CN103617817B - 监测反应堆堆芯功率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种监测反应堆堆芯功率的方法及其系统。该方法包括步骤：采集运行中反应堆的当前状态信息；基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波；利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布。上述方案能够整体上保证反应堆功率的监测精度，同时能够保证局部的监测精度。

Description

监测反应堆堆芯功率的方法及系统

技术领域

本申请涉及反应堆监测领域，特别涉及一种反应堆堆芯功率监测方法及系统。

背景技术

上世纪80年代，反应堆堆芯功率监测技术已经得到国际上的重视，截止目前，各大核电开发商已发展出几套反应堆在线监测系统，如美国西屋公司开发的BEACON、法国阿海珐公司的MAGLAN、美国Studisvik公司的GARDEL、西门子公司的POWERPLEX、俄罗斯的SCORPIPO等。

目前所开发的几大反应堆在线监测系统，在方法上大多采用各公司的通量图测绘方法。例如，西屋公司通量图的测绘采用样条函数拟合方法，而BEACON使用的就是样条函数拟合法；阿海珐公司通量图测绘采用的是探测器校正方法，MAGLAN采用的也是探测器校正方法。目前来看，在压水堆和沸水堆中应用最广的两种反应堆堆芯功率监测方法为样条函数拟合法和中子探测器校正法。同时，加拿大的AECL公司在重水堆上发展了谐波展开法，用于反应堆的在线监测。与此同时，中国的清华大学开展了在高温气冷堆上应用谐波展开法的研究，西安交通大学开展了压水堆中应用谐波展开法进行反应堆堆芯功率在线监测方面的研究。

总结现有的几种反应堆堆芯功率监测方法，样条函数拟合法和探测器校正法依赖于堆芯模拟计算的精度，在模拟计算精度较高的情况下，利用样条函数或探测器校正，尽量消除模拟误差，以达到可接受的监测精度。然而，一旦模拟计算出现较大偏差，则无法证明该方法的监测结果是可信的。谐波展开法中，由于谐波具有理论上的完备性，适合展开堆芯功率分布，从而能够整体上保证监测的精度，然而受限于有限的可用信息，其展开阶数不可能无限大，因此无法保证局部的监测精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测反应堆堆芯功率的方法，能够为堆芯控制操作提供参考，提高反应堆的安全性。

在本发明的一个方面，提出了一种监测反应堆堆芯功率的方法，包括步骤：采集运行中反应堆的当前状态信息；基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波；利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布。

优选地，利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布的步骤包括：

用所计算的谐波线性展开堆芯的功率分布，结合中子探测器所处位置的裂变反应率，利用最小二乘法求解展开系数，来得到拟合的堆芯功率分布。

优选地，所述方法还包括步骤：对于没有布置中子探测器的区域，根据该区域周围的中子探测器读数及中子探测器的空间响应函数，计算该区域功率计算值的修正参数，修正得到该区域功率的监测值。

优选地，所述方法还包括步骤：以拟合的堆芯功率分布为基础，结合采集的堆芯内中子探测器的读数，对拟合的堆芯功率进行校正，得到堆芯功率分布的监测值。

优选地，所述的方法还包括步骤：更新反应堆的状态信息；基于更新的状态信息来更新三维堆芯计算模型，并相应地计算当前的堆芯功率分布，来更新谐波。

优选地，根据更新过的三维堆芯模型来计算当前状态下稳态堆芯三维中子扩散方程的第一阶谐波。

优选地，所述方法还包括步骤：给中子扩散方程的泄漏项引入一个曲率变量；将电厂通量测绘时获得的堆芯测量通量分布作为已知条件，计算所述曲率变量的值，来校正三维堆芯模型。

优选地，所述方法还包括步骤：比较中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异；如果所计算的差异超出允许的范围，则确定该中子探测器失效。

优选地，所述方法还包括步骤：比较中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异；如果所计算的差异超出允许的范围，则将中子探测器相对偏差的绝对值进行排序，选择相对偏差最大的中子探测器作为准失效探测器；

