引言
压水堆核电厂中轴向功率偏差是直接堆芯物理变化的重要参数，合理的、有效的、准确的控制轴向功率偏差是整个燃料循环寿期内燃料能够充分利用的基础。因此，轴向功率偏差的控制是操纵员必须掌握的技能。影响轴向功率偏差的因素很多，所以在不同的机组工况下需采取不同的策略、选取不同的时机进行控制，但无论何时，轴向功率偏差不得超出运行梯形图规定范围。
2轴向功率偏差定义
（1）
公式（1）中PH为堆芯上部功率，PB为堆芯下部功率 ，Pn为额定功率，△I即为轴向功率偏差。机组正常运行时轴向功率偏差运行在梯形图内，梯形图是通过各种堆芯的物理参数、试验，经过计算得到的轴向功率偏差运行限制图。由公式可知，当△I＞0时表示堆芯上部功率大于堆芯下部功率，当△I＜0时表示堆芯上部功率小于堆芯下部功率。
2影响轴向功率偏差的因素
2.1影响轴向功率偏差的主要因素
控制棒棒位
压水堆核电厂控制棒分为黑棒和灰棒，分别由不同的材料组成，这样不同棒组的反应性价值各不相同。一般功率棒组为灰棒，温度棒为黑棒，黑棒价值较大。机组正常功率运行期间，功率棒组位于反应堆堆顶，温度棒组为于调节带中部。因此温度棒组的提升和插入对机组稳定运行期间的轴向功率偏差控制的影响较大。在机组插棒降功率期间，功率棒组按照叠步像需求棒位不断地下插，此时功率棒组对轴向功率偏差的控制影响较大。实际上，无论是功率棒组还是温度棒组，插棒或提棒时对轴向功率偏差的影响基本保持一致。
硼浓度
由于每个硼原子对吸收现有中子具有大得多的竞争性，因此，硼浓度越高，硼价值就越低。另一方面，硼是标准的1/v吸收体，硼浓度高时，热中子吸收增强，使中子能谱变硬，硼对中子的吸收减少，因而单位硼浓度的反应性价值降低。机组通过硼化或稀释改变一回路硼浓度时会引起堆芯内功率分布的不平行。寿期初，功率峰在堆芯下部，并且堆芯下部慢化剂温度低于上部慢化剂温度，因而堆芯下部硼的价值大于堆芯上部硼的价值，堆芯下部引起的反应性变化大于堆芯上部引起的反应性变化。使得稀释时轴向功率偏差向左（负），硼化时轴向功率偏差向右（正）。此外，稀释或硼化时堆芯温度发生变化也会对轴向功率偏差产生影响。在实际机组控制时稀释硼化对轴向功率偏差的影响较小，因此在轴向功率偏差的控制中可以不考虑其影响，根据整体的走向采取其他的手段进行控制。
燃料燃耗
燃耗为负反馈效应，随着燃耗的增加，轴向功率偏差向右（正）的方向移动。燃耗本身的自抑制能展平功率分布和燃耗分布，随着燃耗的加深，上部燃耗比下部燃耗浅，轴向功率向右（正）方向变化。当堆芯下部燃耗比上部燃耗浅时，下部的燃料反应性就会比上部高，导致堆芯下部的功率比上部高，由燃耗产生的影响为负。反过来，当堆芯上部燃耗比下部的燃耗浅时，上部的燃料的反应性就会比下部高，导致堆芯上部的功率比下部高，由燃耗产生的影响为正。
堆芯毒物
当堆芯平均温度不变时，堆芯下部中子通量高时，氙毒增加，轴向功率偏差向右（正）的方向移动，氙毒减少，轴向功率偏差向左（负）的方向移动。堆芯上部中子通量高时，轴向功率偏差变化相反。从堆芯通量分布考虑氙毒对轴向功率偏差的影响，当堆芯下部中子通量高时，氙毒增加，则在堆芯下部积累的氙毒份额增加，使堆芯下部功率减少，轴向功率偏差向右（正）的方向移动，反之亦然。
堆芯平均温度
反应堆堆芯冷却剂存在温差，平均温度升高，使轴向功率偏差向左（负）的方向移动，平均温度降低，轴向功率偏差向右（正）的方向移动。在零功率到满功率，反应堆入口温度几乎不变，出口温度变化较大，平均温度的变化就反映在出口温度的变化。反应堆出口温度升高，功率峰向下，使堆芯下部功率大于上部功率，轴向功率偏差向左（负）的方向移动。反应堆出口温度降低，功率峰向上，使堆芯上部功率大于下部功率，轴向功率偏差向右（正）的方向移动。
