CN109585037B - 一种堆芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堆芯,包括:第一控制棒子组、第二控制棒子组、第一控制棒电源柜和第二控制棒电源柜;所述第一控制棒子组包括至少两束控制棒,且所述至少两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述至少两束控制棒分别与所述第一控制棒电源柜电连接;所述第二控制棒子组包括两束控制棒,且所述两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述两束控制棒分别与所述第二控制棒电源柜电连接。这样,通过将由四束控制棒组成的控制棒子组拆分成两个控制棒子组,且拆分后的两个控制棒子组包括的任意一个控制棒子组中的控制棒,在堆芯中的位置成对角关系,可以提高DNBR值,从而提高DNBR裕量。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域,尤其涉及一种堆芯。
背景技术
在能源全面性紧张的情况下,核电能源对解决长期性的能源紧张有积极意义,因此大力发展核电产业有着越来越重要的意义。而在核电站堆芯设计中,落棒事故是影响核电站安全裕量的关键因素,落棒事故是指由单一的电气故障或机械故障引起的某一控制棒子组中任意数目的控制棒或者整个控制棒组落入堆芯的事故,而现有的堆芯的控制棒子组通常由四束控制棒组成,而这种由四束控制棒组成的控制棒子组在发生落棒事故时,可能会出现控制棒子组中相邻的两束控制棒落入堆芯的工况,这种工况会使偏离泡核沸腾比(Departure from Nucleate Boiling Ratio,简称DNBR)值降低较多,从而导致DNBR裕量较低。由此,现有的堆芯可能会出现控制棒子组中相邻的两束控制棒落入堆芯的工况,从而导致DNBR裕量较低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种堆芯,解决了现有的堆芯可能会出现控制棒子组中相邻的两束控制棒落入堆芯的工况,从而导致DNBR裕量较低的问题。
为达上述目的,本发明实施例提供一种堆芯,包括:
第一控制棒子组、第二控制棒子组、第一控制棒电源柜和第二控制棒电源柜;
所述第一控制棒子组包括至少两束控制棒,且所述至少两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述至少两束控制棒分别与所述第一控制棒电源柜电连接;
所述第二控制棒子组包括两束控制棒,且所述两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述两束控制棒分别与所述第二控制棒电源柜电连接。
可选的,所述第一控制棒子组包括所述中心控制棒在内的三束控制棒,且所述三束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述三束控制棒分别与所述第一控制棒电源柜电连接。
可选的,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒与所述第二控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成矩形。
可选的,所述第一控制棒子组包括的三束控制棒分别位于所述堆芯中的第L列的第5行、第E列的11行和第H列的8行;
所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第L列的第11行、第E列的5行。
可选的,所述第一控制棒子组的和所述第二控制棒子组包括的控制棒均为停堆棒。
可选的,所述堆芯还包括N个控制棒子组和N个控制棒电源柜,其中,所述N个控制棒子组中每个控制棒子组均包括两束控制棒,且所述N个控制棒子组中任意控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,且N个控制棒子组包括的控制棒分别与所述N个控制棒电源柜电连接,其中,所述N为大于或者等于2的偶数。
可选的,所述N个控制棒子组包括的控制棒在所述堆芯中以所述堆芯的中心控制棒为中心均匀分布。
