CN116011649A - 一种制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法 - Google Patents

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吕栋
王涛
鲍家东
金越
蒋校丰
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陈超
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Abstract

本发明公开了一种制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法,包括R棒棒位初始化、C棒***总时长优化、硼化‑稀释策略优化的步骤。本发明提供了一种标准化的制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法,可以满足所有需要进行负荷调节的场景需求,即操作人员无需个体化的经验技巧,按本方法即可完成运行方案的制定。

Description

一种制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法
技术领域
本发明属于核电站运行技术支持领域,涉及对加压水慢化冷却反应堆(压水堆)堆芯的计算分析方法和流程,具体涉及一种制定压水堆机组负荷(功率)调节运行方案的方法。
背景技术
当前,国内外在役的压水堆机组主要是二代压水堆核电机组。二代机组的堆芯设计主要考虑满功率的基荷运行状态,其根据电网需求进行负荷跟踪调节的能力非常有限。因此,当机组需要按计划调节负荷水平时,运行人员会提前将负荷调节计划报送技术支持部门,由其通过理论分析制定针对性的运行方案。技术支持人员一般会基于堆芯当前运行特征和过往类似经验确定方案迭代路径,整个过程缺少必要的流程标准化,也缺少对方案安全性、经济性等多维度的量化评估,过于依赖相关人员的专业知识储备和经验积累。
主流的压水堆核电机组通常以方形燃料组件排列构成反应堆堆芯,图1为其径向视图。在堆内若干燃料组件位置的顶部布置有控制棒驱动机构,其通过调节控制棒吸收体沿轴向***或抽出堆芯。控制棒按功能一般分为主调节棒组,功率补偿棒组和停堆棒组,通常将主调节棒组称为R棒,功率补偿棒组称为C棒,图1中也给出了不同类型的控制棒在堆内的典型分布情况。不同机组堆芯在燃料和控制棒分布上会有所区别,但上述特征基本一致。
反应堆靠调节反应性来控制反应堆功率,反应性调节手段包括调节冷却剂中可溶硼浓度的化学补偿和调节控制棒***位置(棒位)的机械补偿两种方式。除了需要通过调节反应性使得堆芯功率输出始终满足运行需求外,还需要控制堆芯功率分布形状(尤其轴向功率分布始终能够满足运行技术规格书的要求,确保反应堆的运行安全。
化学补偿的方式具有对堆芯功率分布扰动小的优点,但其对于反应性调节的引入不如机械补偿来得及时,同时频繁地对冷却剂进行硼化和稀释在增加运行复杂度的同时,不可避免会导致放射性废水总量的增加,影响堆芯运行的经济性水平。因此,化学补偿的方式通常用于对堆芯燃耗、氙毒变化以及较为缓慢的负荷变化等慢变化过程的反应性控制。对相对更快的负荷变化过程,通常还需要借助机械补偿的方式进行反应性控制。机械补偿的方式具有反应性引入及时,不额外产生放射性废水的优点,但其在调节反应性的同时,也会显著改变堆芯功率分布。满足反应性调节需求的同时,还需确保堆芯功率分布始终符合运行安全要求,这对运行控制提出了很高的要求;同时,负荷变化过程中堆芯氙毒分布也会偏离稳定的平衡氙状态,氙毒分布和总量的变化对堆芯反应性和功率分布也会产生显著影响,这又进一步增加了运行控制的复杂度和不确定性,对于运行人员而言,负荷调节过程的运行控制始终是堆芯运行主要的难点之一。
就不同的机械补偿调节方式而言,负荷调节过程中停堆棒必须始终处于堆外,无法参与反应性调节;仅有主调节棒和功率补偿棒可用于反应性调节,主调节棒的允许棒位区间会受到严格限制,在有功率运行阶段,功率补偿棒被允许***堆芯的时间也会受到严格的限制。可见,机械补偿调节方式在具体实施时仍然会受到诸多条件的限制,这又进一步增加了运行控制的难度。
