王國(guó)震

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 興城 125100）

1 控制棒交換原因

為了提高壓水堆核電廠的負(fù)荷跟蹤運(yùn)行能力和減少?gòu)U水產(chǎn)生量，第三代先進(jìn)壓水堆采取了特有的機(jī)械補(bǔ)償反應(yīng)性控制策略用于負(fù)荷跟蹤運(yùn)行。

為了保證負(fù)荷跟蹤能力，第三代先進(jìn)壓水堆在正常功率運(yùn)行期間需要始終保持部分控制棒插入在堆芯內(nèi)，這與傳統(tǒng)壓水堆在正常功率運(yùn)行期間控制棒基本完全處于堆頂產(chǎn)生了區(qū)別，這種運(yùn)行方式所導(dǎo)致的一個(gè)問題就是長(zhǎng)期插入堆芯內(nèi)的控制棒會(huì)使附近的燃料產(chǎn)生過大的燃耗陰影，隨著時(shí)間燃耗陰影會(huì)越來越大，嚴(yán)重影響堆芯功率分布，可能會(huì)導(dǎo)致局部功率峰值因子超出堆芯運(yùn)行限值。所以需要通過控制棒交換邏輯控制器來定期交換灰棒的插入順序。

2 控制棒布置和疊步順序

第三代先進(jìn)壓水的控制棒組分為M棒組和AO棒組，M棒組又分為灰棒組和黑棒，其中灰棒組包括MA、MB、MC、MD棒組，黑棒組包括M1、M2棒組。M棒用于控制一回路冷卻劑平均溫度TAVG，AO棒用于控制堆芯軸向功率偏移△I?？刂瓢粼诙研緝?nèi)的布置有以下特征。

MA與 MD棒組對(duì)稱，MB與MC棒組對(duì)稱，M1、M2棒組和AO 棒組在堆芯內(nèi)是均勻分布的。

所以根據(jù)上節(jié)所述的控制棒交換原因可以得出，控制棒的交換必然發(fā)生在MA與MD棒組之間，以及MB與MC棒組之間，即僅有灰棒組需要交換，而M1、M2和AO棒不需要進(jìn)行交換。

為了減少負(fù)荷變化是對(duì)于功率分布的擾動(dòng)和保證相對(duì)恒定的引入線性反應(yīng)性，壓水堆核電廠在插入或提出控制棒時(shí)都存在疊步。第三代先進(jìn)壓水堆為了配合控制棒交換，存在兩種序列的疊步方式，以插入序列為例，第一種插入序列為 MA、MB、MC、MD、M1、M2，第二種插入序列為 MD、MC、MB、MA、M1、M2，灰棒組之間保持 181 步的距離，黑棒組與灰棒組以及黑棒組之間保持252步的距離。在滿功率運(yùn)行時(shí)，以序列1為例，通常MA處于150步的位置，MB、MC、MD都處于264步即堆頂?shù)奈恢谩?/p>

3 控制棒交換方案

完成控制棒組交換的優(yōu)先方法是激活控制棒交換邏輯（CREL）功能。如果必要，CREL會(huì)重新調(diào)整控制棒的位置，并以重疊的方式顛倒控制棒的插入順序，當(dāng)控制棒在正確的位置，就會(huì)產(chǎn)生新的插入順序，為下一次操作準(zhǔn)備。如果CREL不可用，還可以實(shí)施手動(dòng)控制棒交換操作。

CREL支持兩種自動(dòng)交換方案。

當(dāng)灰棒組在堆芯處于同一軸向位置，使用“方案1”，可以簡(jiǎn)單的顛倒插入順序。由于沒有控制棒的實(shí)際移動(dòng)，這種交換不會(huì)對(duì)反應(yīng)性或者功率分布產(chǎn)生影響。但是對(duì)于正常功率運(yùn)行，通?；野艚M都不處于同一軸向位置時(shí)，所以“方案1”不適用?！胺桨?”適用于反應(yīng)堆停堆，所有灰棒組都插入到堆芯底部位置時(shí)，或者在手動(dòng)交換控制棒時(shí)，所有灰棒組都提出到堆芯頂部位置時(shí)使用。

當(dāng)灰棒組在堆芯處于不同軸向位置，使用“方案2”，顛倒插入順序前首先要交換對(duì)應(yīng)的灰棒組位置?！胺桨?”可以在滿功率運(yùn)行期間完成，由于在灰棒組位置交換過程中對(duì)應(yīng)棒組的提出和插入同時(shí)動(dòng)作，對(duì)反應(yīng)性或者功率分布不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，這種交換在基本負(fù)荷運(yùn)行期間完成。

