方家山核电工程1号常规岛进入正式施工阶段
许进 周磊 周忠政 沈聪
【摘 要】首循环由于堆芯装载了可燃毒物，会导致堆芯下部燃耗比上部燃耗深。当第二循环将可燃毒物拔出后，寿期初往往会出现轴向功率偏差偏正的情况，对轴向功率偏差ΔI控制带来很大挑战。严重时，会因轴向功率偏差ΔI的限制而无法升功率。本文以方家山1号机组为例，分析了第二循环轴向功率偏差ΔI偏正的主要因素，并通过分功率平台设置轴向功率偏差参考值ΔIref、低功率合理利用Ⅱ区的控制手段，使得轴向功率偏差满足运行控制要求，并且不会限制机组升功率。
【关键词】轴向功率偏差；ΔIref；升功率；运行梯形图
Axial Power Deviation Control of Fangjiashan NPP Unit 1 Cycle 2 During The Period Of Power Rising
XU Jin ZHOU Lei ZHOU Zhong-zheng SHEN Cong
（CNNC Nuclear Power Operations Management co.， Ltd， Zhe Jiang Hai Yan 314300，China）
【Abstract】The reactor core loaded with burnable poison in first fuel cycle，and this leads to the lower burnup is much deeper than the upper burnup. After the burnable poison unloaded in second fuel cycle， the axial power deviation will be toward positive direction much， and this phenomenon will bring a big challenge to control the axial power deviation. Seriously， the axial power deviation will limit power rising. Taking an example of Fangjiashan NPP Unit 1， this paper analyzes the main factors which lead to the axial power deviation toward positive direction， and provides some control measures to let the axial power deviation to meet the requirements of operation control without limiting power rising. The measures include setting in different power levels， reasonable using Ⅱarea of operation diagram in low power levels.
【Key words】Axial Power Deviation； ΔIref； Power rise； Operation Diagram
0 概述
方家山1號机组第二循环在升功率阶段，出现轴向功率偏差ΔI严重偏正，限制温度调节棒组R棒提升的情况。第二循环寿期初温度调节棒R棒组的调节带为197步到221步，在升功率到20%FP时，温度调节棒R棒组在194步，轴向功率偏差ΔI已经接近右限线，如果进一步提升温度调节棒组R棒，轴向功率偏差ΔI进一步偏正，如果超过右限线会触发C21控制信号，导致汽机甩负荷动作，影响机组安全性，使得温度调节棒组R棒无法提升到规定的调节带内。在后续升功率的过程中，轴向功率偏差ΔI可能一直保持偏正的状态，在75%FP功率以上，梯形图右绝对限制线会随功率上升而变小。如果温度调节棒组R棒接近插入下限后轴向功率偏差仍然接近右限线，为保证堆芯安全就不能继续升功率。
