2.实验原理

本实验涉及到以下原理或知识点，详细介绍见实验说明书。

1. 临界逼近的原理

中子数量增长可表示为：

n(t): S→S+S*k→S+S*k+S*k^2→S+S*k+S*k^2+S*k^3…

n→nstabilization=S/(1-k)

当k趋向于1时，中子数目nstabilization连续增加。当达到一定值时，中子通量可被中子通道探测到，且此状态达到临界状态。即S/nstabilization=1-k,当k趋于1时，S/nstabilization→0，此状态达到临界状态。

当“倍增时间Td”趋向于无穷大时，就达到平衡状态，nstabilization可测。

2. 升功率至并网发电的原理

汽轮机在有足够蒸汽量之后(10%PN左右)才能启动，辅助给水系统ASG只在2%NP下提供给水，SG压力通过 GCT-a 或 GCT-c 的压力设定值的改变而改变。

3. 变功率运行的原理

A模式和G模式是两种控制功率的方法。在A模式下，温度由R棒控制，核功率通过硼浓度变化来控制；在G模式下，温度由R棒控制，核功率通过灰棒（G1、G2、N1、N2）来控制。

4. 厂用电运行的原理

功率控制由G棒和主蒸汽阀门开度来控制，温度控制由R棒和汽轮机旁路阀门开度来控制（在厂用电运行情况下）。当温度曲线在正负值方向小幅度变化时，手动稀释或加硼，调节一回路温度差值，即 (平均温度  温度定值)需控制在 0.8 C 之内。

4.实验材料

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一级标题是

二级标题

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1.实验方法与步骤要求

本仿真实验由临界逼近、临界后并网、低功率水平下以A模式或G模式两种方式升至满功率和厂用电运行四个模块组成主体实验，作为拓展性实验，学生还可以选作温度反馈和氙振荡两个模块的实验。主体实验包含如下22个操作步骤：

1. 临界逼近

第一步，初始工况：热停堆（STANDA_6）

稳压器压力155 bar；一回路平均温度297 C；硼浓度1350 ppm；除S棒外，所有控制棒插入；汽轮机停机，反应堆未跳堆。

第二步，提升控制棒

将G棒组置“手动”，并选择G1棒组操作，连续提升至N1棒位于168步。

将R棒组置“手动”，并选择R棒组操作，连续提升至R棒位于225步。

此时，反应堆总反应性将由-4343pcm，增加至-1691pcm。

第三步，记录初始参数

记录热功率作为参考值，并记录初始硼浓度CB、中子功率W（作为初始中子功率W0）。

第四步，连续稀释记录临界逼近参数。

在化容系统页面，设定稀释硼浓度的流速10 t/h、稀释水量10 m3后，点击“手动稀释”按钮。

稀释停止后记录稀释后的硼浓度CB和中子功率W。

重复以上步骤，记录连续变化的中子功率和相对应的硼浓度，根据外推法在图W0/W =f(CB)中寻找临界硼浓度。

稀释次数	1	2	3	……
硼浓度CB(ppm)
中子功率W(w)
W0/W

第五步，停止稀释至稳定

根据数据计算出临界硼浓度，继续稀释至快达到临界硼浓度时（+5pcm），停止稀释，此时注意观察倍增时间。

逼近临界硼浓度时注意观察倍增时间，不能小于18秒，否则将会跳堆。

稳定状态。

至此，临界逼近模块运行结束。

2.临界后并网

第六步，通过稀释硼提升功率到1% NP (3MW nuclear power => 38MWth) 至2%NP (69MW nuclear power)

通过化容系统页面中的手动稀释按钮，来进行稀释。设置水容积在~3 m3，水流量在~7 t/h。在速度快进按钮下面选择快进x10。改变硼浓度的方式来改变核功率的速度是很慢的。当核功率开始从3 MW 升到35 MW时，取消速度快进，选择实际时间（real time）。

