压水堆核电站负荷跟踪的研究.pdf

第19卷第5期核动力工程Vol.19.No.5
1998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△Ⅰ

1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。

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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。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
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%[1]。因此,通常在
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[1～2]。
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