去掉准失效探测器的信息，重新计算中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异；

如果重新计算的差异仍旧在运行偏差范围之内，则确认准失效探测器失效。

优选地，所述方法还包括步骤：比较多个中子探测器的计算值与测量值；当多个中子探测器的计算值与测量值偏离了预定范围，则认为反应堆异常；在判断出现异常的情况下，按照异常情况发生的概率值从异常情况数据库中提取数据，作为谐波的组成部分；重新对反应堆堆芯的功率分布进行拟合。

在本发明的另一方面，提出了一种监测反应堆堆芯功率的系统，包括：采集运行中反应堆的当前状态信息的装置；基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波的装置；利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布的装置。

在本发明的再一方面，提出了一种操作反应堆的方法，包括步骤：接收操作员输入的预操作指令，所述预操作指令包括针对反应堆堆芯的预操作量；基于所述预操作量建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的堆芯功率分布；在所计算的堆芯功率分布满足预定条件的情况下指示操作员执行与所述预操作量相对应的操作指令。

优选地，所述的方法还包括步骤：在所计算的堆芯功率分布不满足预定条件的情况下计算预操作量的推荐值；指示操作员执行与推荐操作量相对应的操作指令。

在本发明的又一方面，提出了一种操作反应堆的系统，包括：接收操作员输入的预操作指令的装置，所述预操作指令包括针对反应堆堆芯的预操作量；基于所述预操作量建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的堆芯功率分布的装置；在所计算的堆芯功率分布满足预定条件的情况下指示操作员执行与所述预操作量相对应的操作指令的装置。

在本发明的又一方面，提出了一种反应堆的异常监测方法，包括步骤：采集运行中反应堆的当前状态信息；基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波；基于所述谐波确定多个中子探测器的计算值；比较多个中子探测器的计算值与测量值；当多个中子探测器的计算值与测量值偏离了预定范围，则认为反应堆异常；在判断出现异常的情况下，按照异常情况发生的概率值从异常情况数据库中提取数据，作为谐波的组成部分；重新对反应堆堆芯的功率分布进行拟合，得到异常情况下的反应堆堆芯功率分布。

优选地，通过在每一循环装料前，模拟各类异常情况，并且给出异常情况下的功率分布来形成反应堆异常情况数据库。

优选地，利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布的步骤包括：用所计算的谐波线性展开堆芯的功率分布，结合中子探测器所处位置的裂变反应率，利用最小二乘法求解展开系数，来得到拟合的堆芯功率分布。

在本发明的又一方面，提出了一种反应堆的异常监测系统，包括：采集运行中反应堆的当前状态信息的装置；基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波的装置；基于所述谐波确定多个中子探测器的计算值的装置；比较多个中子探测器的计算值与测量值的装置；当多个中子探测器的计算值与测量值偏离了预定范围，则认为反应堆异常的装置；在判断出现异常的情况下，按照异常情况发生的概率值从异常情况数据库中提取数据，作为谐波的组成部分的装置；

重新对反应堆堆芯的功率分布进行拟合，得到异常情况下的反应堆堆芯功率分布的装置。

根据上述方案，采用谐波展开法对堆芯功率分布进行拟合，继而采用中子探测器校正法对拟合的功率分布进行校正，不但保证了整体的功率监测精度，而且保证了局部的功率监测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为根据本发明实施例的系统的结构框图；

图2A示出了根据本发明一个实施例的方法的总流程图；

图2B示出了根据本发明另一实施例的方法的流程图。

图3为图2B所示的单一时间步监测和预警过程的流程图；

图4为堆芯模型更新及再校正过程的流程图；

图5为谐波更新过程的流程图；

图6为探测器失效检测过程的流程图；

图7为异常情况监测过程的流程图；

图8为预警过程的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和／或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和／或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本申请的实施例中，提供了一套广适性的反应堆堆芯功率分布监测系统实施例。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请实施例中技术方案作进一步详细的说明。