可选的,所述N个控制棒子组包括的控制棒均为停堆棒。
可选的,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第J列的第3行、第G列的13行;
所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第C列的第7行、第N列的第9行。
可选的,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第G列的第3行、第J列的13行;
所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第C列的第9行、第N列的第7行。
这样,本发明实施例中,通过将由四束控制棒组成的控制棒子组拆分成两个控制棒子组,且拆分后的两个控制棒子组包括的任意一个控制棒子组中的控制棒,在堆芯中的位置成对角关系,可以提高DNBR值,从而提高DNBR裕量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的堆芯的一种控制棒布置示意图;
图2为本发明实施例提供的堆芯的控制棒电源柜供电图;
图3为本发明实施例提供的一种包络线图;
图4为本发明实施例提供的堆芯的另一种控制棒布置示意图;
图5为本发明实施例提供的堆芯的另一种控制棒布置示意图;
图6为本发明实施例提供的一种包络线对比图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1至图2所示,本发明实施例提供一种堆芯,包括:
第一控制棒子组、第二控制棒子组、第一控制棒电源柜1和第二控制棒电源柜2;
所述第一控制棒子组包括至少两束控制棒11,且所述至少两束控制棒11在所述堆芯中的位置成对角关系,所述至少两束控制棒11分别与所述第一控制棒电源柜1电连接;
所述第二控制棒子组包括两束控制棒21,且所述两束控制棒21在所述堆芯中的位置成对角关系,所述两束控制棒21分别与所述第二控制棒电源柜电连接。
本发明实施例中,应当注意的是,图1以157堆芯作为示例,除了157堆芯外,还可以为177堆芯、193堆芯等,对此并不做限定,具体可以根据用户的需求来进行设计。所述两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系可以理解为所述两束控制棒的连线经过堆芯中心,并且所述第一控制棒子组中控制棒的连线和所述第二控制棒子组中控制棒的连线不平行。
此外,如图1所示,图中黑色斜线填充方格的控制棒组成第一控制棒子组,图中黑色直线填充方格的控制棒组成第二控制棒子组,堆芯中的其他位置可以根据实际需要布置控制棒;值得注意的是,所述第一控制棒子组和所述第二控制棒子组可以为多个。
还需要说明的是,现有的堆芯的控制棒子组通常由四束控制棒组成,即一个电源柜对与其连接的四束控制棒进行供电,因此当电源柜出现单一的电气故障时,可能会引起其中的一束控制棒、两束控制棒、三束控制棒或者四束控制棒掉落至堆芯,构成落棒事故。
落棒会引入负反应性,导致反应堆功率降低,而当控制系统在自动模式时,如果控制棒价值足够大,在返回初始功率的过程中,堆芯功率可能会出现一个短时间的超调,即出现功率畸变,而落棒引起的功率畸变和高功率的耦合可能会导致偏离泡核沸腾(Departurefrom Nucleate Boiling,简称DNB),对于DNB要计算DNB的热通道核焓升因子FΔH。
FΔH可以通过FΔH=FΔH limit×(1+ΔFΔH/FΔH0)进行计算,其中FΔH limit为FΔH的设计限值,ΔFΔH/FΔH0为落棒后径向功率峰因子的变化量与落棒前径向功率峰因子之比。根据未被探测到的所有落棒工况的Δρ与其对应的ΔFΔH/FΔH0画出Δρ-ΔFΔH/FΔH0包络线,具体可以如图3所示,Δρ为引入的负反应性。应当注意,包络线中的ΔFΔH/FΔH0越大,计算得到的DNBR值越小,DNBR安全裕量也就越小。
从图3中可以看出,一束控制棒下落引起的反应性和相关径向功率不是限制包络线的工况,限制包络线的工况一般为特定的两束控制棒下落的工况;而四束控制棒下落会引入足够高的负反应性,从而被功率量程负中子通量变化率紧急停堆保护探测到。
