留有足够的R棒裕量以补偿提升在G棒过程中所述轴向功率偏差ΔI向正方向的变化趋势。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种核电站反应堆寿期末降功率的轴向功率偏差控制方法,其特征在于,包括:
对轴向功率偏差变化趋势进行预测;
基于预测结果采用硼化降功率方法或G棒跟随降功率方法对所述轴向功率偏差进行控制调节,以使得所述轴向功率偏差维持在预设范围之内。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述采用硼化降功率操作包括:
注入50~150L的硼酸进行初始硼化;
以1~3MW/min的速率对电功率进行降功率操作;
加大降功率的速率,并对一回路进行偏热控制,使一回路的偏热不高于0.5~1.5℃;
当所述电功率降至预设功率时,暂停降功率操作,利用氙毒上涨来使所述轴向功率偏差向负方向变化;
注入50~150L硼酸进行硼化,以0.5~1MW/min的速率对所述电功率进行降功率操作;
当所述电功率降至目标功率后,减小一回路和二回路的温度偏差至±0~1℃;
通过稀释来抑制氙毒上涨,修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,若所述初始硼化未达到预期效果,对所述电功率进行降功率操作的同时以0.5~1.5t/h的流量连续注入700~900L硼酸进行硼化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,对轴向功率偏差变化趋势进行预测后得到预测变化趋势曲线,在硼化降功率期间对所述轴向功率偏差进行控制包括:
在开始降功率后,下插R棒3~5步,使所述轴向功率偏差回到所述预测变化趋势曲线附近。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,下插所述R棒3~5步之后还包括:
根据所述轴向功率偏差以及氙毒的变化趋势重复上述下插所述R棒的步骤若干次,直至所述轴向功率偏差维持在所述预测变化趋势曲线的左侧区域。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在硼化降功率期间,G棒维持在堆芯顶部。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于所述预测结果采用硼化降功率方法对所述轴向功率偏差进行控制调节之前还包括根据基于所述预测结果对机组状态进行调整。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对轴向功率偏差变化趋势进行预测后得到预测变化趋势曲线,所述采用G棒跟随降功率操作包括:
以10~20MW/min的速率对电功率进行降功率操作,并监视G棒跟随、机组内温度情况和氙毒情况;
在开始降功率后,在堆芯上半部下插G棒,使所述轴向功率偏差向负方向偏移;
当所述电功率降至目标功率后,分多次将预设体积的硼酸进行硼化以将G棒提出堆芯,并稳定机组状态,等待回复指令使所述电功率恢复满功率;
采用偏热控制下插R棒以控制所述轴向功率偏差,防止所述轴向功率偏差向右超出所述预测变化趋势曲线;
当所述电功率恢复满功率后,修改上位机参数,并投入上位机压力模式。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差的变化情况,逐步提出R棒以减少G棒的下插,以控制所述轴向功率偏差。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在降功率的过程中,根据所述轴向功率偏差的变化情况,利用涨毒的时机进行硼化以减少G棒的下插,以控制所述轴向功率偏差。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在进行降功率操作控制前,还包括:
退出上位机压力模式,手动进行极化运行操作,均匀稳压器功率和一回路中的硼浓度,并汇报电网开始降功率。
12.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述对机组状态进行调整包括:
将R棒置于调节带调节上限的位置;稳定所述轴向功率偏差和氙毒的发展趋势;根据反应性平衡计算预估硼化量。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在进行降功率操作时,若所述轴向功率偏差有超过预设上限限值或下限限值时,将R棒置于手动状态,手动控制调节轴向功率分布,抑制氙振荡的发展。
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