针对现有技术中各种监测方法的问题，本发明的一些实施例建立一套广适性的反应堆堆芯功率分布监测方法，并设计一套基于该方法的反应堆在线监测系统。基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波。然后利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布。这样的方案既能保证整体的功率监测精度，又能保证局部的功率监测精度。

图1为根据本发明实施例的系统的结构框图。如图1所示的系统包括反应堆101、探测反应堆的中子探测器102、诸如计算机之类的控制设备103和根据控制设备104的计算过程执行控制过程的执行器104。

图2A示出了根据本发明一个实施例的方法的总流程图。如图2A所示，在步骤201，采集反应堆堆芯的状态信息。例如，由电厂计算机网络采集反应堆当前的状态信息，该状态信息主要包括：反应堆当前的相对功率、反应堆当前的硼浓度、反应堆当前的控制棒位置，并通过计算得到反应堆当前的燃耗分布信息。此外，还可由电厂计算机网络采集堆芯内固定式中子探测器的电流值，并转换成探测器所处位置的裂变反应率。此处所说的堆芯内固定式中子探测器在堆内可以是对称布置，也可以是非对称布置。

在步骤S202，基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波。

在一些实施例中，如下建立堆芯计算模型：根据电厂计算机网络采集的反应堆当前状态信息，构建堆芯的三维扩散计算模型，包括：堆芯的几何划分、截面参数的计算。然后，利用堆芯三维扩散模型计算谐波。稳态堆芯的三维中子扩散方程是一个特征值问题，其具有一系列的解称为谐波，谐波的计算方法有多种，包括ARNOLDI分解方法、GREMS方法、源修正方法等。采用任一方法可计算得到稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波。

在步骤S203，利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布。例如，利用稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波的完备性来线性展开堆芯功率分布，结合采集到的探测器所处位置的裂变反应率，由最小二乘法求解展开系数，从而得到拟合的堆芯功率分布。

在步骤S204，利用设置在堆芯中的中子探测器的读数对拟合的堆芯功率分布作进一步的校正，得到堆芯功率分布的监测值。例如，使用设置在堆芯中的中子探测器的有效读数对拟合的功率分布进行校正，得到校正后的监测值。在一些实施例中，堆芯功率分布校正方法是假设堆芯内固定式中子探测器的计算读数与测量读数的比值是恒定的，对于没有布置中子探测器的区域，根据其周围的中子探测器读数及中子探测器的空间响应函数，给出该区域功率计算值的修正参数，从而修正得到该区域功率的监测值。

图2B示出了根据本发明另一实施例的方法的流程图。如图2B所示，在该实施例中，每预定的时间段就进行一些反应堆堆芯功率的监测，并且在监测过程中进行预警，也就是当前的反应堆是否安全。此外，该方法的执行过程中还对堆芯的模型进行更新和校正，使得在下一次监测过程中使用的模型更为准确。

参见图2B所示，下面将详细说明本发明实施例的反应堆堆芯功率分布监测系统的实施过程。

步骤211：系统启动前的准备计算。主要是对反应堆可能的异常工况进行模拟计算，生成异常情况数据库，并根据异常情况发生概率的大小进行排序。

步骤212：时间步进控制，该控制过程决定了系统监测反应堆堆芯功率分布的频率，例如每30分钟监测一次功率，但在一定情况发生时会即刻启动监测程序。

步骤213：反应堆堆内信息采集，主要用于采集反应堆内部的信息，包括采集堆芯内固定式中子探测器的电流值、堆芯内硼浓度的数值、控制棒位置等信息，在每一个时间步内，都进行一次采集。

例如，从电厂计算机网络中采集系统需要的信息，包括堆内固定式中子探测器的读数、堆芯内的状态信息以及操作员的操作指令等。堆芯状态信息包括信息采集时刻的堆芯可溶硼浓度、控制棒所处位置等。