1 原因分析
在30%FP平台堆芯功率分布测量结果显示，堆内可移动探测器RIC系统测量的堆内轴向功率偏差和RPN系统显示的轴向功率偏差吻合较好，最大误差为0.33%FP，故而确认了RPN系统显示的准确性，即轴向功率偏差偏正是堆芯的真实情况。经调研发现，同类电厂第二循环也有类似情况，并且《核设计报告》中，BLX时的轴向功率偏差为8.03%FP，与实际情况相符。
方家山1号机组第一循环堆芯内装有硼硅酸盐玻璃材料的可燃毒物棒。由于控制棒部分插入，寿期初堆芯下部通量较堆芯上部通量高，因此堆芯下部可燃毒物燃耗较快，释放较多的正反应性，导致堆芯下部功率会比堆芯上部功率大，即呈现出轴向功率偏差偏负。
根据第一循环运行历史数据，整个运行寿期温度调节棒组R棒一直插入较深，处于调节带下限附近，偏离了调节带中部，加剧了轴向功率偏差偏负的情况。寿期初轴向功率偏差为-15%FP，寿期末轴向功率偏差在零附近，即第一循环整个寿期轴向功率偏差一直处于偏负的状态，从而导致所有燃料组件的下部燃耗比上部燃耗深。
第二循环堆芯装载方案使用了52组新燃料组件，复用第一循环105组燃料组件。其中，来自第一循环的105组燃料组件都是下部燃耗明显大于上部燃耗，导致第二循环堆芯初始燃耗不均匀，如图1第二循环初始燃耗轴向分布图所示，下部燃耗明显大于上部燃耗，从而导致堆芯上部燃料可以释放的后备反应性更多，使得堆芯上部中子注量率比下部高，呈现出堆芯上部功率比堆芯下部功率高，即轴向功率偏差偏正的情况。
综上所述，第二循环寿期初轴向功率偏差偏正反应了堆芯的真实情况，属于正常现象。第一循环堆芯装载可燃毒物和运行棒位偏低导致堆芯下部燃耗明显大于上部燃耗，导致第二循环堆芯上部燃料后备反应性更大，从而出现上部功率大于下部功率的现象，即轴向功率偏差偏正。
2 升功率过程中控制
随着功率升高，在75%FP功率以上，梯形图右绝对限值线会逐步减小，即轴向功率偏差ΔI的控制范围逐步减小，因此可能出现温度调节棒组R棒到达插入限值，轴向功率偏差ΔI也接近右限线，从而无法继续升功率的情况。故而，为确保机组可以在安全状态下升至额定功率，在升功率过程中，需要采取一定的预防措施，避免轴向功率偏差ΔI制约机组升功率，影响机组安全性和经济性。
2.1 合理利用Ⅱ区
方家山核电厂《运行技术规范》规定，在50%FP以下，功率补偿棒组全提出的情况下，Ⅱ区无限制。在升功率过程中，功率补偿棒组一直是处于全提状态，因此在50%FP功率以下，可以尽量提高温度调节棒组R棒，控制轴向功率偏差ΔI可以以右绝对限制线为控制标准，留取适当控制裕量即可。利用低功率区，尽量加深堆芯上部燃耗，缩小堆芯上下部燃耗差距，可以适当减小堆芯上下部功率偏差。
在升功率至50%FP功率过程中，运行操作人员一直控制轴向功率偏差ΔI贴近右欲限线运行，充分利用低功率运行阶段，在留取足够控制裕量，保证堆芯安全的前提下，尽量加深堆芯上部燃耗，最大程度上缩小堆芯上下部燃耗差距，为高功率区控制创造更有利的条件。
2.2 不同功率平台轴向功率偏差参考值ΔIref设置
轴向功率偏差参考值ΔIref直接确定了运行控制区域和相关报警值，是核电厂间接控制堆芯线功率密度等安全参数的重要手段。实际的ΔIref值是要根据功率运行史、温度调节棒组R棒棒位，以及堆芯轴向功率分布的情况而确定的。
梯形图的右限制线是随功率水平变化而变化的，在75%FP以后，梯形图右限线会逐步变窄。升功率过程中，如果直接按照额定功率的要求进行设置，会使得低功率区控制范围很小，会加大升功率期间的控制难度。另外，升功率阶段会在各功率平台停留适当时间，使得氙平衡后进行物理试验，因此可以按照不同功率区间进行轴向功率偏差参考值ΔIref设置，以便在确保堆芯安全的前提下更好的“展平”燃耗。
2.2.1 启动前设置