第七步，切换GCT-a（GCT021VV 蒸汽旁路至大气阀）到GCT-c（GCT010VV 蒸汽旁路至凝汽器阀）

GCT-c和GCT-a阀门必须是自动控制模式，压力设定值为手动控制模式，当核功率提升至1%-2%NP之间时，将GCT-c压力设定值设置稍低于GCT-a的压力设定值（设定值设置~80 bar），待GCT-a切换到GCT-c之后，将GCT-a阀门控制设置为手动模式。

第八步，切换辅助给水系统ASG到主给水系统ARE

在汽轮机页面：启动凝汽器抽真空泵，然后启动凝结水泵，30s后启动TFP主给水泵（APP101PO-汽动主给水泵）；将ARE旁路阀设为自动控制，将ARE主路阀设为自动控制。

在蒸汽发生器页面：手动缓慢关闭ASG阀门，然后停掉ASG辅助给水泵。

第九步，提升功率至10%NP

在化容系统页面：通过控制棒或稀释硼，提升功率至10%NP（可以增加水容积设置为4 m3）。

当功率达到10%NP（~380 MWth）后，停止稀释硼，将R棒设为自动模式。

通过调整GCT-c压力整定值（此时可在75~78 bar之间调节），观察堆芯页面，使|Tav-Tref|(平均温度温度定值)保持在|0.8|C之内（死区，在此区间内温度变化不会引起R棒位的变化）

稳定状态

第十步，汽轮机升速（汽轮机页面）

将转速设定到1500 rpm，点击“挂闸汽轮机”按钮，启动汽轮机。

此时将主蒸汽调节阀置于自动模式。

当汽轮机转速上升时，停掉盘车。

当转速升至1380 rpm时，闭合励磁断路器，将励磁电流控制打到自动。

第十一步，并网（汽轮机页面）

将电功率设为135 MWe，即10%MWe，负荷升速为10 MW/min。

启动同期（同步装置），当速度已经很慢时，有黄色灯闪亮，指针位于垂直位置，手动闭合同期断路器（发电机主开关）。

第十二步，根据需要升负荷至20%NP，并保存为升功率初始工况

将G棒组和R棒组置为“自动”模式。

设置功率设定值为270 MWe，负荷速率为10 MW/min。

点击按钮“执行”。

达到稳定后，点击“保存快照”，作为后期不同模式升功率的初始工况。

至此，临界后并网模块运行结束。

3.低功率水平下以A模式或G模式两种方式升至满功率

第十三步，G模式下升负荷至50%NP

载入20%NP功率的初始工况。

检查G棒组和R棒组为“自动”模式。

设置功率设定值为675 MWe，负荷速率为45 MW/min，点击“执行”

第十四步，在50%NP平台稳定2h。

当功率升至50%时，观察堆芯页面一回路温度差值= (平均温度温度定值) 需控制在0.8C之内，此时要手动稀释的手段，给水流量在10 t/h左右。满足此温度要求。

当温度缓慢变化时，观察一回路温度梯度值（dT），此值表示一回路温度变化。当此温度曲线在负值方向呈现小幅度时，此时要手动稀释，流量在5t/h左右。当此温度曲线在正值方向呈现小幅度时，要手动加硼，流量在1.0t/h左右，在不断的稀释、观察温度梯度、停止稀释、观察温度梯度、继续稀释的循环过程中这样来使得系统在不断的趋于稳定。

第十五步，G模式下升负荷至100%NP

设置功率设定值为1350MWe，负荷速率为45MW/min，点击“执行”。

第十六步，将功率水平稳定在100%NP

当功率达到100%时，观察堆芯页面一回路温度差值(平均温度-温度定值)需控制在0.8C之内，此时要手动加硼的手段，流量在1.5 t/h左右。满足此温度要求。

当温度缓慢变化时，观察一回路温度梯度值（dT），此值表示一回路温度变化。当此温度曲线在负值方向呈现小流量在5 t/h左右。当此温度曲线在正值方向呈现小幅度时，要手动加硼，流量在1.0 t/h左右，在不断的稀释、观察温度梯度、停止稀释、观察温度梯度、继续稀释的循环过程中这样来使得系统在不断的趋于稳定。

