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1、第19卷第5期核动力工程Vol.19.No.51998年10月NuclearPowerEngineeringOct.1998压水堆核电站负荷跟踪的研究邬国伟陶谨(上海交通大学,200030)摘要阐述了核电站负荷跟踪的必要性,运行方式、物理数学模型和计算程序的研制,以及存在的问题和改进方法。核电站负荷跟踪与运行方式、调节特性有很大关系。实践表明:只要设计合理,参与负荷跟踪是完全可能的。如果进行适当改进,运行性能还将进一步提高。关键词负荷跟踪AO控制轴向功率偏差△Ⅰ1前言电网中的电量需求是工业用电和生活用电的总和,它在昼夜和不同季节之间差别
2、很大。由于电力无法储存,因此电厂必须根据电网的需求来调整其输出功率,以进行负荷跟踪运行,即在给定时期内生产的全部电能与用户所消耗的电能总量相匹配。在核能发展早期,电网的负荷跟踪是由水力、火力电厂来实施的。核电站由于其基建费用高,而燃料费用相对较低,因此通常采用基本负荷运行。随着核电的发展,电网中核发电量所占份额的增加,要求核电站必须进行负荷跟踪。世界上某些工业发达国家由于核电在电网中占有相当优势,在这些国家中对核电机组参与负荷跟踪已经作了相当深入的研究,在实际运行中也已积累了丰富的经验。例如,美国在70年代初就进行负荷跟踪运行;法国截止
3、1987年已实施了2200循环的负荷跟踪运行;德国从1982年开始到1991年止,PWR积累了2500循环以上,BWR实施了1000循环以上的负荷跟踪运行;日本从80年代初开始实施核电机组负荷跟踪运行。我国的核电事业起步较晚,但从经济发展和能源平衡等因素分析,发展核电势在必行。可以相信,核电在电网中的比重将会不断增加,因此,研究核电机组负荷跟踪技术已提到议事日程。2压水堆负荷跟踪的运行方式压水堆在跟踪电网负荷时,由自动负荷调整装置按功率变化的设定值调整汽轮机的进汽量,从而改变汽轮机的输出功率以满足电网负荷的要求。另一方面,对应于输出功率
4、的变化,堆芯物理和热工参数也发生变化,控制棒在堆芯中的插入深度也必须调整;或为了减小由于控制棒插入堆芯位置的变化而引起的功率分布畸变,可通过调整冷却剂中硼浓度以确保堆芯的最大功率密度小于设计限定值。为了在负荷跟踪过程中保证反应堆的安全,还必须对堆内功率分布进行控制。其中径向功率分布主要由核设计决定,它取决于堆芯燃料装载、可燃毒物布置和控制棒提棒程序,且在整个燃料循环期内基本上是常量。而轴向功率分布在整1996年12月18日收到初稿,1997年4月15日收到修改稿。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectro
5、nicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net邬国伟等:压水堆核电站负荷跟踪的研究395个运行过程中变化较大,并受许多因素影响,如功率水平、燃耗、氙毒、控制棒位置等。其中氙分布对压水堆功率分布控制的影响最重要。其原因为:功率分布变化所引起的瞬态氙浓度的变化将在短期内进一步加速功率的变化;氙本身的浓度变化具有慢的时间衰变常数。又由于氙对中子的吸收要比单组控制棒强得多,所以保证最低功率峰因子的关键是运行过程中尽可能维持功率分布不变和保持低的轴向功率峰因子,以防止氙分布的倾斜。
6、因此,在负荷跟踪过程中通常采用常轴向偏移控制,即维持轴向偏移AO为常数。由于满功率、平衡氙、棒全提情况下的轴向功率分布最稳定,即使发生氙振荡,功率也在这一分布附近移动。因此将这种情况下的轴向偏移值称为目标轴向偏移值。但上述目标轴向偏移值在各燃料循环期中随燃耗而缓慢地变化,例如第一燃料循环中目[1]标轴向偏移的典型值是从循环期初的-10%近似线性地变化到期末的0%。因此,通常在[1～2]每隔1～3个月当量满功率运行后,必须利用堆外探测器对该目标值进行修正。在实际运行中为了控制的灵活性,应当允许AO在一定容差范围内偏离目标值,而且从满功率时
7、轴向峰值因子最小的观点出发,低功率水平应比高功率水平具有更大的AO容许值。因此根据轴向偏移AO与轴向功率偏差△I的关系,将AO的容许范围定义为恒定△I带。国外经验表明:△I在使用±5%目标带情况下,功率峰因子FQ均满足设计准则的要求。采用常轴向偏差控制运行方式时,控制棒起着两个作用:①补偿反应性变化;②维持轴向偏移值在容许范围内。而决定控制棒插入深度的首要因素应该是轴向偏移控制,在某些情况下,如果控制棒插入深度不能补偿反应性变化的要求,则可采用调节慢化剂中硼浓度的方法来补偿。3物理数学模型及计算程序的研制如前所述,由于反应堆运行过程中轴
8、向功率分布变化较大,因此为了实现负荷跟踪及AO控制,必须了解堆内轴向功率分布以及各因素对轴向功率分布的影响。同时,又由于反应堆可以在各种状态下运行,其计算工作量很大,所以,描述负荷跟踪运行的物理数学模型[1
