CN102859607A

CN102859607A - 校准核反应堆中的芯外探测器的方法

Info

Publication number: CN102859607A
Application number: CN2011800197870A
Authority: CN
Inventors: D·J·克里格
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: WO2011136933A1; JP2013525796A; KR20130079340A; JP5954902B2; EP2564393A1; US20110268239A1; BR112012027775A2; CN102859607B; ZA201207895B; EP2564393A4

Abstract

一种校准用于压水反应堆（PWR）（1）的芯外探测器的方法，包括：使用设置在围绕所述堆芯（9）的周缘间隔开的多个位置处的芯外探测器（33），并且使用来自堆芯监测系统（43）或芯内通量测量（69）的所述测量功率分布，来测量周缘堆芯通量信号。所述芯外探测器（33）的校准被分为两个部分：（1）在所述芯外探测器信号与加权周缘组件轴向偏移之间的关系；和（2）在加权周缘组件轴向偏移与堆芯平均轴向偏移之间的关系。关系（2）能够通过代表性中子学模型确定。所述中子学解决方案的准确性通过应用（83）节点校准因子改进，所述节点校准因子代表测量三维功率分布（75）与节点预测三维功率分布的比率，并且将中子学结果校正以匹配在实际反应堆堆芯（9）中实际执行预测场景的情况下所测量的结果。

Description

校准核反应堆中的芯外探测器的方法

技术领域

本公开构思整体上涉及核反应堆，更具体地，涉及校准位于核反应堆例如压水反应堆（PWR）中的芯外功率范围探测器的方法。

背景技术

现代商业核电反应堆的堆芯由安装在直立反应堆容器内的多个细长燃料组件形成。加压的冷却剂循环通过燃料组件以吸收由容纳在组件中的裂变燃料中的核反应所产生的热量。通过堆芯的功率分布受多个因素影响，例如控制棒插入燃料组件内的程度。准确地确定功率分布对于确保不会超出反应堆操作极限而言是很重要的。

作为示例，已经被开发用于确定压水反应堆（PWR）中的功率分布的一个系统是用于堆芯操作-核的最佳估计分析（BEACON^TM）系统。除了其他益处，由西屋电气有限责任公司（在宾夕法尼亚州的门罗维尔市有营业地址）授权可得的BEACON提供了使用目前可得的仪器在现有PWR中连续监测堆芯的能力。BEACON使用出口热电偶、芯外功率范围探测器和活动芯内探测器的组合、或固定芯内探测器系统，结合基准三维功率分布来确定测量的堆芯功率分布。由BEACON执行的功能包括堆芯监测、堆芯分析、反应平衡、以及芯内探测器信号处理和分析，包括预测功能例如在线停机余裕评估、估计临界条件计算、负载调整模拟和芯外探测器校准。

芯外探测器常规上已经使用多点或单点校准技术进行校准，该技术基于对来自先前周期或当前周期的操作信息的分析。如将讨论的，这两种技术都有自己特有的一组局限性。

多点校准通常涉及使活动探测器（即，芯内探测器）穿过位于燃料组件中的一些中的仪器套管运行以产生数据。该数据的采集在堆芯中的故意诱导轴向功率振荡期间的多个频点处发生。数据随后被处理以产生堆芯功率分布的多个映射，每个映射被称为通量图。连同芯外探测器的响应和来自通量图结果的轴向信息一起，导出系数以校准芯外探测器。除了其它缺点，多点校准是费时费力且成本密集的。具体地，为了完成数据的采集，设施被迫花费时间在低功率水平下、在堆芯中引入氙振荡、或这两者。这非期望地需要另外的工厂人员和损失的发电。作为示例，在减少功率下的初始启动期间获得三个点的数据需要大约16小时，而让堆芯实现平衡需要大约24小时。此外，一些设施具有在升高功率之前将所有数据减少且通过仪表输入到芯外探测器内的另外的需求，这可能占用数天的时间。另外，尽管活动芯内通量图提供了准确的堆芯功率分布，但是它们相对较少地执行（例如，在启动期间、以及在反应堆操作期间大约每月一次的时间间隔）。这是由于如果探测器在反应堆的正常操作期间在持续工作基础上被采用，则放射性排放物和芯内探测器的热暴露将导致过早故障。由于担心芯内传感器卡在堆芯中，因此还期望的是减少芯内探测器必须通过仪器套管插入的频率。

在没有BEACON的情况下，工厂许可需求典型地要求功率分布测量以不超过31天的频率进行。当BEACON在工厂被许可时，BEACON替代活动通量图而产生测量功率分布。因此，BEACON有利地使工厂能够将获得另一活动通量图的时间推迟长达6个月。

