第九章核反应堆运行与控制

二、保护系统控制（1）
对于压水堆，运行中的几个主要危险是反应堆周期过 短、中子水平过高、一回路冷却剂温度过高、压力过低、 流量过低等。故一般压水堆设有如下保护： 短周期事故保护 反应堆超功率及超功率流量比保护 反应堆进、出口水温过高保护 一回路冷却剂压力过低保护 一回路流量过低及断流保护 控制电源、电离室、裂变室电源断电保护 二回路系统、厂房放射性水平过高保护



反应堆功率上升到近似为额定功率的10％，完 成并网。 调整厂用电的供电方式。 缓慢增加汽轮机负荷，直到蒸汽排放阀完全关闭。 继续增加汽轮机负荷，直到反应堆功率达到控制 系统能投入自动的最小值，即近似为额定功率的 15％
2.8、启动过程中应注意的问题

冷却剂系统压力以及系统升温和冷却速率的限值 控制反应堆周期，防止发生启动事故“瞬发临界” 正确估计反应堆的次临界度
3、稳压器控制


压力控制： 由设在稳压器水空间内的电加热器和设在稳压 器顶部的喷雾器、卸压阀加以控制。 水位控制： 压水堆冷却剂的容积是用化学和容积控制系统 来调节的，特别是利用容积控制箱，以保持稳压 器液位在给定范围内。
4、蒸汽发生器水位控制

根据给水流量、蒸汽流量和蒸汽发生器水位三个 要素控制主给水控制阀或调节主给水泵转速。当 蒸汽发生器水位有异常上升时，主给水控制阀及 旁路给水阀全部关闭；当蒸汽发生器水位异常降 低时，反应堆自动停闭，并自动启动事故给水泵。 另外，在低负荷时，可手动或自动使用旁路给水 控制阀控制水位。
4.2、冷停闭


反应堆处于热停闭状态以后，才能进行冷停闭操作。冷 停闭时，调节棒组和安全棒组全插入，尚需向冷却剂加 硼，以抵消从热态降到冷态过程中，因负温度效应引起 的正反应性，维持堆的足够的次临界度。此外，还需对 系统进行冷却。 堆芯的剩余发热和冷却剂的显热通过蒸汽发生器，由二 回路控制系统把产生的蒸汽旁路到冷凝器。冷凝器真空 度破坏时，可由释放阀向大气排放。使冷却剂冷却至 180 、30bar。启动停堆冷却系统，用停堆冷却系统 继续完成冷却，直至达到温度小于70 的冷停闭状态。
2.6、第四阶段：二回路启动

当压水堆达到临界以后，用来自蒸汽发生器的蒸 汽，开始启动二回路系统。其主要操作步骤如蒸 汽通过隔离阀的旁路阀对主蒸汽管道进行暖管、 低速暖机等，然后，反应堆功率近似上升到额定 功率的5％，汽轮机按规定的速度升速，直到 1500转/分额定转速。
2.7、第五阶段：发电机并入电网，提 升功率

2、功率控制


功能：通过移动控制棒来调节反应堆功率以适应 核电站负荷变化的要求。它有自动和手动两种方 式，手动方式用于堆的启动直到15％额定功率； 在15％－100％额定功率范围内，则采用自动跟 踪负荷。必要时，也可以手动控制。 压水堆功率控制系统由冷却剂平均温度通道、功 率失配通道和平均温度定值通道组成。三个通道 的输出信号通过控制棒程序单元驱动控制棒。
5、蒸汽排放控制

压水堆核电站运行时，当负荷降低超过规定范围 时，就靠蒸汽排放控制系统将过剩蒸汽排向冷凝 器。
二、保护系统控制
目的：在于防止反应堆偏离安全限值以及一旦超过这种 安全限值后缓解所发生的后果。亦即防止事故发生以及 缓解事故所生的后果。 系统包括： （1）反应堆保护系统：当运行参数超过限值，危及堆芯及 一回路压力边界时，该系统发出自动停堆信号。通过安 全动作系统使控制棒下插，保证反应堆热态安全停堆， 并有足够的热态停堆深度。在反应堆事故停堆的同时， 汽轮机能自动脱扣。 （2）专设安全设施：



三、反应堆运行
1、概述 2、压水堆核电站的正常启动 3、功率运行 4、压水堆核电站的停闭
1、概述

核电站建成，堆芯燃料装载后的反应堆启动，称为初次 启动，亦称新堆的物理启动 目的：检验设计、制造和安装的质量，测定各种必要的 特性参数，为安全运行提供实验数据 新堆的物理启动：主要是指新堆的初次临界试验。通过 相继提升堆内各组控制棒组件，以及按一定规范稀释冷 却剂中的硼浓度，使反应堆首次达到临界。在这试验中， 对控制棒的临界棒栅位置进行刻度，对零功率下临界态 附近的中子通量、反应性以及反应堆周期作出实验研究， 获得必要的物理参数等。
2、压水堆核电站的正常启动
2.1、正常启动 2.2、初始状态：换料的冷停闭工况 2.3、第一阶段：一回路充水和排气 2.4、第二阶段：稳压器投入运行 2.5、第三阶段：一回路升温升压至工作温度与压力、启动 反应堆达到临界 2.6、第四阶段：二回路启动 2.7、第五阶段：发电机并入电网，提升功率 2.8、启动过程中应注意的问题
2.2、初始状态：换料的冷停闭工况
各系统的状态： 供电系统：电源电压为0.85－1.05额定电压，电网频率为50±0.5Hz， 使反应堆、冷却剂泵、一回路及二回路的辅助系统、反应堆控制与 安全保护系统、检测仪表系统，信号处理系统等处于能运行状态。 反应堆：装换料结束，处于次临界，堆内充满200ppm的含硼水，控 制棒在最低位置，堆内温度<60 ，停堆深度>10000pcm。 控制与安全保护系统：已作好准备，检查与校验工作已经完毕，中 子源量程测量已投入运行，对反应堆进行监测。 设备冷却水系统： 停堆冷却系统：有一台或两台热交换器正在运行。 化学和容积控制系统： 安全注入系统： 二回路系统：
3、功率运行