步骤214：采集到反应堆堆内信息之后，系统将进行一次对堆芯功率分布的实时监测和／或预警。

在一些实施例中，通过拟合得到的堆芯功率分布，已经接近于堆芯真实的功率分布，但与真实的堆芯功率分布仍有偏差。为进一步提高监测精度，以拟合的堆芯功率分布为基础，结合采集的堆芯内固定式中子探测器的读数，对拟合的堆芯功率分布进行校正，从而得到堆芯功率分布的监测值，并输出显示给操作员，作为操作员操作反应堆的参考。

在一些实施例中，堆芯功率分布校正方法是假设堆芯内固定式中子探测器的计算读数与测量读数的比值是恒定的，对于没有布置中子探测器的区域，根据其周围的中子探测器读数及中子探测器的空间响应函数，给出该区域功率计算值的修正参数，从而修正得到该区域功率的监测值。

步骤215：将步骤104中的监测和预警结果输出到人机交互界面，供操作员参考。

步骤216：将反应堆堆内测量信息、监测和预警结果以及反应堆运行信息生成统一格式的文档并保存，以备日后调用。

步骤217：堆芯模型更新及再校正，负责完成堆芯计算模型的更新以及再校正。

在一些实施例中，三维堆芯模型的更新主要分两部分，其一为更新由电厂计算机网络采集到的反应堆状态参数；其二为更新堆芯的燃耗分布，更新方法为利用堆芯功率分布的监测值，结合反应堆的运行时间，重新计算堆芯内的燃耗分布。

由于谐波的更新比较耗时，为了满足在线监测的实时性要求，将谐波的更新分为两种情况，分别为低阶谐波的更新和高阶谐波的更新。低阶谐波的更新是指仅更新第一阶谐波(又称为基波)。当系统达到一定的触发条件，由三维堆芯功率计算程序根据更新过的三维堆芯模型计算当前的堆芯功率分布，并将其作为基波，从而完成低阶谐波的更新。高阶谐波的更新是指更新所有的谐波。当系统达到一定的触发条件时，系统将根据更新过的三维堆芯模型，调用谐波计算程序计算当前状态的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波。

由于反应堆一个寿期的运行时间是很长的，因此在三维堆芯模型的更新过程中可能会引入误差，从而导致更新后的三维堆芯模型与真实的堆芯状态产生偏差，在此引入三维堆芯模型再校正方法，以消除模型更新过程引入的误差。

现有的反应堆每隔一个月左右都会进行一次堆内通量图测绘，可以得到测量的堆芯功率分布，并认为该测量的堆芯功率分布是可信的。三维堆芯模型再校正的方法可表述为：在中子扩散方程的泄漏项引入一个曲率变量。由测量的堆芯功率分布作为已知条件，计算得到该曲率变量，从而完成三维堆芯模型的再校正。

堆内固定式中子探测器由于长时间暴露在高辐照环境下，不可避免的会发生探测器失效的情况。在探测器失效的情况下，探测器的读数会产生异常，如果以异常的探测器读数来监测堆芯功率分布，必然会导致与实际状况的偏离。因此需要进行探测器失效的检测。

要检测探测器是否失效，首先需要检查是否出现信号异常。检查信号异常的方法表述如下：(1)比较中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异，如果该差异超出允许偏差范围值，则系统“怀疑”发生了探测器失效。(2)如果系统“怀疑”发生了探测器失效，则进入下面操作：将探测器读数相对偏差的绝对值进行排序，选取相对偏差最大的探测器，将该探测器称为准失效探测器。(3)去掉准失效探测器的信息，重新计算中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异，若差异在允许偏差范围之内，则确认准失效探测器失效；若差异仍大于允许偏差范围，则继续寻找准失效探测器，但这种寻找过程不超过某一最大值。

反应堆在运行过程中，可能会发生预想之外的异常情况，这时系统所建立的堆芯模型与反应堆的实际状况有较大差异，从而导致监测结果与实际的堆芯功率分布存在较大差别。因此本发明需要对异常情况的发生进行监测。对异常情况的监测主要分两部分：其一为异常情况的判断，其二为异常情况的监测。

