M310核电机组棒控系统故障对机组运行的影响与应对策略

高照 李凤山 张红乐

摘 要：核电厂棒控系统是用以调节反应堆功率的最重要、最灵活的手段。其安全功能在于，当反应堆保护系统动作后，所有停堆棒和调节棒都迅速掉入堆芯，以此来迅速引入足够的负反应性，使反应堆达到一个安全的停堆状态。由于棒控系统直接关系到核电厂机组运行时反应堆正常的反应性控制和负荷跟踪，而且棒控系统的不正常工作直接影响核电站的安全稳定运行，严重的可导致保护动作，造成停堆等事故的发生。因此，该文以秦山第二核电厂运行机组为例，论述了棒控系统运行期间一些可能发生的故障和这些故障对机组运行的影响，以及运行人员应做出的响应和处理方法。

关键词：棒控系统 控制棒失步 卡棒 控制棒失控抽出

中图分类号：TL37 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（a）-0081-01

对于秦山二期的反应堆堆芯的反应性或功率控制而言，棒控系统是最重要、最灵活的手段。棒控系统的不正常工作直接影响核电站的安全稳定运行，严重的可导致保护动作。这就要求操纵员对棒控系统有一个充分的认识，并且在遇到棒控系统故障现象时，要有正确的响应措施。因此在运行过程中我们必需重视该系统的任何故障，以提高机组的安全稳定运行。

1 系统概述

完整的棒控系统包括：棒位部分、控制棒驱动机构（CRDM）、棒控部分、功率调节设备。反应堆功率调节实质是通过控制反应堆平均温度来实现的。不同的功率水平对应一定的平均温度。功率调节部分通过整定和比对一/二回路间的温度差，产生相应控制信号，再通过棒控部分进行逻辑运算后，产生具体的控制棒的移动方向和移动速率的控制信号，最终由CRDM部分来实现具体控制棒提升与下插动作。

就控制棒棒束的分组而言，控制棒共有33束。两组共8束停堆棒，反应堆正常运行时提到堆顶，停堆时从堆顶掉落，加大停堆裕度；其他四组共25束是调节棒束，用于调节反应堆功率。

2 故障分析与应对

2.1 控制棒失步

控制棒失步是指单个棒束离开其棒组滑动一步或多步，在运动过程中单个棒束保持不动或与其棒组产生错位。控制棒失步会在堆芯中产生一个不利的功率分布，如果不采取措施有可能会超过堆芯的安全限制。

如果发现棒位显示有失步情况。应该马上通过对外核测通道或者堆芯出口热电偶来验证是否真的出现失步，同时应密切相关参数是否满足运行限制。并优先执行以下操作：禁止提升功率；暂停二回路负荷变化；控制棒至手动方式，有必要时利用稀释、硼化方式平衡一、二回路功率；对于可能棒位低于插入限值的情况，为了满足一定的停堆裕度，必须降低功率，建立一种新的与之相适应的控制棒棒位。之后及时通知仪控人员查找故障原因，并进行失步校正。

2.2 控制棒卡棒

在正常运行期间发生此类故障意味着一回路将不能进行自动的负荷跟踪，将会引起一二回路功率的不平衡。这个故障包括控制棒不能下插和不能提升两种情况，这里分别阐述：对于判断控制棒不能下插的故障，由于一回路会出现功率过高、过热的现象，会出现稳压器的水位和压力会上升、二回路蒸汽压力上升等现象。如果不做人为的干预，势必会引起机组瞬态的发生，直至引起反应堆停堆保护动作。当发现控制棒组不能下插时，操纵员首先应停止二回路的一切提升功率操作，并将控制棒置于手动，如果棒组能响应手动控制，就使用手动方式插入棒组，使机组恢复到平衡工况；如果棒组无法响应手动，则需要通过启动REA系统的硼化功能，调整硼浓度来恢复到平衡工况，鉴于改变硼浓度的方式响应时间较长，紧急时也可以考虑汽机将负荷的方式，来稳定机组。

不能上提正好与不能下插故障相反，故障现象集中体现在了一回路过冷上。此时，除了会出现由于一回路水体积的收缩外，更为需要注意的是反应堆的温度效应可能引起的核功率上升。当发现控制棒组不能上提时，操纵员首先应查看是否有相应的控制棒禁止逻辑信号存在。然后再置于手动，同样需要通过其他手段来平衡功率。

2.3 控制棒落棒

当单个棒束或控制棒组落入堆芯时，堆芯功率和反应性将立即降低。如果没有保护动作，反应堆冷却剂和二次侧系统之间的不平衡将使堆芯入口温度下降。此后在反馈效应和其他能够正常运行的控制棒组的动作下，核功率将上升，功率将重返初始水平，并可能超过初始值。如果不对反应堆堆芯采取保护，除局部功率增加之外，单个棒束或控制棒组下落引起的径向功率分布畸变。在控制棒落棒瞬态开始时，反应堆核功率变化很快是该故障的显著特征。

对于运行人员而言，如果发生落棒事故后，反应堆还没有停堆，而且发现是两束或两束以上的棒束下落，则根据技术规范的规定应立即后撤到热停堆。如果仅仅是一束棒束下落，首先应根据落棒时的具体情况降低汽机负荷，维持平衡，再区分是停堆棒束还是调节棒组然后分别采取措施。

3.4 控制棒组失控抽出

一组控制棒组件抽出事故定义为由于控制棒抽出引起堆芯内反应性失控增加，从而导致核功率剧增的事故。功率运行时控制棒组失控抽出将导致堆芯热流密度增加。由于在蒸汽发生器二次侧压力达到释放阀或安全阀的整定值以前，蒸汽发生器的排热滞后于堆芯功率的增加，因此反应堆一回路冷却剂的温度和压力有一定的增加。如果不采取手动或自动方式中止控制棒组的失控抽出，功率失配以及随之产生的反应堆冷却剂温度上升最终将导致偏离泡核沸腾发生。因此，为了避免燃料包壳损坏，反应堆保护系统应在DNBR值低于限值之前终止该事故瞬态。

虽然从反应堆安全角度考虑，即使发生此类故障，只要保护系统及时响应就不会突破所谓的安全限制。但是，因此所产生的瞬态，我们还是应该引起足够的重视。当发现一组控制棒束连续不断地提升时，操纵员首先应将控制棒置于手动，如果有故障的棒组在转到手动时停止提升，在现场逻辑柜上配合下插该棒组，以恢复到平衡工况，然后寻找故障原因，进行必要的修理；若棒控转到手动时，连续提升的棒组没有停止，则操纵员应立即执行紧急停堆。

3 结论

当出现棒控系统的任何故障时，操纵员决不能增加反应堆功率。对于控制棒应慎重的置于手动控制，在瞬态中应该首先判断控制棒能否正确的响应对二回路的负荷跟踪。如果控制棒不能操作，就必需及时改变硼浓度来维持一回路和二回路之间的平衡，必要时也可已考虑通过升降二回路负荷的方式平衡功率。故障排除后，在重新提升功率前，在仪控人员配合下，画出堆芯内中子通量密度分布图，确认没有异常的功率分布后方可恢复到正常运行工况。

参考文献

[1] 何炳林.离子交换与吸附树脂[M].上海：上海科技教育出版社，1995.

[2] 张文清.分离分析化学[M].上海：华东理工大学出版社，2007.