带功率运行： 降功率运行：
低功率工况 热备有工况 完全甩负荷工况

功率运行中的几个问题：
冷却剂压力的控制 冷却剂体积的控制 冷却剂硼浓度的控制 蒸汽排放系统的控制 蒸汽发生器给水的控制
4、压水堆核电站的停闭
4.1、概述 4.2、热停闭 4.3、冷停闭 4.4、事故停闭 4.5、压水堆核电站停闭中的几个问题
2.5、第三阶段：一回路升温升压至工 作温度与压力、启动反应堆达到临界

升温升压： 在满足一定条件下，依靠稳压器的电加热器和冷却 剂泵转动时的机械功，使一回路系统的压力和温度达到 或接近零功率额定值，然后可以启动反应堆达到临界， 称为联合加热法。 当系统已升温预热、稳压器汽腔已形成、冷却剂压 力为30bar、温度到180 的情况下，就启动压水堆达 临界，在低功率下利用核能加热，使系统的温度和压力 按规定速度上升到额定参数，称为核加热法。
1、概述（1）


临界前试验： 燃料组件全部装载完毕后一回路的水力特性试验以及其 他在未装燃料前无法进行的一些试验。 包括：
冷却剂系统泄漏试验 冷却剂泵惰转流量下滑试验 控制棒落棒时间 反应堆保护系统动作特性 堆内核测仪表响应 一回路系统流量测定 控制棒驱动机构动作特性 棒位指示系统响应特性 电阻温度计旁路流量测定试验
2.5、第三阶段：一回路升温升压至工 向临界趋进，为保证启动安全，必 须保证在每一时刻，堆芯反应性只随单个参数的变化而 改变。 压水堆的冷却剂温度应尽可能保持为常数，以避免 任何能引起突然冷却的操作；由冷却剂泵提供的能量， 可以通过二回路使产生的蒸汽排向大气或冷凝器。 稀释冷却剂硼浓度到一个与临界条件相对应的预定 值。 然后根据堆芯的布置，推算出与最低无负荷临界相 对应的各个控制棒组件的位置，并按照所指定的顺序， 依次提升控制棒组件中的四个调节组件。
2.3、第一阶段：一回路充水和排气



由化学和容积控制系统给一回路充水。充水时， 将来自补水系统的除盐水注入一回路，进行稀释 操作，使充水结束时，反应堆的停堆深度不小于 1000pcm。 降低蒸汽发生器二次侧水位到零功率值，启动冷 却剂泵并投入稳压器加热器，使冷却系统升温预 热。 在开始加热阶段，应注意监测和调节一回路水质， 使冷却剂水化学特性得到保证，当一回路水质合 格时，将净化系统投入运行。
2.4、第二阶段：稳压器投入运行



当第一阶段终了时，一回路温度约100 至130 ，压 力为25bar，上充流已开始建立。容积箱顶部建立了氢 气空间，可手动控制容积控制箱上游的控制阀及补给水 控制阀，进行氢气替换氮气。 用减少上充流量的方法形成蒸汽空间，然后用收到控制 以保持稳压器的水位。 当稳压器水位达到零功率水位整定值时，就从调节转为 运行，承担了压水堆冷却系统的压力控制。一回路温度 180 ，压力30bar 在一回路温度达到180 之前，投入控制棒驱动机构的 通风回路，抽出停堆棒组。
4.4、事故停闭

当核电站发生直接危及反应堆安全的事故时，安 全保护系统动作，紧急停堆，快速插入全部控制 棒组件。如果事故严重（如主蒸汽管道破裂，失 水事故），则需向堆芯紧急注入含硼水，使裂变 反应瞬时停止。事故停堆后，必须保证对反应堆 的继续冷却。
4.5、压水堆核电站停闭中的几个问题

衰变热
压水堆在停闭后相当长时间内，由于核分裂所产生的裂变产物 的、放射线衰变而发出的热量是相当可观的。以一个满功率运行 100天的压水堆为例： 停闭后时间 衰变热（％额定功率）
1、概述（2）


初次临界试验： 在热态额定工况下，进行首次物理启动，达到临界，实 现反应堆的自持链式反应。 内容：
初次临界 注意问题：次临界状态下中子通量变化规律 控制反应堆启动周期 零功率物理试验功率水平之测定 反应性测定 末点硼浓度测定
1、概述（3）


低功率物理试验： 在热态稍高于零功率时进行堆的物理特性试验，取得实 验数据来为运行服务和校核理论计算。 内容：
核反应堆运行和控制
一、反应堆控制 二、保护系统控制 三、反应堆运行
一、反应堆控制
1、基本任务与原理 2、功率控制 3、稳压器控制 4、蒸汽发生器水位控制 5、蒸汽排放控制
1、基本任务与原理
两个基本任务： （1）正常运行工况下对启动、提升功率、变换功率、正常 停堆等进行控制，并为维持稳态运行，对某些运行参数 进行必要的调节。 （2）在任何工况下确保安全停堆，并从堆芯移出热量和限 制预计运行事件及事故工况的后果，确保人身与设备安 全。 作用： 维持反应堆的重要参数在稳态运行或给定的负荷扰动下， 始终保持在所规定的范围内。