通过分析数据,还可以知道主要是少数几组控制棒子组中相邻的两束控制棒下落的工况限制包络线,即降低了较多DNBR值,从而降低了DNBR裕量;而将上述少数几组控制棒子组拆分成由每两束在所述堆芯中的位置成对角关系的控制棒组成的控制棒子组,可以提高DNBR值,从而提高DNBR裕量。
具体而言,用于设计上述堆芯,从而提高DNBR裕量的原理和流程可以为:
在现有技术条件下落棒事故DNBR裕量最小的循环和燃耗中,获取堆芯的未被探测的落棒工况的Δρ对应的ΔFΔH/FΔH0,其中,所述Δρ为引入的负反应性,所述ΔFΔH/FΔH0为落棒后径向功率峰因子的变化量与落棒前径向功率峰因子之比。
再从所述ΔFΔH/FΔH0中选取落棒工况为对角落棒工况的最大ΔFΔH/FΔH0;所述对角落棒工况为在所述堆芯中的位置成对角关系的两束控制棒掉落到堆芯的工况。
其中,所述从所述ΔFΔH/FΔH0中选取落棒工况为对角落棒工况的最大ΔFΔH/FΔH0,可以通过分析所选循环所选燃耗下未被探测落棒组合的Δρ-ΔFΔH/FΔH0包络线图,以确定限制ΔFΔH/FΔH0包络线的是哪种落棒组合工况。
然后对未被探测落棒组合的ΔFΔH/FΔH0数据按一组棒、两组棒、三组棒、四组棒及控制棒子组进行分类排序,并获得各控制棒子组的最大ΔFΔH/FΔH0,对所有落棒工况下的最大ΔFΔH/FΔH0按大小排序,通过观察可以得知,限制包络线的是二组棒的工况;而二组棒中分为相邻落棒工况和对角落棒工况,相邻落棒工况的ΔFΔH/FΔH0比对角落棒工况的的最大ΔFΔH/FΔH0大,从前文中可知ΔFΔH/FΔH0越大,则计算得到的DNBR值越小,那么DNBR安全裕量也就越小,因此只要将ΔFΔH/FΔH0包络值降低,就可以对应的提高DNBR安全裕量,即只要将大于所述对角落棒工况的最大ΔFΔH/FΔH0的落棒工况所对应的控制棒子组进行拆分,使其不再出现相邻落棒工况,即可降低ΔFΔH/FΔH0包络值。
最后,将大于所述对角落棒工况的最大ΔFΔH/FΔH0的落棒工况所对应的控制棒子组进行拆分,拆分后的控制棒子组包括两个控制棒子组,其中,所述两个控制棒子组均包括两束控制棒,且所述两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系。
其中,所述将大于所述对角落棒工况的最大ΔFΔH/FΔH0的落棒工况所对应的控制棒子组进行拆分,所述对角落棒工况的最大ΔFΔH/FΔH0的落棒工况可以从包络线图中获取。
此外,还可以对所有落棒工况下的最大ΔFΔH/FΔH0按大小排序,将高于对角落棒最大ΔFΔH/FΔH0的工况进行DNBR收益分析,可以根据用户的需要灵活的对原控制棒子组进行拆分,以及从成本和效果进行综合考虑,以确定出最合适的方案。
值得注意的是,还可以根据其余燃耗和其余循环的最小DNBR数据判断是否需要进行分析;如需要,则按需要拆分的控制棒子组名单,先处理其余燃耗和其余循环的数据,获得更新后的最小DNBR,再按上述方法确认是否需要拆分新的控制棒子组。并且,还可以将位于所述堆芯中心位置的控制棒与拆分后的两组控制棒子组中的任意一组控制棒子组进行组合,这是由于位于堆芯中心位置的控制棒需要一个单独的控制棒电源柜,将堆芯中心位置的控制棒加入到一个拆分后的子组,可以减少控制棒电源柜的数量,从而降低了成本,并且还不会对DNBR裕量造成太大影响。
应当注意,由于现有技术中每个控制棒子组包含四组控制棒,在快速降功率系统启动时反应性引入不够准确;而本发明实施例将特定子组改成至少两束对角控制棒一个子组之后,在快速降功率系统启动时反应性引入可以更准确。
这样,本发明实施例,通过将由四束控制棒组成的控制棒子组拆分成两个控制棒子组,且拆分后的两个控制棒子组包括的任意一个控制棒子组中的控制棒,在堆芯中的位置成对角关系,可以提高DNBR值,从而提高DNBR裕量。
可选的,如图1和图2所示,所述第一控制棒子组包括所述中心控制棒在内的三束控制棒,且所述三束控制棒11在所述堆芯中的位置成对角关系,所述三束控制棒11分别与所述第一控制棒电源柜1电连接。
其中,所述中心控制棒可以理解为是位于堆芯中心位置的控制棒,由于位于堆芯中心位置的控制棒需要一个单独的控制棒电源柜,将堆芯中心位置的控制棒加入到一个拆分后的子组,可以减少控制棒电源柜的数量,从而降低了成本,并且还不会对DNBR裕量造成太大影响。