首先是对异常情况的判断。在异常情况发生时，往往会出现多个探测器的计算值与测量值发生较大偏离。为了解决这个问题，可以认为不可能发生多个探测器同时失效的情况。如果在同一时刻发现有多个探测器同时失效，则系统认为反应堆发生了异常情况。

其次是对异常情况的监测。如果系统认为反应堆发生了异常情况，则向操作员提出报警并进入异常情况监测机制。在反应堆的每一循环装料前，系统首先模拟各类异常情况，并给出异常情况下的堆芯功率分布，构成反应堆异常情况数据库；当系统认为反应堆发生了异常情况时，按照异常情况发生概率的大小提取异常情况数据库中的数据，作为谐波的组成部分，继而进行反应堆堆芯功率分布的拟合与校正。

操作员在对反应堆进行一些操作前，将预操作指令输入到反应堆堆芯功率监测系统中，系统会根据操作员的预操作指令，调用内部计算程序模拟操作员的操作并给出堆芯功率分布在不同时刻的结果。该处的内部计算程序包括反应堆核设计程序、反应堆动力学程序等。

参见图3，为本申请的单一时间步监测和／或预警的流程图，该过程负责完成监测和／或预警任务。

步骤301：采集到上述的堆内状态信息，主要用于堆芯计算模型的搭建。

步骤302：综合堆内状态信息和／或更新及再校正后的堆芯模型的信息，建立当前时刻的堆芯计算模型。

步骤303：谐波更新，负责根据堆芯的计算模型，更新堆芯功率分布拟合过程中的谐波。

步骤304：堆芯功率分布拟合，主要用于拟合堆芯的功率分布。其主要内容有：将堆芯的功率分布展开成步骤303给出谐波线性组合的形式，结合堆内信息采集单元采集到的堆内固定式中子探测器的读数，用最小二乘法求解得到展开系数，从而求得拟合的堆芯功率分布。