鉴于与多点校准相关联的上述缺点，期望的是执行单点校准。单点校准通常涉及到通过使用预测中子学解决方案模型获得的模拟振荡代替将在堆芯中产生的实际功率振荡。这种技术的问题在于预测模型在某些情况下可能无法准确地代表物理堆芯。例如，测量功率分布和预测功率分布可能不匹配。多种因素能够导致这种不准确性。例如，能够导致预测模型不准确的若干因素为燃料在堆芯中的不对称装载、组件的实际反应性与模拟反应性之间的不匹配、或者由于堆芯的操作历史与模拟历史之间的差异而导致的组件燃耗的不匹配、以及在中子学解决方案方法中的限制。即，堆芯被分成大致相等的部段（例如但不限于，四分部段或六分部段），其中，堆芯的与其他四分部段或六分部段表现不同的任意四分部段或六分部段导致堆芯的不对称性。

因此，已知单点技术中存在的问题是它们典型地依赖于下述假设。一种假设是反应堆堆芯已经如前所述地对称加载。另一种假设是核电厂一直以全功率持续地操作。尽管有时在其他非核（例如燃煤；基于化石燃料）电厂的输出通常能够增大或减小（若必要）地获得以适应功耗的较短期变化的地方（例如在美国）情况确实如此，但是其他核电厂在世界其他地区不同地进行操作。例如，在大多数发电来自于核电厂的法国，必要的是当功率需求要求或电网频率需要时增大和减小核电厂的输出。在预测模型的假设操作与实际堆芯的作为操作历史之间的差异能够引致预测模型的不准确性。

反应堆堆芯功率输出的变化以适应发电厂的电力输出的变化被称为负载跟随。通常良好确立的是在负载跟随期间操作核反应堆能导致多种不同的不利操作条件。因此，很多反应堆供应商推荐以恒定的功率输出操作反应堆而没有负载跟随能力。这种电厂操作的多功能性缺失限制了反应堆的效用，并且需要非核发电厂持续保持负载变化所需的容量差异。如前述，这在世界上的非核电厂不能用于该功能的某些地区是不可行的选项。在这种情况下，必须建立有效的负载跟随能力。这需要一种堆芯监测系统，其能够基本准确地重构芯内的通量模式，使得其中的变化能够例如在氙分布不均产生之前被弥补。

由此，存在改进与芯外探测器的单点校准相关联的模拟振荡（例如，预测模型）的准确性的需求。

由此，存在改进校准核反应堆中的芯外探测器的方法的空间。

发明内容

这些需求及其他通过本公开构思满足，所述构思涉及一种将堆芯监测校正（例如，节点校准因子）应用到用于确定周缘组件轴向偏移与堆芯平均轴向偏移之间的关系的预测模拟的方法。由此，核反应堆的现有芯外监测系统能够被采用以准确地模拟在各种非标准条件下（例如但不限于，瞬时堆芯操作条件；不对称燃料加载条件；堆芯倾斜；中子学模型不匹配）在芯内的功率分布。

作为本公开构思的一个方面，作为堆芯监测系统（例如用于堆芯操作-核的最佳估计分析（BEACON^TM））的一部分的节点校准因子用来解决在使用单点芯外校准技术的预测模拟中的限制，从而改进周缘-堆芯的平均轴向偏移关系的准确性，并且适应在堆芯的不同部段（例如但不限于，四分部段；六分部段）中的功率和轴向偏移的不同。通过确定来自单个活动芯内探测器通量图或自驱动探测器快照的测量三维功率分布与来自中子学模型的预测三维功率分布的比率而产生三维节点校准因子。更具体地，提供了一种利用监测在压水反应堆（PWR）的堆芯中的功率分布信息以改进芯外探测器校准的方法。

根据本公开构思的一个非限制性示例实施例，所述方法包括：设置堆芯监测系统；设置多个芯外探测器；获取单个活动芯内通量图或固定芯内通量图以产生节点校准因子和当前芯外探测器响应的基准点以及测量周缘轴向偏移，所述节点校准因子通过将来自所述通量图的所述测量三维功率分布除以在相同堆芯条件下的预测功率分布而产生；执行计算以模拟包括下述中的至少一个的轴向功率振荡：（a）执行一系列棒调整、和（b）包括一系列氙振荡，其中所述棒调整和所述氙振荡用来改变所述轴向偏移；将所述节点校准因子乘以所获得的三维功率分布计算值以将预测结果校正为预期测量结果；并且使用所述结果获得周缘组件轴向偏移与堆芯轴向偏移之间的关系以及所述周缘组件轴向偏移与芯外探测器响应之间的关系。所述节点校准因子的乘法将所述芯外探测器响应准确地校准于堆芯平均轴向偏移。