可选的,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒与所述第二控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成矩形。
其中,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒与所述第二控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成矩形,可以理解为由于原本的控制棒子组是由四束控制棒组成的,并且这四束控制棒的位置成矩形,而拆分后的两个控制棒子组也应当成矩形,这样可以确保落棒下落工况为对角落棒工况,即在所述堆芯中的位置成对角关系的两束控制棒下落的工况,从而确保可以提高DNBR裕量。
可选的,如图1所示,所述第一控制棒子组包括的三束控制棒分别位于所述堆芯中的第L列的第5行、第E列的11行和第H列的8行。
所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第L列的第11行、第E列的5行。
其中,需要说明的是,该实施方式中的堆芯可以为12英尺燃料组件的157堆芯,组件的富集度可以为4.45%,具体布置方式可以如图4所示,第一控制棒子组可以为SC1组,第二控制棒子组可以为SC2组,其中,所述SC1组和所述SC2组的控制棒均为停堆棒。再根据下列DNBR收益分析表:
这样,这种布置方式的堆芯能够提升DNBR裕量0.16%。
可选的,所述第一控制棒子组的和所述第二控制棒子组包括的控制棒均为停堆棒。
其中,所述停堆棒用于提供安全停堆,当发生事故时停堆棒自动插入堆芯,确保引入足够的负反应性使核功率迅速下降。
可选的,所述堆芯还包括N个控制棒子组和N个控制棒电源柜,其中,所述N个控制棒子组中每个控制棒子组均包括两束控制棒,且所述N个控制棒子组中任意控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,且N个控制棒子组包括的控制棒分别与所述N个控制棒电源柜电连接,其中,所述N为大于或者等于2的偶数。
其中,由于需要将原控制棒子组拆分成两个子组,因此若对N个原控制棒子组进行拆分,那么N为大于或者等于2的偶数;这样,通过将多个原控制棒子组进行拆分成对角落棒控制子组,可以提高更多的DNBR值,从而提高更多的DNBR裕量。
示例的,如图5所示,采用12英尺燃料组件的157堆芯,组件的富集度可以为4.45%,循环为除首循环外的后续循环;其增加落棒事故DNBR裕量的过程如下:
先确定DNBR裕量最小的燃耗和循环,而由下表可知,比较例EOL的DNBR裕量最小,且与其余燃耗相比差距较大,所以只需处理EOL的数据即可。
比较例各燃耗的DNBR裕量分析表:
BLX | MOL | EOL | |
Δρ(pcm) | 343 | 310 | 350 |
FΔH limit | 1.65/1.04 | 1.65/1.04 | 1.65/1.04 |
ΔFΔH/FΔH0 | 0.16 | 0.14 | 0.12 |
最小DNBR | 1.58 | 1.56 | 1.43 |
根据图3中未被探测落棒组合的Δρ-ΔFΔH/FΔH0包络线,可知限制ΔFΔH/FΔH0包络线的是两组棒的落棒工况,并且获得两组棒对角落棒工况下的最大ΔFΔH/FΔH0为0.0999,此外,从图3可知比0.0999大的只有4种相邻落棒工况,对这4种相邻落棒工况进行如下表的DNBR分析:
对于上表需要说明的是,两组棒相邻落棒组合按各组合最大ΔFΔH/FΔH0从大到小排序;ΔFΔH/FΔH0可减小量为当前落棒组合的最大ΔFΔH/FΔH0减去下一落棒组合的最大ΔFΔH/FΔH0;FΔH可减小量=1.65÷1.04×ΔFΔH/FΔH0可减小量;△DNBR按FΔH每减小0.01,DNBR增加1.125%进行估算,即:△DNBR=FΔH可减小量×1.125%÷0.01;Σ△DNBR为从第一个落棒组合至当前落棒组合的△DNBR之和。
根据上表数据以及图5可知,若R2组拆分,DNBR收益较小,只增加0.25%,而成本却可能增加更多。因此在这儿只把原SC控制棒子组、原SB1控制棒子组和原SB2控制棒子组各自拆分成两个对角子组,并且,将中心的SA控制棒加入到拆分后的SC1控制棒子组。