点击“保存快照”，作为后期厂用电运行的初始工况。

第十七步，A模式下升负荷至50%NP

载入20%NP功率的初始工况。

将灰棒组(G棒组)置于“手动”模式，R棒组置于“自动”模式。

设置功率设定值为675 MW，负荷速率为9.8 MW/min，点击“执行”。

计算硼浓度并在化容系统页面设置：使用“手动硼化”按钮，设置硼容积为2.2 m3，硼流量为1.8 t/h。

观察堆芯页面中的一回路温度定值：(平均温度温度设定值)需控制在 0.8 C 之内，最好是一直调节加硼的流量来使得此温差值在0.0左右移动

当温差值0<Tav<0.8时，小范围的增加硼流量；当温差值-0.8<Tav<0时，小范围的减少硼流量。

观察汽轮机页面，当功率达到设定值时，此时要停止加硼。

第十八步，在50%NP平台稳定2 h

在50%核功率保持两个小时，继续观察堆芯页面中的一回路温度定值，通过稀释或者加硼的手段控制平均温度-温度设定值控制在+-0.8之内。

当温度缓慢变化时，观察一回路温度梯度值（dT），此值表示一回路温度变化。当此温度曲线在负值方向呈现小幅度时，此时要手动稀释，流量在5 t/h左右。当此温度曲线在正值方向呈现小幅度时，要手动加硼，流量在1.0 t/h左右，在不断的稀释、观察温度梯度、停止稀释、观察温度梯度、继续稀释的循环过程中这样来使得系统在不断的趋于稳定。

第十九步，A模式下升负荷至100%NP

设置功率设定值为1350 MW，负荷速率为9.8 MW/min，点击“执行”。

计算硼浓度并在化容系统页面设置：使用“手动稀释”按钮，设置水容积为2.2 m3，水流量为1.8 t/h。

此时在汽轮机页面，可以调节汽轮机的功率坡度（此时减少功率坡度后等温度稳定变化再调大点功率坡度）和稀释时加入水的流量来使得温度差满足要求。

观察汽轮机页面，当功率达到设定值时，此时要停止加水。

第二十步，将功率水平稳定在100%NP

继续观察堆芯页面中的一回路温度定值，通过稀释或者加硼的手段控制(平均温度-温度设定值)在0.8 C之内。

当温度缓慢变化时，观察一回路温度梯度值（dT），此值表示一回路温度变化。当此温度曲线在负值方向呈现小幅度时，此时要手动稀释，流量在5 t/h左右。当此温度曲线在正值方向呈现小幅度时，要手动加硼，流量在1.0 t/h左右。在不断的稀释、观察温度梯度、停止稀释、观察温度梯度、继续稀释的循环过程中这样来使得系统在不断的趋于稳定旁。

至此，G模式和A模式升功率运行结束，填写下面的负荷变化表

15%NP-50%NP	G模式			A模式
	初始	结束	△	初始	结束	△
多普勒(pcm)
慢化剂(pcm)
氙毒(pcm)
控制棒(pcm)
硼浓度(pcm)
硼化稀释容积 (m3)
50%NP  2h	G模式			A模式
	初始	结束	△	初始	结束	△
多普勒(pcm)
慢化剂(pcm)
氙毒(pcm)
控制棒(pcm)
硼浓度(pcm)
硼化稀释容积 (m3)
50%NP-100%NP	G模式			A模式
	初始	结束	△	初始	结束	△
多普勒(pcm)
慢化剂(pcm)
氙毒(pcm)
控制棒(pcm)
硼浓度(pcm)
硼化稀释容积 (m3)