所述方法还可以包括：将先前产生的节点校准因子与当前监测的功率分布应用到所述芯外探测器的后续校准中。所述节点校准因子是对于长达大约六个月的时间段在所述测量与预测之间的预期差异的有效代表。所述芯外探测器校准可以基于在所述堆芯的当前周期中实时产生的核数据而不需要工厂产生芯内通量图。所述校准可以例如但不限于在功率提升期间、在堆芯寿命的开始、在堆芯寿命的末期被执行，同时所述堆芯以部分功率进行操作或者所述堆芯以全功率进行操作。

本公开的方法能够应用到具有活动芯内监测系统的反应堆和具有固定芯内探测器系统的反应堆、以及具有活动和固定芯内探测器系统的组合的反应堆。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从下面对优选实施例的描述能够获得对本公开构思的全面理解，在附图中：

图1是PWR和结合本公开构思的反应堆堆芯的部分截面和部分示意性的侧视图；

图2是图1的反应堆堆芯的映射的俯视示意图，示出了燃料组件、控制棒和芯外探测器的相对位置；

图3是根据本公开构思的、在图1的PWR反应堆堆芯的正常操作期间产生节点校准因子的数据流的示意图；

图4是根据本公开构思的、在图1的PWR反应堆堆芯的正常操作期间监测功率分布的数据流的示意图；以及

图5是根据本公开构思的、在芯外校准过程期间的数据流的示意图。

具体实施方式

为了说明的目的，本公开构思的实施例将被描述为应用于校准位于具有活动芯内探测器系统且采用用于堆芯操作-核的最佳估计分析（BEACON^TM）堆芯监测系统的压水核反应堆（PWR）中的芯外探测器，但是应当清楚的是，它们也可以应用到采用除BEACON以外的堆芯监测系统且具有活动芯内探测器系统、固定芯内探测器系统、或活动芯内探测器系统和固定芯内探测器系统的组合的PWR。

在本文采用时，术语“核数据”指的是代表位于核堆芯中的燃料组件和可燃吸收剂的信息和参数，并且明确地包括但不限于中子通量、功率、燃耗、入口温度、出口温度、焓、轴向偏移和它们的组合。

在本文采用时，短语“非标准堆芯条件”指的是其中堆芯未在正常操作条件（例如但不限于，在反应堆堆芯的部段（例如但不限于，四分部段；六分部段）中的基本对称的燃料装载；以全功率持续操作）下进行操作的任意场景，并且明确地包括但不限于不对称堆芯功率、轴向倾斜、控制棒下降、控制棒抽出、周期长度的变化、燃料装载模式的变化以及芯外探测器的更换。

在本文采用时，术语“节点”指的是将反应堆堆芯分成子区域的方法。

在本文采用时，术语“数量”应当意为一或比一大的整数（即，多个）。

图1图示了压水反应堆（PWR）1，其包括具有半球形的底部5和顶盖7的直立圆筒形压力容器3。反应堆堆芯9通过包括上部支承板11、堆芯筒13和下部支承板15的结构悬挂在反应堆容器3内。反应堆堆芯9由多个细长燃料组件17组成，每个燃料组件包括容纳在多个燃料棒（未示出）内的可裂变材料。控制棒19的集束（每个集束通过位于盖7上方的驱动机构21定位）被插入燃料组件17内以作为用于控制可裂变材料的反应性的一个机构。通过反应堆冷却剂泵（未示出）进行循环的反应堆冷却剂进入入口喷嘴23内，围绕堆芯筒13向下流动，向上穿过下部支承板15，并且向上经过燃料组件17，在燃料组件17处其通过可裂变材料内的核反应而被加热。随后，被加热的冷却剂（其典型地通过反应堆冷却剂泵保持在大约2，250psi的压力）向外经过出口喷嘴25以用于循环通过蒸汽发生器（未示出），在蒸汽发生器处其在返回到入口喷嘴23之前放出热量。尽管为了简化说明在图1中示出了仅仅一个，但是反应堆1典型地具有两个至四个之间的回路，每个回路具有入口喷嘴（例如23）和出口喷嘴（例如25）。

前述过程的各种参数通过工厂计算机27进行监测。这些参数包括通过位于每一个入口23处的热电偶29测量的冷却剂的入口温度、以及通过出口热电偶31测量的当冷却剂离开燃料组件17时的冷却剂温度。另外的测量包括通过在反应堆容器3的外部附近设置的多个芯外功率探测器33测量的轴向功率偏移、以及未在本文明确说明但也被工厂计算机27监测或能够被监测的很多其他参数。