在堆芯临界前，就需要对梯形图进行设置。由于启动前，缺乏实测数据，只能利用理论值进行设置。根据理论值设置ΔIref参考值为0.94%FP。
2.2.2 30%FP平台设置
在30%FP功率平台，测量出堆内ΔI为9.2%FP，与RPN测量ΔI吻合较好。虽然与启动前设置的参考值相差较大，但是在30%FP功率以下，功率补偿棒全提出的情况下，Ⅱ区没有限制，因此没有限制实际运行。在启动前，按照理论设计值进行设置是适合的，但是需要在30%FP功率平台根据实测值及堆芯实际情况进行调整。
下一个功率平台试验为75%FP功率，此次设置的轴向功率偏差参考值ΔIref要适用于75%FP功率及以下阶段。在75%FP功率以下，梯形图右绝对限制线为15%FP。参考线ΔIref1和右限线距离5%FP，因此ΔIref最大设置为10%FP。升功率过程中堆外电离室测量的轴向功率偏差ΔI与堆芯真实情况可能出现偏差，取3%FP的验收值作为不确定度。另外，在右限线和右绝对限制线之间取1%FP的裕度，将参考值设为6%FP。
2.2.3 75%FP平台设置
在升功率至75%FP平台期间，运行操作员控制轴向功率偏差控制贴近右预限线运行，整个阶段没有超出右预限线，确保了堆芯安全。75%FP平台，实际测量显示，堆内ΔI为7.9%FP，RPN系统显示为7.2%FP，偏差0.7%FP，满足3%FP的验收准则。在升功率过程中，RPN系统显示最大值即为7.6%FP，可以判断整个过程堆芯轴向功率偏差最大值小于10.6%FP，满足15%FP的右绝对限制线的安全要求。因此30%FP的轴向功率偏差参考值ΔIref设置是合适的，在保证堆芯运行安全的前提下提供了较大的控制范围。
在75%FP功率以上，运行图右绝对限制线变窄，97%FP功率对应9%，100%FP功率对应6%FP。75%FP平台后，会直接升功率至额定功率，因此设置的轴向功率偏差参考值ΔIref需要适用于升功率至额定功率的整个阶段。根據机组效率及运行历史数据，在额定功率状态下，堆芯核功率一般低于99%FP，对应梯形图右绝对限制线为7%FP，参考值比右绝对限制线低5%FP，将轴向功率偏差参考值ΔIref设为2%FP。
2.2.4 100%FP平台设置
电功率升至额定功率后，堆芯功率为98%FP，对应右绝对限制线为8%FP，实测堆芯轴向功率偏差ΔI为2.5%FP，RPN系统显示为3.3%FP，误差为0.8%FP，满足3%FP的验收准则，且RPN显示值偏大，对于堆芯控制是偏安全的。在满功率运行期间，RPN系统显示ΔI最大值为4%FP，堆芯实际ΔI应该小于4%FP，距离右绝对限制线有至少4%FP的安全裕量，因此整个升功率阶段及额定功率运行阶段堆芯处于安全状态，75%FP功率平台的ΔIref设置是合适的。
通过分功率平台设置轴向功率偏差参考值ΔIref，在确保堆芯安全的前提下，扩大了轴向功率偏差的控制范围，尽可能的利用升功率阶段缩小了堆芯上下部燃耗差距，使得机组顺利升功率至额定功率。但是堆芯上下部燃耗差距仍然很大，寿期初仍然会呈现轴向功率偏差偏正的情况，因此继续设置轴向功率偏差参考值ΔIref为2%FP，在保证堆芯安全的前提下，继续“展平”燃耗，逐步将温度调节棒组R棒提升到调节带中部，避免“畸形”燃耗分布影响后续循环堆芯控制。
3 总结
过渡循环堆芯状态往往比较复杂，特别是第二循环可燃毒物从堆芯拔出后，堆芯状态会发生很大的变化，对运行控制提出很高的要求。方家山1号机组第二循环升功率过程轴向功率偏差ΔI的控制手段是有效的，在保证堆芯安全的前提下，使得机组顺利升至额定功率，保证了机组的安全和经济性。另外，在正常运行期间，要避免控制棒插入堆芯过多，尽量处于调节带中部推荐位置，更有利于堆芯轴向燃耗的“自然”分布，避免造成燃耗“畸形”，加大后续循环堆芯控制难度。
【参考文献】
[1]中国核动力院，方家山核电厂运行技术规范，D版，2015.1.
[2]王诗倩，等.方家山核电厂一号机组第二循环核设计报告，B版，中国核动力院，2015.11.
[责任编辑：朱丽娜]