一旦激活，CREL將根據(jù)初始的灰棒組棒位，自動(dòng)決定是執(zhí)行“方案 1”還是“方案 2”。

如果CREL的“方案2”交換邏輯有問題，可以使用手動(dòng)控制棒交換。手動(dòng)交換過程需要將AO棒置于手動(dòng)控制，然后緩慢插入，直到所有灰棒組全部提出。AO棒插入使得灰棒組提出以維持TAVG的不變。這個(gè)過程要求臨時(shí)解鎖灰棒組自動(dòng)提升限值。當(dāng)所有灰棒組處于全提狀態(tài)，就可以完成“方案1”，然后將AO棒手動(dòng)提升，直到第一組新的灰棒插入到控制棒提出限值（RWL）以下，并且AFD恢復(fù)到控制死區(qū)范圍內(nèi)。此時(shí)，可以完全恢復(fù)自動(dòng)運(yùn)行。手動(dòng)交換過程比“方案2”自動(dòng)交換對(duì)堆芯的功率分布擾動(dòng)更大。因?yàn)樾枰狝O棒插入，使得AFD比當(dāng)前的目標(biāo)更負(fù)。一般自動(dòng)的“方案2”交換不會(huì)使AO棒運(yùn)動(dòng)很多。因此，對(duì)于正常功率運(yùn)行下的控制棒交換操作，自動(dòng)的“方案2”是優(yōu)先選擇。

4 控制棒交換限制條件

對(duì)于正常功率運(yùn)行下完成任何的控制棒交換，推薦的初始控制棒位是讓第一組灰棒組在125步和150步之間，其他所有的灰棒組則完全提出。對(duì)于指定的初始灰棒組棒位，開始“方案2”交換前，為了保證在自動(dòng)交換期間AO棒組有能力控制TAVG，AO棒組應(yīng)該處于合適的位置。如果當(dāng)前AO棒組不在可以維持TAVG的位置，則控制棒交換不能開始。推薦的AO棒初始位置的范圍在165步和255步之間。

為了防止控制棒交換期間由于功率分布不均衡導(dǎo)致產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，要求控制棒移動(dòng)來完成交換的首要條件是確認(rèn)初始有足夠的功率裕度（power margin），保證交換不會(huì)導(dǎo)致FQ和F△H超出限值。

如果沒有足夠的初始功率裕度，可以采取以下措施：

（1）如果第一組灰棒組處于125步以下，進(jìn)行硼化，直到第一組棒組到達(dá)125步至150步的推薦位置。如果將灰棒組移動(dòng)到理想初始位置，那么CREL要求的功率裕度就降低了，同時(shí)如果硼化后堆芯功率降低，也會(huì)改善交換前的初始功率裕度。通過硼化的方式建立了足夠的功率裕量后，控制棒交換就可以正常進(jìn)行。

（2）另一種方法是交換前降低堆芯的功率，建立要求的功率裕度。例如，如果要求10%的功率裕度來防止FQ超限，目前只有8%可用，為完成交換，需要降低2%的功率，建立要求的功率裕度工況。

5 控制棒交換動(dòng)作過程

使用CREL完成“方案1”交換沒有控制棒的移動(dòng)，僅僅變換疊步順序，不再敘述。

使用CREL完成“方案2”交換如下。

初始控制棒移動(dòng)，交換MA和MD的位置。如果MB和MC沒有完全提出或插入，這些棒組的位置也一起交換。移動(dòng)完控制棒后，確定后續(xù)運(yùn)行中的插入順序。CREL的過程中包括暫停點(diǎn)，操縱員可以允許繼續(xù)交換，或者確認(rèn)完成結(jié)束交換?；野艚M在交換過程中，所有控制棒可以同時(shí)移動(dòng)（例如，MA插入，MD提升）。但是，如果其中一組灰棒組初始位置的微分價(jià)值低，而其他組初始位置的微分價(jià)值高，程序也可以錯(cuò)開插入和提升的時(shí)機(jī)，從而更好的控制反應(yīng)性。

即將插入的棒組會(huì)首先下插，直到所有棒組等于或低于228步。一旦達(dá)到此棒位，所有棒組都同時(shí)移動(dòng)，直到提升棒組提升到最終目標(biāo)位置。這種交換方式提供了更均勻的反應(yīng)性響應(yīng)，減少了移動(dòng)AO棒修正TAVG的需求。

在“方案2”交換期間，灰棒組移動(dòng)時(shí)，如果TAVG超過控制死區(qū)，灰棒就會(huì)臨時(shí)停止移動(dòng)，而調(diào)節(jié)AO棒位置控制TAVG，TAVG恢復(fù)到控制死區(qū)內(nèi)后繼續(xù)控制棒交換。但是在保證控制棒都處于推薦棒位的情況下，基本不需要AO棒調(diào)節(jié)TAVG。

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