核动力工程-温度-功率曲线对mshim策略运行影响研究

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1、文章编号：温度-功率曲线对MSHIM策略运行影响研究王金雨，刘同先，王闯中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都，610041环境保护部核与辐射安全中心，北京，100082摘要：本文以600MW反应堆为研究对象，对不同反应堆温度-功率曲线对机械控制补偿（MSHIM）运行策略的影响进行了研究。分析结果表明通过对反应堆温度曲线的优化，可以缩减负荷跟踪过程中对控制棒的移动范围，进而支持幅度更大的MSHIM负荷跟踪。关键词：MSHIM策略；温度-功率曲线;中图分类号：文献标志码：1引言核电厂主要由一回路系统、二回路系统和其他辅助系统构成。一回路平均温度与二回路蒸

2、汽压力一般通过两种方法进行控制。一回路平均温度不变，二回路蒸汽压力随功率升高而降低，这种方法对稳压器要求不高，但二回路蒸汽压力随功率变化而产生较大变化，对二回路设备要求较高；二回路蒸汽压力不变，一回路平均温度随功率升高而升高，这种方法对一回路稳压器的要求较高，功率变化时由于慢化剂温度变化引入的反应性也较大。核电厂实际设计中经常采用折中的方式，使一回路平均温度随功率升高而升高，二回路蒸汽压力随功率升高而降低，由一回路和二回路设备共同承担压力。如M310型核电厂及其衍生型号，普遍采用一回路入口温度基本不变的反应堆温度-功率曲线（下称温度曲线），其堆芯平均温度从零功率到满功率

3、约升高20℃。而AP1000核电厂的一回路入口水温则随功率升高而降低，其堆芯平均温度从零功率到满功率升高约10℃。反应堆温度曲线是核电厂设计的重要参数，影响反应堆升降功率过程中反应性的变化。对于机械补偿控制策略（MSHIM）下反应堆的设计也具有较大影响。机械补偿控制策略（MSHIM）通过高、低价值控制棒的组合对反应性进行机械控制。设计低价值控制棒（下称灰棒）来取代部分可溶硼对反应性的均匀控制，并使其对功率分布的影响最小；设计高价值控制棒（下称黑棒）来控制堆芯的轴向功率分布。在反应堆正常运行时，控制棒移动通过电厂控制系统进行，可有效控制反应堆冷却剂温度和反应堆轴向功率分布

4、。本文基于MSHIM策略，以秦山第二核电厂反应堆为研究对象，对不同反应堆温度曲线对MSHIM策略下反应堆运行影响进行了研究。2MSHIM运行研究2.1研究对象收稿日期：；修回日期：以某两环路600MW压水堆的18个月平衡循环为研究对象。反应堆热功率1930MW，平均线功率密度160.9W/cm，堆芯包含121个富集度为4.45%的AFA3G组件，平衡循环每次入堆44个新燃料组件。设计的控制棒布置如图1所示。其中MA、MB、M1棒组为灰棒（含24根钨吸收体），共计12束；M2棒组为黑棒（含24根银铟铬吸收体），共计4束；AO棒组为黑棒，共计9束；其余为停堆棒组。MA、MB

5、、M1、M2为MSHIM控制棒组，用于MSHIM运行时的反应性控制；AO为AO控制棒组，主要用于轴向功率偏移控制。图1控制棒布置图Fig.1RodClusterControlAssemblyPatternMA作为先导棒组，当MA、MB、M1、M2连续插入堆芯时，需考虑各棒组间重叠一定步数，本文初步设定的重叠步暂定为75、75、12。先导棒组棒位与MA、MB、M1、M2棒组的棒位对应关系见表1所示：表1先导棒组棒位与M棒组棒位对应关系Tab.1LeadBankIndexvsMBankPosition先导棒MAMBM1M222522522522522575752252252

6、2500150225225-75075225225-15000150225-2880012225-300000213先导棒组提出限暂定为150提出步，AO棒组插入限暂定为150提出步。2.2温度曲线设计的两种反应堆温度曲线表2所示：表2两种温度曲线设计Tab.2TwoDesignsofTemperature-PowerCurve状态入口水温，℃平均水温，℃温度曲线A热态零功率291.7291.7热态满功率291.7308.9温度曲线B热态零功率291.7291.7热态满功率280.6297.8曲线A和曲线B的HZP堆芯入口水温一致，主要差别在于曲线A的堆芯平均温度随功率

7、上升较多，而曲线B的堆芯平均温度随功率上升较少。分别将上述两种反应堆温度曲线应用于秦山第二核电厂反应堆，并分析其对循环长度、轴向偏差、负荷跟踪等的影响。2.3分析程序计算采用西屋公司开发的WhiteStar软件包程序进行。WhiteStar软件包主要由组件计算程序PARAGON程序和堆芯计算程序ANC程序等构成。PARAGON程序是一个两维多群基于输运理论的栅元程序，为三维堆芯程序提供输入，采用碰撞概率法耦合界面流方法求解输运方程，在计算中可采用与截面库中相同的能群数并考虑精确的非均匀几何。三维ANC程序可以考虑如轴向富集度分区和部分长度