在图1的示例中示出的PWR 1还配备有活动芯内探测器系统35，其包括多个活动中子探测器37（即，芯内探测器），每个芯内探测器37安装在被推动穿过套管引导管41的驱动线缆39上。以这种方式，芯内探测器37移动穿过在套管（未示出）中的燃料组件17。通过芯内探测器37获得的测量用来生成通量图，通量图是对反应堆堆芯9内的功率分布的准确测量。但是，如前述，这些探测器37在受限的基础（例如，启动；在工厂操作期间的周期性间隔的时间段）上使用。由此，需要其他机构来确定在通量绘图之间在反应堆堆芯9内的功率分布。

PWR 1利用堆芯监测系统或处理器43（图1中以简化形式示出）连续地监测堆芯功率分布。PWR 1优选但非必要地采用BEACON作为堆芯监测系统43。堆芯监测系统43可以包括一个或多个工程工作站（未示出）。BEACON 43使用工厂仪器（例如但不限于，活动芯内探测器系统35）连同反应堆堆芯9的三维模型一起连续地提供在反应堆堆芯9内的三维测量功率分布。如将在下文讨论的，通过使用单点校准技术校准芯外探测器33，将BEACON三维节点模型功率对于实际条件更新，包括在如本文限定的非标准堆芯条件下。

BEACON 43的优点在于能够采用由BEACON 43监测的测量功率分布而非使用芯内探测器系统35且无需生成通量图。即，对于BEACON监测而言，芯外探测器33并不一定需要进行校准，因为BEACON 43使用更初始的响应（其利用原始信号而非校准后信号）。由此，由于芯外探测器33不会用来确定堆芯轴向偏移而是用来确定周缘堆芯功率，BEACON 43能够独立于芯外探测器33的校准后信号起作用。换种方式说，在具有BEACON 43的工厂中，活动芯内通量图的唯一真实目的是校准BEACON 43。由此，BEACON 43变为对使用活动芯内探测器系统35产生测量功率分布的替代。该测量功率分布变为根据本公开构思校准芯外功率探测器33的方法的基准。

图2是图1的PWR 1的一部分的俯视图，其示意性地示出了根据本公开构思的一个非限制性示例实施例的燃料组件17、一些控制棒19（图1）以及芯外探测器33的位置。堆芯位置51和53分别表示在堆芯操作的一个说明性示例中采用的全长度控制棒的位置。余下的堆芯位置59通常指的是燃料组件的位置，其中一些位置保留用于其他控制应用。在图2的示例中的反应堆堆芯9具有四个同样大小的四分部段A、B、C和D，并且堆芯9的整体形状通常为正方形或菱形，取决于其被观察的俯视角度。但是，应当理解的是，本公开构思的方法也能够应用到具有任意已知或合适数量和/或构型的部段（例如但不限于，六个部段或六分部段）和/或总体形状（例如但不限于，大致六边形）的堆芯（未示出）上。

燃料组件典型地再加载到堆芯9内作为对称相配件。对称组件相配件典型地以四个或八个组件成组，其在先前的燃料周期中位于对称的位置中。作为示例，对称相配件有时会损坏并且将不会再加载到下一燃料周期内。事实上，损坏的组件将被替换为来自乏燃料库存的另一组件。但是，在图2的示例中，燃料组件57、59的例如富集和通量暴露（即燃耗）在堆芯9的四分部段A、B、C、D的每一个中不同。应当理解的是，图2仅仅意为说明性地描绘堆芯9的不对称性的一个非限制性示例。这种不对称性代表如本文限定的各种非标准堆芯条件的一个非限制性示例，这些非标准堆芯条件是本公开的方法能够解决和适应的。

在操作期间，在多个位置例如但不限于图2的芯外探测器位置45、47、49、50（其围绕容器3（图1）的周缘对称地定位）处监测堆芯9中的推测轴向功率分布。每个芯外探测器33提供在堆芯9的相邻四分部段A、B、C、D上的对应的通量信息。尽管堆芯9在该具体实施例中示出为通过位于堆芯对角线上的探测器33分成四分部段A、B、C、D，但是应当明白的是，四分部段A、B、C、D也能够通过将探测器33在0度、90度、180度和270度的位置定位在堆芯平面上而被限定。还应当明白的是，本公开构思的方法也能够应用到包括两个或更多个轴向部段的芯外探测器通道。

在图示实施例中，由位于位置45处的探测器33检测到的通量测量结果表示在由0度轴线和270度轴线（每个轴线将图2中图示的俯视图的水平面对分并且应当不同于在其上测量轴向通量分布的竖直堆芯轴线）限界的堆芯四分部段B中产生的功率。类似地，在图2中，四分部段A由90度轴线和0度轴线限界，四分部段C由270度和180度轴线限界，而四分部段D由180度轴线和90度轴线限界。当堆芯9的堆芯部件（例如，图1的燃料组件17和控制棒19）例如如上述不对称地布置时，周缘燃料部件17之间的关系和在堆芯9的每个四分部段A、B、C、D中的平均功率将不相同。