4.厂用电运行

第二十一步，厂用电运行模式启动

载入初始工况：STANDA_17 (100%额定热功率-寿期初)。

手动打开线路断路器（即汽轮机页面的线路开关设置为打开）。

等待达到稳定状态（15分钟左右）。

重置汽轮机转速为1500 rpm（汽轮机页面的速度设定为1500 rpm）。

第二十二步，记录曲线，并观察功率运行瞬态过程中主要物理参数的快速调节

蒸汽发生器水位：当线路断路器打开时，蒸汽发生器压力迅速升高使沸腾汽泡减少，水位出现下降。当汽轮机旁路打开时，水位出现上涨。如果给水阀不在“手动”状态，这一变化将引起给水调节阀的开度变化。二回路压力下降将减少沸腾汽泡，减少给水。但是阀门开度不能变化。所以蒸汽发生器水位上升直至达到新的平衡。

稳压器水位：由于一回路扩容，水位升高，然后由于收缩下降。（实际上，水位是根据平均温度和慢化剂质量而保持恒定的）。

稳压器压力/一回路压力：稳压器水位升高时压力升高（水位升高压缩了稳压器中的蒸汽），然后压力降低（喷淋降低了压力）。当水位下降时随着蒸汽的膨胀，加剧了压力的下降。加热器很快启动，但是要返回155 bar还需要时间。加热器的效率是+3 bar/minutes。

G棒：调整功率至初始状态的30%，考虑功率从100%满负荷到30%的功率变化的功率效应。

5.扩展性实验模块

在100%NP满功率水平下可选做实验

第二十三步，温度反馈实验

载入初始工况：STANDA_17(100%额定热功率- 寿期初)。

进行“阻止反应堆跳堆”设置。

将以下调节设置为不可用：

堆芯运行页面：将R棒和G棒设为手动控制（平均温度和核功率控制）。

化容系统页面：将上充阀RCV272VP设为手动控制（稳压器水位调节），开度为41%。

稳压器页面：将用作压力调节的比例式加热器设为手动控制，设置功率为283.41；逻辑加热器设为手动控制，停止状态；主喷淋阀RCP201VP设为手动控制, 开度为0%。

蒸汽发生器页面：将GCT-a（蒸汽旁路至大气阀） 和GCT-c（蒸汽旁路至凝汽器阀）阀门设为手动控制，开度为0%。

减少核功率使一二回路功率不平衡。

观察Feedback effect曲线。

图4  Feedback effect曲线

第二十四步，氙震荡实验

初始工况：STANDA_17(100%额定热功率-寿期初)

将R棒和G棒由自动控制切换为手动控制（堆芯页面）

修改汽轮机设定值为70%电功率945MW（汽轮机页面）

通过控制R棒手动保持平均温度在参考值附近

当功率达到70%，并处于稳定状态后，点击按钮“自动硼化虚拟”来保持平均温度Tav（注：实际系统中不存在这一按钮）

设置毒物加速至最大速

图5   本地参数表

在速度选项里设置仿真器整体加速2倍

观测界面（堆芯页面），记录Xenon oscillation曲线

图6   Xenon oscillation曲线

1.考核要求

考核要求	考核内容	评分（分）
预习	预习报告（要求精简）	10
	口试（抽查提问方式）	10
实验操作	实验步骤是否清楚	10
	软件的使用方法是否正确、规范	10
	实验态度是否认真，对实验现象的观察是否精心	10
实验数据	原始数据是否准确	10
	数据分析、处理	10
实验报告	实验目的、原理、实验步骤是否完整	10
	对实验结果的分析、讨论	10
	思考题解答	10

1. 治学态度（占基本实验考核成绩25%），考核内容包括：到课率、实验结束时软件的维护和实验室的整洁卫生、预习报告、操作时的实验态度。

2. 理论水平（占基本实验考核成绩的25%），包括：实验前抽查口试、数据分析处理是否正确、实验报告中实验结果的分析讨论及思考题解答。

3. 实验技能（占基本实验考核成绩的50%），包括：熟悉实验步骤、正确规范操作仿真软件、是否正确使用原始数据、实验报告的完整性。