负荷调节计划确定以后,运行人员会将计划通报给技术支持人员,由其使用堆芯计算程序对该过程进行理论计算模拟。在具体模拟时,技术人员需要在满足所有反应性调节方式相关应用限制的前提下,通过调节各个时间点的可溶硼浓度、主调节棒棒位及功率补偿棒位,使得理论模拟的结果在反应性和轴向功率分布控制上都能够满足实际的机组运行控制需求。具体就轴向功率分布控制而言,多使用常轴向功率偏移(AO)作为运行控制目标,即在负荷变化过程中需要维持堆芯AO值始终处于预设的标准值AO0附近。AO的计算公式如下:
Figure BDA0004039141940000021
式中Pt和Pb分别为堆芯沿轴向上半部分和下半部分的总功率。在实际应用时,不会直接参考AO,而是参考跟AO直接相关的指标DI,DI的计算公式是:
DI=P×AO
P为堆芯相对功率水平(满功率时该值为100%)。DI也被称轴向功率偏差,其主要受相对功率水平、氙毒分布和控制棒棒位的影响,这其中仅有控制棒棒位可作为DI调节手段。堆芯程序计算时通常会首先搜索确定控制棒棒位,在确定了能够满足堆芯DI控制目标的控制棒棒位后,再通过化学补偿作为最终的调节手段满足反应性控制的需求。
由于上述三种调节方式均会对反应性带来影响,不同功能控制棒棒位的变化也都会对DI产生影响,显然,最终的运行方案不会只存在唯一的标准答案,产生最终方案也会是一个迭代渐近的过程。传统的负荷调节过程运行方案的制定缺少流程的标准化,技术支持人员往往只能参考过往类似的负荷调节过程制定初始方案,并根据初始方案的计算结果逐步调整、迭代直至完全满足要求。相对随意的迭代过程难以确保方案制定过程的效率,也难以从全局角度把控运行方案的安全性和经济性水平。
发明内容
综上可见,现有技术中负荷调节运行方案的制定缺少必要的流程标准化,也未充分考虑运行方案的实际可行性,存在诸多的不确定因素。本发明的目的旨在基于现有的堆芯理论计算工具,对方案制定流程进行标准化,提供一种制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法,使得制定的运行方案具有良好的可操作性,能够兼顾运行安全性和经济性要求。
本发明方法的总体思路是:在负荷变化过程中,仍旧以常AO为控制目标,首先搜索确定主调节棒的目标棒位,然后进一步搜索确定功率补偿棒的棒位;再根据临界硼浓度的变化曲线对主调节棒和功率补偿棒棒位进行微调,以优化硼化稀释策略,进而得到最终的负荷调节过程的运行方案。
为便于阐述本发明方法的具体模型,对各关键技术参数进行如下的符号定义:
·P:机组功率水平;
·t:运行时间;
·i:对负荷变化过程进行数值模拟采用的离散状态点序号,起点值为0;
·R:主调节棒棒位;
●C:功率补偿棒位;
●PPM:临界硼浓度;
·DI:堆芯轴向功率偏差;
·AO0:常AO运行策略对应的AO值,该值为已知条件;
基于前述的发明思路,为实现本发明的目的,采用了这样的技术方案:
一种制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法,包括下述步骤:
1)R棒棒位初始化
首先使用堆芯计算程序对负荷变化过程进行理论模拟,在所有状态点i上均将C棒置于堆外,并以AO0为目标搜索R棒棒位;在此阶段,不设置R棒棒位限值区间,计算完成后R棒棒位记为R0(i);
在完成R棒棒位搜索后,各状态点计算结果分为三种情况:①搜索目标AO0成功,且棒位符合运行限值区间要求,②搜索目标AO0成功,但棒位超出运行限值区间,③搜索目标AO0不成功;
对第①种情况,搜索得到的R棒棒位可以直接接受,则完成R棒重置;
对第②、③种情况,需进行R棒重置,在不超出运行规程的限值范围的外前提下,将R棒重置于其运行目标棒位与搜索棒位R0(i)之间;重复直至搜索目标AO0成功,完成R棒重置;
完成R棒重置后,重新模拟负荷调节过程,通过C棒棒位搜索目标DI运行带功能进行C棒棒位初始化,并根据计算结果进行运行带重置,在不符合状态点放宽运行带,使得最终所有状态点DI都能够进入重置的DI运行带内,完成R/C棒棒位初始化;记初始化R/C棒棒位为R1(i)和C1(i),此时的临界硼浓度为PPM1(i);