轴向偏移是用于测量轴向功率分布的有用参数，定义为：

Ao=（Pt-Pb）/（Pt+Pb）

其中：

Pt是在堆芯9的顶半部中产生的功率的分数；以及

Pb是在堆芯9的底半部中产生的功率的分数，通常由围绕反应堆1的周缘定位的轴向对准的芯外探测器33所测量。

如果堆芯9是不对称的，则BEACON 43（图1）能够根据本公开构思进行修改以支持与堆芯部段相关的值的添加（例如但不限于，基于四分部段；基于六分部段）。这些值随后能够用来根据下文阐释的计算准确地更新功率分布。

具体地，根据本公开构思的单点计算涉及三个计算。第一计算是获得来自原始芯外探测器信号的轴向偏移与周缘加权堆芯轴向偏移AOpp之间的关系。这些被称为“耦合系数”且在下面的表达式（1）中指定为A1和A2。第二计算是获得堆芯平均轴向偏移AO与周缘加权轴向偏移AOpp之间的关系。第三计算是调节单个测量结果的值并且提供芯外校准常数和设定值K和Ko。

更具体地，通过第一计算（1）产生的耦合系数A1和A2在状态点的初始实施（通过使用在轴向氙振荡期间的处理后通量图的结果）而被推出。在根据本公开构思的将来的单点分析中，能够使用相同系数。耦合系数A1和A2由下面的表达式定义：

（1）In=A1*AOpp+A2

其中：

In为归一化电流；

AOpp为加权周缘轴向偏移；以及

A1和A2为耦合系数。

在表达式（1）中的每个术语是基于探测器的。即，对于具有四个通道的典型的反应堆，In、A1和A2将通过通道和堆芯9的顶部和底部标定。AOpp值用于具体通道的顶部和底部。因此，对于四分部段设定（例如，四分部段A、B、C、D），将存在八个不同的等式。

提供堆芯平均轴向偏移AO与加权周缘轴向偏移AOpp之间的关系的第二计算（参见下文的表达式（2））优选地通过使用在所需的燃耗下校准的中子学模型的一系列棒调整和/或一系列氙振荡计算而被确定。节点校准因子被应用到这些计算的结果中。除了其他益处，该计算还消除了在已知的多点校准方法中所需的在轴向氙振荡期间执行多点通量图的需求。棒调整和氙振荡用来改变在设计计算（参见上文的表达式（1））中的轴向偏移，而斜率常数K值对于每种情况根据下述表达式确定：

（2）AOpp=K*AO-Ko

其中：

AOpp为加权周缘轴向偏移；

AO为堆芯的平均轴向偏移；

K为用于将堆芯平均轴向偏移转换为周缘轴向偏移的斜率常数；以及

Ko为用于将堆芯平均轴向偏移转换为周缘偏移的偏移常数。

在表达式（2）中，对于每个通道有一个等式。由此，在上文关于表达式（1）讨论的相同的四通道示例中，对于四个四分部段（例如，A、B、C、D）设定将有四个等式。K和Ko被统称为“设计常数”。AOpp、K和Ko对于每个通道将是不同的，而AO为用于堆芯9。

第三计算结合前两个计算的结果以通过提供真实测量结果为已知的单个点而将从堆芯平均轴向偏移AO到周缘加权轴向偏移AOpp的关系联系到芯外探测器响应上。这能够将周缘加权轴向偏移AOpp与堆芯平均轴向偏移AO之间的关系中的常数值Ko归一化。由此，除了其他益处，本公开的方法还提供了用于堆芯9的每个部段（例如但不限于，四分部段；六分部段）的K和Ko常数。这是对于先前已知方法（其仅仅产生用于堆芯9的一组常数）的显著改进。以该方式，本公开构思解决了堆芯9的每个部段（例如，图2的四分部段A、B、C、D）可能表现不同的事实。

鉴于上述情况，应当明白的是，本公开的方法通过改进在分析中使用的预测模型的替代模拟振荡的准确性从而改进分析的结果，而克服了传统上存在的关于常规单点分析的缺点。具体地，BEACON 43包含下述信息：该信息根据本公开构思的方法在被使用时能够解决在计算周缘平均轴向偏移与堆芯平均轴向偏移之间的关系（参见上文的第二表达式（2））时的前述限制。具体地，当在BEACON 43内处理通量图时，BEACON 43产生所谓的节点校准因子。对于堆芯9中的每个中子学节点的节点校准因子反映了测量三维堆芯功率分布与预测三维功率分布之间的关系。