步骤305：堆芯功率分布校正，主要用于校正步骤304中得到的拟合堆芯功率分布，从而得到堆芯功率分布的监测值。

步骤306：探测器失效检测，主要用于检查是否有探测器失效，如果有探测器失效，则将失效探测器放入失效列表，并在后续的监测过程中不再使用失效探测器的信息。

步骤307：异常情况监测，用于异常情况发生时，仍对反应堆进行监测，并对操作员进行报警。该单元的详细描述在图7中进行说明。

步骤308：检查预警信号是否开启，系统可以给出预警信号开启或关闭的标志，系统根据该信号确定是否调用预警过程。

步骤309：预警，用于对操作员的预操作进行预警计算。

参见图4，为堆芯模型更新及再校正流程图，该过程主要用于更新堆芯的计算模型，以确保谐波计算模型与堆芯真实状况相一致，从而提高监测的准确性。

步骤401：系统首先判断是否需要更新堆芯计算模型，如果需要更新堆芯计算模型，则进入步骤402，如果不需要更新堆芯计算模型，则退出堆芯模型更新及再校正过程。

步骤402：检查堆芯计算模型是否需要再校正。只有达到再校正条件，系统才会进行堆芯计算模型的再校正。如果达到再校正条件，进入步骤404，反之，则进入步骤403。

步骤403：该步骤进行堆芯计算模型的更新。主要的更新内容有：堆芯燃耗分布的更新、堆芯状态的更新。

步骤404：该步骤为堆芯模型再校正过程，当达到再校正条件时，系统会对堆芯的计算模型进行再校正操作。

参加图5，为谐波更新过程流程图，该过程主要作用为根据更新后的堆芯计算模型，计算新的谐波，用于步骤304。

步骤501：此步骤所述堆芯计算模型，即为由堆芯模型更新及再校正单元更新后的堆芯计算模型。

步骤502：检查是否达到更新高阶谐波的触发条件，如果达到条件，则进入步骤503，反之，则进入步骤504。

步骤503：对高阶谐波进行更新，更新的方法为：根据步骤501的计算模型，用谐波计算方法计算高阶的谐波。更新完高阶谐波后即退出谐波更新过程。

步骤504：检查是否达到更新低阶谐波的触发条件，如果达到更新低阶谐波的触发条件，进入步骤505，反之，则退出谐波更新过程。

步骤505：对低阶谐波进行更新，此处所述的低阶谐波即为第一阶谐波。

参见图6，为探测器失效检测过程，该过程在每次功率监测之后，都进行探测器是否失效的检测，一旦检测到有探测器失效，即将该失效探测器列入失效列表中，并在后续功率监测过程中不再使用该探测器的信号。该单元的详细描述如下：

步骤601：初始化失效探测器计数参数NDL，令NDL=0。

步骤602：比较中子探测器计算读数与测量读数之间的差异，其中，中子探测器计算读数是根据步骤305得到的堆芯功率分布监测值计算得到的。

步骤603：判断步骤602计算的差异值是否超出允许偏差范围。如果超出允许偏差范围，则转到步骤604；反之，退出探测器失效检测单元。

步骤604：进行探测器失效判断。

步骤605：判断是否是单一探测器失效，如果是单一探测器失效，则进入步骤606；如果是非单一探测器失效，则进入步骤607。

步骤606：将失效探测器导入失效列表，并屏蔽该失效探测器的信号。

步骤607：设置NDL=NDL+1。

步骤608：判断NDL的值是否大于某一设定值，如果大于，则进入步骤609；如果小于或等于，则返回步骤602并进行循环操作。

步骤609：开启异常情况信号，当系统检测到有3个以上中子探测器同时失效时，系统认为此时发生了异常情况。在其他实施例中，也可以设置为更多的中子探测器同时失效才认为系统发生了异常。

参见图7，为异常情况监测过程，该过程负责在系统检测到异常情况发生时，对异常情况进行监测并报警。

步骤701：判断异常情况信号是否开启，如果开启则进入步骤702；如果没有异常情况信号，则退出异常情况监测单元。

步骤702：从步骤101所建立的异常情况数据库中，根据异常情况发生可能性的大小，依次提取数据，作为附加谐波。

步骤703：利用谐波及附加谐波，进行堆芯功率分布的拟合与校正，得到各附加谐波对应的堆芯功率分布监测值。

步骤704：利用步骤703得到的加谐波对应的不同监测值，计算不同的中子探测器计算读数，比较各计算读数与测量读数之间的差异，选取差异最小的前几组，系统认为其对应的异常情况即为当前可能发生的异常情况。最后，系统将选取的几组异常情况输出给显示系统，以供操作员参考。

参见图8，为预警过程流程图。预警过程负责对操作员的预操作进行预警计算并输出预警结果。其详细描述如下：

步骤801：系统调用堆芯中子学计算程序，对操作员的预操作指令进行预先的计算分析，并将计算结果输出给显示系统，以供操作员参考。上述所述的堆芯中子学计算程序包括反应堆核设计程序、反应堆动力学程序等。

步骤802：关闭预警信号。

根据本发明的实施例，由于谐波反映反应堆整体的状况，且理论上具有完备性，是最适宜于展开堆芯功率分布的函数，因此谐波展开法往往利于描述堆芯的整体特性。探测器校正方法是利用被校正区域相邻的几个中子探测器的信息，对该区域功率密度计算值进行校正，体现了该区域的局部特性，但探测器校正方法依赖于模拟计算的精度，如果模拟计算与实际状况出现大的偏差，则会导致校正误差的偏大。谐波展开法和探测器校正法均具有局限性，本发明的实施例综合了两种方法的优势，形成优势互补。相较于单纯的谐波展开法，本发明增加了探测器校正计算的步骤，从而消除了谐波展开法对局部功率畸变应变能力的不足；相较于单纯的探测器校正方法，本发明用谐波拟合的结果作为校正基础，从而保证了整体上与堆芯实际工况的契合。