2)C棒***总时长优化
检查步骤1)中C棒的总***时间是否能够满足运行规程的限值要求,如果已满足C棒***总时长限值要求,则可直接进入步骤3);如果不满足,则重新选择C1(i)棒位序列中***棒位较小的状态点,启动R/C棒换棒搜索,首先将C棒完全提至堆外使DI变正,并通过R棒***令DI变负以维持DI不变,从而有效缩短C棒的总***时间;记此时R/C棒棒位分别为R2(i)和C2(i),临界硼浓度为PPM2(i);
3)硼化-稀释策略优化
对步骤2)的临界硼浓度PPM2(i)进行重置,压低临界硼浓度的变化范围,减少硼化/稀释小幅度往复操作的频次,然后对进行了临界硼浓度重置的状态点再次进行临界棒位搜索,若R/C棒均可以用于临界搜索,则根据其所在棒位的反应性微观价值,优先选择价值更大的控制棒进行临界棒位搜索;考虑到棒位改变也会对DI产生影响,在进行临界棒位搜索前可再次进行运行带重置,保证棒位调整后DI计算结果仍能够满足轴向功率分布控制要求;记此时R/C棒棒位分别为R3(i)和C3(i),重置硼浓度为PPM3(i),即为按本发明方法所产生的最终方案。
需要说明的是,在上述步骤中,临界硼浓度的搜索开关始终保持打开,即确定R/C棒棒位后会通过临界硼浓度搜索最终维持堆芯临界。因此,伴随每一次棒位的变化,相应的临界硼浓度PPM也会得到更新。
本发明提供了一种标准化的制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法,可以满足所有需要进行负荷调节的场景需求,即操作人员无需个体化的经验技巧,按本方法即可完成运行方案的制定。
附图说明
图1是堆芯分布的径向视图。
图2是本发明的流程框图。
具体实施方式
参见附图。本实施例包括下述步骤:
1)R棒棒位初始化
首先使用堆芯计算程序对负荷变化过程进行理论模拟,在所有状态点i上均将C棒置于堆外,并以AO0为目标搜索R棒棒位;在此阶段,不设置R棒棒位限值区间,计算完成后R棒棒位记为R0(i);
在完成R棒棒位搜索后,各状态点计算结果分为三种情况:①搜索目标AO0成功,且棒位符合运行限值区间要求,②搜索目标AO0成功,但棒位超出运行限值区间,③搜索目标AO0不成功;
对第①种情况,搜索得到的R棒棒位可以直接接受,则完成R棒重置;
对第②、③种情况,需进行R棒重置,在不超出运行规程的限值范围的外前提下,将R棒重置于其运行目标棒位与搜索棒位R0(i)之间;重复直至搜索目标AO0成功,完成R棒重置;
完成R棒重置后,重新模拟负荷调节过程,通过C棒棒位搜索目标DI运行带功能进行C棒棒位初始化,并根据计算结果进行运行带重置,在不符合状态点放宽运行带,使得最终所有状态点DI都能够进入重置的DI运行带内,完成R/C棒棒位初始化;记初始化R/C棒棒位为R1(i)和C1(i),此时的临界硼浓度为PPM1(i);
2)C棒***总时长优化
检查步骤1)中C棒的总***时间是否能够满足运行规程的限值要求,如果已满足C棒***总时长限值要求,则可直接进入步骤3);如果不满足,则重新选择C1(i)棒位序列中***棒位较小的状态点,启动R/C棒换棒搜索,首先将C棒完全提至堆外使DI变正,并通过R棒***令DI变负以维持DI不变,从而有效缩短C棒的总***时间;记此时R/C棒棒位分别为R2(i)和C2(i),临界硼浓度为PPM2(i);
3)硼化-稀释策略优化
对步骤2)的临界硼浓度PPM2(i)进行重置,压低临界硼浓度的变化范围,减少硼化/稀释小幅度往复操作的频次,然后对进行了临界硼浓度重置的状态点再次进行临界棒位搜索,若R/C棒均可以用于临界搜索,则根据其所在棒位的反应性微观价值,优先选择价值更大的控制棒进行临界棒位搜索;考虑到棒位改变也会对DI产生影响,在进行临界棒位搜索前可再次进行运行带重置,保证棒位调整后DI计算结果仍能够满足轴向功率分布控制要求;记此时R/C棒棒位分别为R3(i)和C3(i),重置硼浓度为PPM3(i),即为按本发明方法所产生的最终方案。