节点校准因子能够应用在使用两种不同方式的单点方法中。第一种方式是执行完整的氙振荡和/或棒调整，并且随后将节点校准因子应用到从那些计算得到的功率分布上。当在测量功率分布与预测功率分布之间存在不同时，这极大地改进了单点校准的结果。第二种方式是执行氙振荡和/棒调整，同时将节点校准因子应用到计算的每个时间步上。由此将节点校准因子应用到功率分布和通量分布上。校正的通量随后用来在下一时间步中耗尽氙和碘。这种方式校正在振荡期间不正确预测的功率对氙的变化的二次效果。来自这些校正结果的功率分布随后能够在以上述表达式（2）计算K和Ko中使用。

总之，本公开构思的方法限定节点校准因子以准确地更新BEACON三维分析节点模型功率，即使在非标准堆芯条件下也如此。在设有活动芯内探测器系统35（图1）的情况下，除了其他信号之外，BEACON 43还利用来自热电偶31（图1）的响应和来自芯外探测器33的信号。在设有固定芯内探测器系统（未示出）的情况下，BEACON43没有将热电偶（例如，图1的热电偶31）或芯外信号用于输入监测过程。而是将这些信号用固定芯内探测器信号替代。在任一种情况下，通过活动芯内探测器系统35或固定芯内探测器系统（未示出），监测过程产生监测或测量（例如，基准）三维功率分布。该测量功率分布对于在没有通量图的情况下校准芯外探测器33是必要的，并且根据本公开的单点方法，该监测过程建立了被应用到振荡模拟中的预测模型（例如，计算）中的节点校准因子。

具体地，节点校准因子根据下述表达式确定：

（3）C（i，j，k）=p^M（i，j，k）/P^P（i，j，k）

其中：

C为节点校准因子；

P^M为测量功率；

P^P为预测功率；以及

i，j，k代表在反应堆芯内的空间坐标。

对于如图1中所示的具有活动芯内探测器系统35的堆芯9而言，节点校准因子C仅仅当实际通量图被处理（如在图3的流程图中示意性示出）时生成。换言之，相同的节点校准因子（例如，校准文件63）被使用直到作出再校准BEACON 43的决定为止。具体地，在芯内通量图处理43期间，能够执行对所处理的数据61的交互式分析以分析和估算通量图。该交互式分析（其在图3中示意性示出）包括采集来自芯内探测器系统35（图1）的芯内仪器信号（图3中统称为通量跟踪信息69）并且采集核数据61（例如但不限于，堆芯功率水平；压力；热电偶；芯外探测器）。使用该数据61、69（其代表堆芯的当前状态）、以及中子学模型常数65，BEACON 43生成在通量图的确切条件下的分析预测通量反应速率。BEACON计算的反应速率与测量反应速率的比率是模型的准确性。使用回归分析和表面样条拟合的组合获得推算的测量功率分布71。在通量图的BEACON 43处理期间，通过使用推算的测量功率分布71与预测功率分布75（图4）的比率获得节点校准因子63。若必要，或若期望，例如在共同受让的美国专利No.6,493,412中公开的那样，BEACON 43也能够计算混合因子以将热电偶读数校准于芯内测量功率分布。在处理通量跟踪信息69（图3）时，BEACON43容许（例如但不限于）跟踪比较、视觉跟踪网格对齐、探测器漂移分析、对称跟踪比较、以及在测量反应速率与预测反应速率之间的差异。

对于具有固定芯内探测器（未示出）的堆芯而言，由于信号由固定芯内探测器（未示出）连续地提供，因此能够在任一时刻确定一组节点校准因子C。在任意情况下，如在上文的表达式（3）中阐释的，节点校准因子C为在每个节点的测量功率P^M除以在每个节点的预测功率P^P的比率。

图4图示了在反应堆1（图1）的正常操作期间的数据流。在堆芯监测系统43（图1；也参见图4中的BEACON）中运行的更新后台进程73执行和耗尽由中子学模型常数65表示的分析节点模型。更新进程73访问来自反应堆仪器（例如但不限于，热电偶；芯内探测器；芯外探测器）的核数据61。更新进程73从分析节点模型确定对于每个燃料组件17（图1和图2）的预测功率。核数据文件61可以包含（例如但不限于）入口热电偶温度、出口热电偶温度、堆芯功率水平、控制棒的位置、芯外探测器信号和压力。该数据61中的至少一些可能例如在工厂的初始功率提升期间被定期地采集，而其他数据61贯穿堆芯9（图1和图2）的整个操作被连续地采集和更新。校准文件63例如包括如前所述的热电偶混合因子函数和芯外探测器校准因子、以及节点校准因子、标准方差函数系数、校准的日期和时间和其它校准参数。更新进程73将预测功率分布与节点校准因子63相结合以产生预期三维（3D）功率分布75。BEACON监测进程77使用该预期功率分布75连同最新核数据61（其包括芯外探测器信号）一起以产生测量功率分布信息71’。测量功率分布信息71’（优选地由BEACON提供）基本等同于由上文先前关于图3所述的通量图生成的测量功率分布71。对于芯外探测器校准而言，这些实时功率分布测量结果也能够替代通量图使用。

