对于核电站主控室操纵员而言，面对由于电网需求的变化，核电站辅助设备运行异常抑或是运行试验的要求，而需要进行功率变化操作时，都必须把反应堆的状态时刻控制在技术规范所规定的运行限值之内。我们知道一旦核功率发生变化，可能就会带来反应堆径向功率分布的变化，从运行控制的角度来讲反应堆芯的功率分布均匀有利于控制和安全。
一、技术背景
反应堆的的某个功率状态下的轴向功率分布是不均匀的。把圆通型比作反应堆的堆芯，中心轴线作为堆芯中轴线，用线功率密度来表征每个高度点H所对应的功率大小。
我们可以把堆芯功率分布的均匀程度用一个可以量化的参数来表示——热点因子（FQ）
式中，Pmax—堆芯最大线功率密度
Pavg—堆芯平均线功率密度
Pr—相对功率水平
FQ是一个不可测的量，为了适应堆功率轴向分布监控的需要，可以通过有效测量的中间量—轴向功率偏差和相对功率水平来监测。
轴向功率偏移与轴向功率偏差
轴向功率偏移为堆芯上部功率与堆芯下部功率之差除以堆功率：
这里只是简单的介绍在反应堆控制中，功率分布研究的意义，以及关于轴向功率偏差△I的控制的目的和意义。在正常的功率△I控制控制过程中要求遵守严格的运行限制，这个运行限制我们可以用一个框图来表示，就是△I控制的梯形图，梯形图的设计来源和控制意义不在这里做介绍。本文主要讨论的是在寿期末延伸运行的工况下，△I的反常规变化以及控制策略。
二、问题聚焦
2018年4月3日早班，某电厂一号机即将进入大修，当前处于延伸运行的稳态满功率运行工况。操纵员在巡盘过程中发现，当前ΔI的变化比较接近右预限线，而且正在以一个比较快的速度正向发展。读取ΔI的当前显示，在4.62%——5.08%上下波动，即最高值波动到了5.08%，操纵员初步估计当前轴向功率的偏差的右预限线值约为5.6%。操纵员立即通知了机组长、值长，来分析当前的具体情况。
根据当前的变化规律，得出随着延伸运行的延续，ΔI每天以0.3—0.4%的的增长往右移动，若按照当前的增长速度，不出两天就可能超出右预限线，而且ΔI并不是一个稳定的直线增长过程，出了本身约0.4%的上线波动，而且整体趋势以一个余弦波的形式在增长。也就是说可能因为每天的增长，叠加波峰的变化，导致较快的接近右预限线。
实际上4月2日夜班，操纵人员曾经将汽机功率降低了2MW。仅降低了汽机功率，没有改变硼浓度、控制棒位等。当班操纵员根据汽机功率、一回路冷热曲线、ΔI的变化趋势分析得出：汽机功率的降低，ΔI的值是向右正向发展的。
还有一个现象是，ΔI数字变化整体趋势以一个余弦波的形式在波动。
三、技术分析
1.ΔI的正值
由于中子通量越高，功率输出越大，从而使得燃料的消耗越快，因此，随着反应堆运行时间的推移，堆芯下部的燃耗将大于堆芯上部的燃耗，随着燃耗的加深，堆芯功率峰值上移，最终可能形成正的ΔI。
2.汽机功率降低了2MW，为什么会使ΔI向正向发展呢？
当时汽机降功率采用的是：汽机降功率，而硼和棒位并没有改变。从原理分析因为汽机调阀关小，用汽减少导致一回路平均温度上升，从而引入了负反应性降低了一回路功率。我们知道影响ΔI的因素有：燃耗、功率、平均温度、控制棒棒位、堆芯毒物分布、硼浓度等。在这个降功率的操作中，影响了功率、平均温度以及堆芯的毒物。
正常情况下，堆芯上下部冷却剂存在温差，平均温度升高，ΔI向左，使得ΔI向负变化；一回路功率下降，由寿期末的上下部功率分布图可知，功率峰向上移ΔI向右。
由分析可知，此时的两个因素平均温度和功率变化，作用恰好相反。我们在分析平均温度变化（升高时），平均温度升高，堆芯出口温度升高，堆芯上部引入的负的反应性大于堆芯下部引入的负反应性，即上部功率减小的多，向左负方向变化。一般来讲，功率变化引起的ΔI变化因素也是作用在堆芯进出口温差即ΔT，即对轴向功率偏差作用方向与平均温度变化一直。
3.ΔI的类余弦曲线波动
在操纵员的观察中发现了ΔI呈类余弦波动，后来经过观察和反复的对比，发现曲线变化的非常有规律，且与海水的温度变化对应。
随着夜间海水的降温，ΔI是持续往右走的、正向发展；又随着白天海水温度的上涨，ΔI持续往左走，负向发展。事实上，这里的现象跟汽机的升降功率原理类似：海水温度降低，汽机效率变好，汽机用汽量变少，间接的要求一回路功率降低（从原理上来讲，是因为汽机调阀关小，一回路平均温度升引入的正反应性降低了一回路功率），而一回路功率降低，功率峰上移，造成ΔI向右走（机组实际现象）。
四、控制策略
关于ΔI的控制方法有大量的技术总结分析，这里就不一一罗列了。鉴于上文所描述的ΔI变化不遵从一般规律，且寿期末的ΔI控制比较困难，有以下几个方面可以作为遇到类似情况的参考：
寿期末的R棒运行过程中，R棒的棒位比较低的话，会造成上部的燃耗低，那么在最后的控制时期，必然会上部功率较高，造成可能正的ΔI。且根据延伸运行质量计划，R棒的下插棒位是有严格限制的。
为了控制ΔI可以采用升降功率的方法，从这次事件的观察来看，比较有效。如果考虑硼化/稀释的话，寿期末的硼浓度低，需要消耗大量的水，同时效果比较缓慢。
海水温度引起的ΔI成类余弦曲线变化波动，可能会因为波峰/波谷值接近限值，为了平缓波峰、波谷的幅度，可以在ΔI随海水温度变化时，适当的升降功率，来减缓/展平ΔI成余弦曲线的波动。
参考文献：
[1]宁德核电厂一期工程—高级运行
[2]福建宁德核电厂一、二机组最终安全分析报告
[3]大亚湾核电站反应堆轴向功率分布的控制
论文作者:陈林华
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/2
标签：功率论文; 汽机论文; 操纵员论文; 反应堆论文; 回路论文; 燃耗论文; 余弦论文; 《当代电力文化》2019年第08期论文;