值得注意的是,如图6所示,在Δρ较小的区域,实施例的包络值比比较例高,可在两包络线的交点处加一折点,在Δρ较小区域采用比较例的包络值。
这样,可以增加DNBR裕量2.35%。
可选的,所述N个控制棒子组包括的控制棒在所述堆芯中以所述堆芯的中心控制棒为中心均匀分布。
其中,所述堆芯的中心控制棒即位于所述堆芯的中心位置的控制棒,示例的,可以如图5所示,这样可以更有利于提高DNBR裕量。
可选的,所述N个控制棒子组包括的控制棒均为停堆棒,示例的,可以如图5所示,这样可以更有利于提高DNBR裕量。
可选的,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第J列的第3行、第G列的13行;
所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第C列的第7行、第N列的第9行。
其中,该实施方式中的堆芯可以为12英尺燃料组件的157堆芯,组件的富集度可以为4.45%,第一控制棒子组可以为SB1组,第二控制棒子组可以为SB2组,根据之前的DNBR分析表可知,这种堆芯能够提升DNBR裕量0.36%。
可选的,所述第一控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第G列的第3行、第J列的13行;
所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第C列的第9行、第N列的第7行。
其中,该实施方式中的堆芯可以为12英尺燃料组件的157堆芯,组件的富集度可以为4.45%,第一控制棒子组可以为SB3组,第二控制棒子组可以为SB4组,根据之前的DNBR分析表可知,这种堆芯能够提升DNBR裕量1.83%。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种堆芯,其特征在于,包括:
第一控制棒子组、第二控制棒子组、第一控制棒电源柜和第二控制棒电源柜;
所述第一控制棒子组包括至少两束控制棒,且所述至少两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述至少两束控制棒分别与所述第一控制棒电源柜电连接;
所述第二控制棒子组包括两束控制棒,且所述两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述两束控制棒分别与所述第二控制棒电源柜电连接,其中,所述两束控制棒的连线经过所述堆芯的中心,且所述第一控制棒子组中控制棒的连线和所述第二控制棒子组中控制棒的连线不平行;
所述堆芯还包括N个控制棒子组和N个控制棒电源柜,其中,所述N个控制棒子组中每个控制棒子组均包括两束控制棒,且所述N个控制棒子组中任意控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,且N个控制棒子组包括的控制棒分别与所述N个控制棒电源柜电连接,其中,所述N为大于或者等于2的偶数;
所述第一控制棒子组包括所述中心控制棒在内的三束控制棒,且所述三束控制棒在所述堆芯中的位置成对角关系,所述三束控制棒分别与所述第一控制棒电源柜电连接;
所述第一控制棒子组包括的两束控制棒与所述第二控制棒子组包括的两束控制棒在所述堆芯中的位置成矩形;
所述第一控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第J列的第3行、第G列的13行;所述第二控制棒子组包括的两束控制棒分别位于所述堆芯中的第C列的第7行、第N列的第9行。
2.根据权利要求1所述的堆芯,其特征在于,所述第一控制棒子组的和所述第二控制棒子组包括的控制棒均为停堆棒。
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- 2017-09-28 CN CN201710898933.0A patent/CN109585037B/zh active Active
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