3.轴向功率偏差控制思路
3.1工况改变前：
做好充分准备，轴向功率偏差控制手段要有足够裕度，如温度棒棒位；
预测轴向功率偏差和毒物变化趋势，评估可干预手段；
正确认识和控制不同工况下轴向功率偏差的影响因素、控制手段；
掌握机组寿期初、寿期末特性和氙振荡特性。
4.2工况改变过程及改变后：
控制轴向功率偏差在整定值附近，一旦发现有偏离趋势时立即采取应对措施，在偏离的最初阶段采取措施是抑制氙振荡的最佳时机；
功率越高发生氙振荡几率越大，必要时降低功率抑制氙振荡；
控制过程中，每次反应性引入量不要过大，以防止产生过大的氙振荡；
必要时可使一回路偏热或偏冷抑制氙振荡；
避免在不当时机使用不当控制手段导致走向恶化；
充分利用毒物效应；
控制在必要时等待毒物变化，不可强行提升功率或者提棒。
4寿期末升功率轴向功率偏差控制实例分析
初始状态：寿期末，机组电功率840MW，功率棒组在堆芯顶部，温度棒组在196步，一回路硼浓度140ppm，根据电网要求机组升功率至满功率。
4.1主要控制分析
本次寿期末升功率过程中，为防止升功率过程中轴向功率偏差偏离过多，造成后续过大的氙振荡，不利于寿期末堆芯的安全，故以控制轴向功率偏差为主要目标。在堆芯入口温度不变的情况下，稀释将导致堆芯出口温度升高，根据慢化剂的温度负反馈效应，将使堆芯上半部功率增长量相对小于堆芯下半部功率增长量，故稀释效应将导致轴向功率偏差向左移动。提升温度棒，堆芯上半部被温度棒吸收的热中子量将减少，使上半部功率增加，故提升温度棒将导致轴向功率偏差向右移动。综合以上两种效应，在寿期末升功率过程中，采用稀释和提升温度棒交替执行的操作，并且，每次稀释量0.8m³，每次提升温度棒1步，参考温差，约每15min操作一次，会得到良好的效果，最终使轴向功率偏差始终保持在参考线附近运行，减缓寿期末的氙振荡，有利于堆芯的安全。
4.2寿期末轴向功率偏差体会总结
寿期末负荷变化一定要慢，特别是升功率，控制在不大于1MW/min；
寿期末稳态温度棒位较高，轴向功率偏差一般为略正，升功率轴向功率偏差容易向左移动而导致氙振荡；
稳定运行时，尽量将轴向功率偏差控制在运行线上，偏离越小意味着堆芯功率分布越均衡，这样负荷变化时氙振荡就小；
功率变化前要做好充分的准备，对氙振荡有一个预估；
出现氙振荡苗头时，要及时遏制氙振荡的进一步发展，控制好轴向功率偏差，必要时温度棒可以超出调节带，尽快采取使轴向功率偏差向反方向移动的措施。但也要注意不要反向移动太快；
温度棒一步一步的移动对改善轴向功率偏差效果不是太明显，必要时需将温度棒置手动，然后改变硼浓度，累积一定温差时使温度棒快速连续移动；
如果出现像温度棒已经接近堆顶，但是轴向功率偏差依然负的很厉害且没有回头的趋势，通过调节硼浓度和改变棒位已无法控制轴向功率偏差时，最后一招——可考虑通过硼化并降功率的方式来控制轴向功率偏差；
寿期末反应堆的控制难度加大，稀释工作量大，堆芯毒物积累较多，尽量使机组维持额定功率运行，避免功率的频繁波动，以减少氙振荡的几率，保护好堆芯。
结束语
本文通过理论及实际案例分析轴向功率偏差的影响因素及控制策略，但机组状态复杂的情况情况下，需根据实际情况分析。
参考文献
[1]FQ107-410100-BG4-福清核电厂一号机组第七循环 核设计报告。
[2]FQW-5OP-TGOP-0001-轴向功率偏差控制技术导则 005。
作者简介： 李宝佳（1989—），男，黑龙江宁安人，福建福清核电有限公司 工程师，学士学位 从事核电厂运行工作。