核动力电厂热功率提升方式分析

核动力电厂热功率提升方式分析

余曦苏盛华

华能海南昌江核电有限公司 海南省昌江黎族自治县 572700

摘要：本文介绍了目前核动力发电厂在功率控制方面的探测和控制原理，并描述了当前在热功率控制方面控制的难点和痛点，并提出了相应的解决方案。

关键词：热功率 计算机控制系统 主循环泵 海水循环泵

核电厂的热功率直接制约电厂发电量的大小，因此对于其热功率的研究将有助于提升发电厂整体效能的提升。核电厂功率的大小直接与反应堆堆芯线功率密度相关联，若线功率密度超过限值，将对堆芯的稳定安全运行产生较大的影响，也是核动力电厂技术规范所明确禁止的，因此对核功率电厂的热功率相关的因素研究，以及对其控制计算方法进行研究，提升其控制的可靠性以及经济性显得尤其必要。同时核电厂在状态稳定情况下热功率波动幅度就较大，且波动的上限值也不是确定值，这给热功率的精确控制增加了一定难度。

一、核动力电厂热功率计算方法

计算机控制系统显示的热功率值是主控室操纵员进行反应堆功率监视和控制的主要依据之一，因此热功率显示值必须满足精度要求。计算机控制系统系统热功率计算原理如下：

Qi：环路i的冷却剂流量 m3/h

Ωi：环路i的主循环泵实际转速 r/m

Ωretedi：环路i的主循环泵额定转速 r/m

ρi：环路i的冷却剂密度 kg/m3

Hhoti：环路i冷却剂堆芯出口（热端）焓值 kj/kg

Hcoldi：环路i冷却剂堆芯进口（热端）焓值 kj/kg

根据以上计算公式，环路i主循环泵实际转速可以直接测量，环路i主循环泵额定转速为定值1485rpm，环路i的冷却剂密度及堆芯进口和出口冷却剂焓值均可以通过环路冷却剂温度计算得到，环路i冷却剂流量通过计算机辅助监测系统热平衡计算后与计算机控制系统热功率显示值比较得来的，为一确定值。从公式可知，核电厂热功率波动波动，主要由于环路温度波动导致。

在机组状态稳定情况下，影响机组热功率的最主要因素为海水温度、海水潮位。冬天海水温度低，机组效率较好；在高潮位时海水循环泵泵入口海水温度较低，海水循环泵泵流量也较大，冷凝器冷却效率高，真空度较高，机组效率高，相同电功率情况下机组热功率较低，此时通常可保持相对较高电功率，相反在海水低潮位时常常需降低电功率。

二、核动力电厂热功率控制要求以及改进方法

通常情况下M310技术规范对堆芯热功率控制范围要求如下：连续运行期间，堆芯稳态热功率不超过100％FP（一回路稳态热功率不超过2905MW，堆芯稳态热功率不超过2895MW），热功率测量偏差不超过2％。为满足上述要求，反应堆热功率控制必须遵守以下规定：

禁止堆芯热功率超过102％FP。

任何一个运行值班的8 小时内，堆芯热功率平均值不超过100％FP。

任何一个运行值班的8 小时内，堆芯热功率在102％FP 水平的累计运行时间不超过15 分钟；超过101％FP 的累计运行时间不超过30 分钟；超过100.5％FP 的累计运行时间不超过60 分钟。

目前核电厂在机组热功率控制采取方案通常为机组热功率尽量维持在2880-2900MW，上限尽量靠近2900MW。同时目前在主控制室内会设置相关临时报警，当上限临时报警或汽轮机调节系统超功率报警出现时，立即检查机组核热功率并进行降功率控制。

因存在热功率波动超过技术规范要求值风险，目前机组上要求避免热功率瞬时超限，为提高控制热功率的效率，可以做如下改进：

1、细化热功率波动上限，使上限尽量在2895-2900MW之间，并增加关注潮位，并及时调整功率的提醒；

2、减少热功率的波动幅度，与仪控专业探讨减少机组热功率波动幅度的可能，建议对信号源采样点以及中间计算变量做滑动平均和综合判断处理；例如当热功率在2900MW之间波动时热功率显示滑动平均值，也即这时曲线上的任一点都是该点前所有功率值的平均值；当热功率在上述区间外波动时，显示实时热功率。这样既保证了热功率超限时的实时响应，又兼顾了正常工况下对功率波动的抑制；

3、将更精确的计算机辅助监测系统改造为可在计算机控制系统显示的实时热功率参数。计算机辅助监测系统系统(试验仪表系统)是一套专门为性能试验而设计的系统，主要功能是在核电站整个运行期间进行自动和定期试验，以提供设备性能的信息或者某些特定参数的任何可能的偏离。目前计算机辅助监测系统参数为一定时间（一般为20min）的热功率的平均手动计算值，据了解台湾核电厂已采用计算机辅助监测系统参数。建议进行改造提高精度；

4、尽快投运专用的计算机监控画面显示平均热功率值，并需要和核安全工程师明确具体的控制方案，避免违反技术规范。