Claims (1)

1.一种制定压水堆机组负荷调节运行方案的方法,其特征在于包括下述步骤:
1)R棒棒位初始化
首先使用堆芯计算程序对负荷变化过程进行理论模拟,在所有状态点i上均将C棒置于堆外,并以AO0为目标搜索R棒棒位;在此阶段,不设置R棒棒位限值区间,计算完成后R棒棒位记为R0(i);
在完成R棒棒位搜索后,各状态点计算结果分为三种情况:①搜索目标AO0成功,且棒位符合运行限值区间要求,②搜索目标AO0成功,但棒位超出运行限值区间,③搜索目标AO0不成功;
对第①种情况,搜索得到的R棒棒位可以直接接受,则完成R棒重置;
对第②、③种情况,需进行R棒重置,在不超出运行规程的限值范围的外前提下,将R棒重置于其运行目标棒位与搜索棒位R0(i)之间;重复直至搜索目标AO0成功,完成R棒重置;
完成R棒重置后,重新模拟负荷调节过程,通过C棒棒位搜索目标DI运行带功能进行C棒棒位初始化,并根据计算结果进行运行带重置,在不符合状态点放宽运行带,使得最终所有状态点DI都能够进入重置的DI运行带内,完成R/C棒棒位初始化;记初始化R/C棒棒位为R1(i)和C1(i),此时的临界硼浓度为PPM1(i);
2)C棒***总时长优化
检查步骤1)中C棒的总***时间是否能够满足运行规程的限值要求,如果已满足C棒***总时长限值要求,则可直接进入步骤3);如果不满足,则重新选择C1(i)棒位序列中***棒位较小的状态点,启动R/C棒换棒搜索,首先将C棒完全提至堆外使DI变正,并通过R棒***令DI变负以维持DI不变,从而有效缩短C棒的总***时间;记此时R/C棒棒位分别为R2(i)和C2(i),临界硼浓度为PPM2(i);
3)硼化-稀释策略优化
对步骤2)的临界硼浓度PPM2(i)进行重置,压低临界硼浓度的变化范围,减少硼化/稀释小幅度往复操作的频次,然后对进行了临界硼浓度重置的状态点再次进行临界棒位搜索,若R/C棒均可以用于临界搜索,则根据其所在棒位的反应性微观价值,优先选择价值更大的控制棒进行临界棒位搜索;考虑到棒位改变也会对DI产生影响,在进行临界棒位搜索前可再次进行运行带重置,保证棒位调整后DI计算结果仍能够满足轴向功率分布控制要求;记此时R/C棒棒位分别为R3(i)和C3(i),重置硼浓度为PPM3(i),即为按本发明方法所产生的最终方案。
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CN114220560A (zh) * 2021-12-13 2022-03-22 中国核动力研究设计院 一种压水堆核电厂硼控调峰方法及***

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114220560A (zh) * 2021-12-13 2022-03-22 中国核动力研究设计院 一种压水堆核电厂硼控调峰方法及***
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