此外，在一些实施例中设置了探测器失效检测过程，从而可应对较常出现的堆内固定式中子探测器失效的问题。本发明一些实施例还设置了异常工况监测过程，从而增加了对反应堆异常工况的应对能力。本发明的其他实施例同样设立了反应堆预警过程，从而使反应堆功率监测系统具有预警能力，满足操作员对预操作指令进行预警的要求。本发明设置了文件管理过程，使监测过程实现了可重现性。时间方面，设置了时间步控制过程，在正常的监测过程中，仅进行堆芯功率分布的拟合与校正，在目前的计算条件下，这两项操作几乎不耗费时间，从而保证了反应堆功率监测的时间要求。同时，本发明的一些实施例设置了堆芯模型更新和再校正过程，随时跟踪堆芯状态，从而保证对反应堆功率监测的精度。

本发明实施例的监测方法不对堆型进行限制，适用于任何安装有堆内固定式中子探测器的反应堆。

以上的详细描述通过使用示意图和／或示例，已经阐述了监测反应堆堆芯功率的方法及系统的众多实施例。在这种示意图和／或示例包含一个或多个功能和／或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示例中的每一功能和／或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和／或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和／或写入软件和／或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和／或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种监测反应堆堆芯功率的方法，包括步骤：

采集运行中反应堆的当前状态信息；

基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波；

利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布；

其中利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布的步骤包括：

用所计算的谐波线性展开堆芯的功率分布，结合中子探测器所处位置的裂变反应率，利用最小二乘法求解展开系数，来得到拟合的堆芯功率分布。

2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：对于没有布置中子探测器的区域，根据该区域周围的中子探测器读数及中子探测器的空间响应函数，计算该区域功率计算值的修正参数，修正得到该区域功率的监测值。

3.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：以拟合的堆芯功率分布为基础，结合采集的堆芯内中子探测器的读数，对拟合的堆芯功率进行校正，得到堆芯功率分布的监测值。

4.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

更新反应堆的状态信息；

基于更新的状态信息来更新三维堆芯计算模型，并相应地计算当前的堆芯功率分布，来更新谐波。

5.如权利要求4所述的方法，其中根据更新过的三维堆芯模型来计算当前状态下稳态堆芯三维中子扩散方程的第一阶谐波。

6.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

给中子扩散方程的泄漏项引入一个曲率变量；

将电厂通量测绘时获得的堆芯测量通量分布作为已知条件，计算所述曲率变量的值，来校正三维堆芯模型。

7.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

比较中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异；

如果所计算的差异超出允许的范围，则确定该中子探测器失效。

8.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

比较中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异；

如果所计算的差异超出允许的范围，则将中子探测器相对偏差的绝对值进行排序，选择相对偏差最大的中子探测器作为准失效探测器；

去掉准失效探测器的信息，重新计算中子探测器读数的计算值与测量值之间的差异；

如果重新计算的差异仍旧在运行偏差范围之内，则确认准失效探测器失效。

9.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

比较多个中子探测器的计算值与测量值；

当多个中子探测器的计算值与测量值偏离了预定范围，则认为反应堆异常；

在判断出现异常的情况下，按照异常情况发生的概率值从异常情况数据库中提取数据，作为谐波的组成部分；

重新对反应堆堆芯的功率分布进行拟合。

10.一种监测反应堆堆芯功率的系统，包括：

采集运行中反应堆的当前状态信息的装置；

基于采集的反应堆当前状态信息建立反应堆堆芯的三维扩散计算模型，并进而计算反应堆的稳态堆芯三维中子扩散方程的谐波的装置；

利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布的装置；

其中利用计算的谐波和设置在堆芯中的中子探测器的读数来拟合堆芯的功率分布的装置包括：

用所计算的谐波线性展开堆芯的功率分布，结合中子探测器所处位置的裂变反应率，利用最小二乘法求解展开系数，来得到拟合的堆芯功率分布的装置。