在初始功率提升期间定期地（例如但不限于，在30%、50%、75%和100%的功率下）和/或在正常操作期间，进行如图3中示意性图示的通量图测量，并且执行如图5中所示的全芯外探测器校准。BEACON43（图1；也参见图3和图4）的前台进程是用来产生校准文件63的校准信息（例如但不限于，节点校准因子）的接口。具体地，该阶段所需的数据是从上述单点校准计算中采集的信息，用来产生对于每个芯外探测器33（图1和图2）的芯外探测器校准因子63。这些校准因子63随后拟合为选取的拟合函数，并且使用存储在通量图文件69（图3）中的通量图数据进行调节。本公开方法的独特之处在于在校准期间，如上述地执行对通量图文件69中的处理数据的交互分析以评估通量图。在该进程中包括前述轴向偏移计算。当来自通量图文件69的数据在BEACON 43（图1；也参见图3和图4）内进行处理时，BEACON43产生用于在堆芯9（图1和图2）中的每个中子学节点的前述节点校准因子C（参见上文的表达式（3））。如前述，这些节点校准因子C代表测量功率71与预测功率分布75之间的关系。

如图5中所示，执行单点校准的过程涉及使用中子学模型常数65的分析节点模型以产生适当的预测氙和棒调整计算81。下一步，在步骤83，由调整所得的三维（3D）功率分布由节点校准因子63（其如图3中所述地产生并且如在图4中所示地在BEACON中使用以用于测量校正）校正。一旦被校正，设计常数K、Ko（参见上文所述的表达式（2））就能够由步骤85产生。耦合常数A1、A2（参见上文的前述表达式（1））（步骤87）随后在步骤89与来自步骤85的设计常数K、Ko相结合，并且归一化到单个通量图71（图3）或者归一化到由BEACON监测进程71’（图4）产生的测量数据。因此，实现单点校准测量。换言之，如上文所述，应当明白的是，经由处理芯内通量跟踪71（图3）得到的测量功率分布信息能够用经由BEACON监测71’（图4）得到的测量功率分布数据适当地替代。

因此，所公开的方法提供了一种先进的通量图处理能力，其优选地尽管非必要地使用BEACON 43（图1；也参见图3和图4）。具体地，所公开的方法利用节点校准因子C（参见上文的表达式（3））（其是BEACON 43的一部分）来解决在已知单点校准技术中存在的限制。除了其他益处，提高还改进了周缘-堆芯平均轴向偏移关系的准确性，同时容许在反应堆堆芯9的不同部段（例如但不限于，四分部段；六分部段）中的功率和轴向偏移的差异。所公开的芯外校准方法还显著减小用于校准所需的时间量和关联成本。还提供了优点，例如但不限于：有利地减小在芯内通量绘图系统35（图1）上的磨损和撕裂、减少水处理、减少现场人员的劳动、并且减小在邻近寿命末期的非期望的反应堆急停的可能性。由此，其不仅提供用于对堆芯功率分布准确建模（即使在非标准堆芯条件下），而且导致显著的财政节约。

尽管已经详细描述了本公开构思的具体实施例，但是本领域的技术人员应当明白，鉴于本公开的整体教导能够获得对那些细节的多种修改和替代。因此，所公开的具体布置对于本公开构思的范围意为仅仅说明性的而非限制，该范围应赋予所附权利要求及其任意所有等同物的全面广度。

Claims

1.一种监测压水反应堆（1）的堆芯（9）中的功率分布的方法，所述方法包括：

设置堆芯监测系统（43）；

设置多个芯外探测器（33）；

利用单个活动芯内通量图或固定芯内通量图（69）以产生节点校准因子（83）以及当前芯外探测器（33）响应和测量周缘轴向偏移的基准点，所述节点校准因子（83）通过将来自所述通量图（69）的测量三维功率分布（75）除以在相同堆芯条件下的预测功率分布而生成；

执行（81）计算以模拟轴向功率振荡，包括（a）执行一系列棒调整和（b）执行一系列氙振荡中的至少一个，其中，所述棒调整和所述氙振荡用来改变所述轴向偏移；

将所述节点校准因子乘以所得的三维功率分布计算值以将预测结果校正于预期测量结果；以及

使用结果以获得在周缘组件轴向偏移与堆芯轴向偏移之间的关系以及在所述周缘组件轴向偏移与所述芯外探测器响应之间的关系；

其中，所述节点校准因子的乘积将所述芯外探测器响应准确地校准于堆芯平均轴向偏移。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

根据下述表达式确定所述节点校准因子：

C（i，j，k）=P^M（i，j，k）/P^P（i，j，k）

其中：

C为所述节点校正因子；

P^M为测量功率；

P^P为预测功率。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述堆芯监测系统（43）包括用于堆芯操作-核的最佳估计分析（BEACON）系统。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

使用BEACON（43）监测堆芯功率分布；

与BEACON功率分布测量相结合地采用单点校准技术以生成所述校准因子；以及

应用（83）所述校准因子以测量所述堆芯（9）的堆芯功率和轴向功率分布。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

重新校准BEACON（43）。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

所述堆芯（9）具有中心线、周缘、和围绕所述中心线在所述中心线与所述周缘之间延伸的多个同样大小的部段（A、B、C、D）；以及

更新所述堆芯监测系统（43）以适应其中所述堆芯（9）围绕所述中心线不对称的条件。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

所述堆芯的每一个所述部段（A、B、C、D）包括多个燃料组件（17）；以及

更新所述堆芯监测系统（43）以适应其中所述燃料组件（17）不是基本相似地加载在所述堆芯（9）的每一个所述部段（A、B、C、D）中的条件。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述堆芯（9）的当前周期中实时生成核数据（61），而不需要所述堆芯监测系统（43）生成芯内通量图（69）。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述堆芯（9）的寿命开始时的功率上升期间执行对所述芯外探测器（33）的所述校准。

10.如权利要求1所述的方法，还包括：

当所述堆芯（9）以全功率进行操作时执行对所述芯外探测器（33）的所述校准。

11.如权利要求1所述的方法，还包括：

执行第一计算以获得在来自所述芯外探测器通量信号的轴向偏移与周缘加权堆芯轴向偏移之间的第一关系；

响应于执行所述第一计算，获得指示所述第一关系的耦合系数（87）；

执行第二计算以获得在堆芯平均轴向偏移与所述周缘加权堆芯轴向偏移之间的第二关系；以及

执行第三计算以组合所述第一关系和所述第二关系。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

根据下述表达式计算所述耦合系数（87）：

In=A1*Aopp+A2

其中：

In为归一化电流；

Aopp为所述加权周缘轴向偏移；以及

A1和A2为所述耦合系数（87）。

13.如权利要求11所述的方法，还包括：

通过执行所述第二计算算出（85）多个设计常数，包括执行（81）下述中的至少一个的步骤：（a）一系列棒调整；和（b）一系列氙振荡计算。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

采用（81）所述棒调整和氙振荡计算以改变在所述第一计算中的轴向偏移；并且

根据下述表达式确定对于每种情况的斜率常数K：

Aopp=K*Ao–Ko

其中：

Aopp为所述加权周缘轴向偏移；

Ao为所述堆芯平均轴向偏移；

K为用于将所述堆芯平均轴向偏移转化为所述周缘轴向偏移的斜率常数；

Ko为用于将所述堆芯平均轴向偏移转化为周缘偏移的偏移常数。

15.如权利要求11所述的方法，还包括：

所述堆芯（9）具有中心线、周缘、以及围绕所述中心线在所述中心线与所述周缘的周缘之间延伸的多个同样大小的部段（A、B、C、D）；

响应于所述堆芯（9）关于所述堆芯（9）的所述中心线的不对称加载，在所述堆芯（9）的所述周缘燃料组件（17）与所述堆芯（9）的平均功率之间的关系对于所述堆芯（9）的所述部段（A、B、C、D）而言不相同；以及

将与部段相关的值输入到所述第三计算内。

16.如权利要求11所述的方法，还包括：

执行（81）氙振荡以产生所得的功率分布；以及

在完成所述氙振荡之后，将所述校准因子应用到（83）所得的功率分布以处理通量信号。

17.如权利要求11所述的方法，还包括：

在多个预定时间间隔处执行（81）氙振荡；以及

在所述氙振荡期间的每个时间间隔处逐渐增大地应用（83）所述校准因子以生成校正通量图。

18.如权利要求11所述的方法，还包括：

执行（81）棒插入调整以产生所得的功率分布；以及

在完成所述棒插入调整之后，将所述节点校准因子应用到（83）所得的功率分布以处理通量信号

19.如权利要求11所述的方法，还包括：

在多个预定时间间隔处执行（81）棒插入调整；以及

在所述棒插入调整期间的每个时间间隔处逐渐增大地应用（83）所述节点校准因子以生成所得的功率分布。

20.如权利要求1所述的方法，还包括堆芯监测系统（43），所述堆芯监测系统（43）包括活动芯内探测器系统（35）和固定芯内探测器系统中的一个。

21.如权利要求13所述的方法，还包括：

采用来自所述堆芯监测系统（43）的活动芯内通量图（69）和测量功率分布（71）中的一个以使所述芯外探测器的常数归一化。