CN109887625A - 用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法及电流恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆堆芯在线监测领域，公开了用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法及电流恢复方法，电流恢复方法包括步骤：S11、获得各探测器的理论计算电流；S12、根据步骤S11中获得的理论电流分布使用三维耦合系数法计算出三维电流耦合系数；S13、根据步骤S12中获得的三维电流耦合系数计算出失效探测器的电流值。探测器失效应对方法包括S1、采用三维耦合系数法计算出失效电流值；S2、根据步骤S1中获得的失效电流值计算出堆芯功率分布和核焓升因子。本发明保障了在线监测系统软件在无探测器数据的情况下正常连续稳定地运行，并且尽可能准确地给出堆芯的功率分布等被监测参数的实时数据，提高了在线监测系统软件的稳定性和可靠性。

Description

用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法及电流恢复方法

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯在线监测领域，具体涉及一种用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法及电流恢复方法。

背景技术

堆芯在线监测系统软件(例如RAINBOW堆芯在线监测系统软件)的正常运行依赖于反应堆内部固定式探测器有效而连续地传输数据。

固定式探测器由于处在堆内高温、高压及高辐射环境下，不可避免会有一定概率出现故障，导致数据丢失或传输失效。

在无探测器数据的情况下，在线监测系统软件无法正常连续稳定地运行，进而影响堆芯的监测。因此在无探测器数据的情况下，如何保障在线监测系统软件能够正常连续稳定地运行，并且尽可能准确地给出堆芯的功率分布等被监测参数的实时数据是值得需要研究的问题。

而堆芯在线检测中最核心的数据是探测器的电流，一旦探测器失去电流数据，在线监测系统软件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于堆芯在线监测的探测器电流恢复方法，在探测器失去电流数据的情况下计算出探测器的电流，为后续获得探测器数据提供支持，解决现有技术中探测器失去电流数据影响在线监测系统软件稳定运行的问题。本发明通过下述技术方案实现：

用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法，包括：

S11、获得各探测器的理论计算电流；

S12、根据步骤S11中获得的理论电流分布使用三维耦合系数法计算出三维电流耦合系数；

S13、根据步骤S12中获得的三维电流耦合系数计算出失效探测器的电流值。

进一步，步骤S12具体如下：

对每个失效探测器，采用公式(1)计算其三维电流耦合系数<CC>_i：

其中：i为探测器的编号，i的取值为1，2，…，i_max中的1个或多个，i_max为探测器总个数；

I_i ^cal为步骤S11中计算出的第i个探测器的理论计算电流；

I_iε ^cal为第i个探测器的第ε个相邻探测器的理论计算电流，所述的相邻是指前、后、上、下、左、右方向上相邻，ε为相邻探测器的相邻编号，ε＝1，2，3，…，L；L为与第i个探测器相邻的探测器个数，I_iε ^cal由步骤S11中得出。

进一步，步骤S13中，第i个探测器的电流I_i计算方法如下：

I_iε为第i个探测器的第ε个相邻探测器的探测电流，ε＝1，2，3，…，L；

I_iε分为有效和失效2种状态，第i个探测器的所有相邻探测器电流I_iε均有效时，I_i有效状态的取值直接通过公式(2)计算得出；

其中1个无效时，失效电流需要通过以下步骤SS1-SS4计算：

SS1、构建未知电流向量为I_u，N_dis为失效探测器个数，I_u的元素为各失效探测器的电流，为未知量，I_UJ表示第J个失效探测器的电流，J＝1，2，3，…，N_dis；

SS2、对每个失效探测器，计算出与其相邻的探测器的有效电流值之和，与第J个失效探测器相邻的探测器的有效电流值之和为I_kJ，I_kJ＝∑I_iε，ε＝1，2，3，…，L，此时i的取值应为第J个失效探测器的编号，当其相邻的探测器存在失效状态时，该相邻探测器的有效电流值取0，否则取相邻探测器实际探测到的有效电流值；

SS3、构建已知电流向量和I_k，I_kJ表示第J个失效探测器的电流，J＝1，2，3，…，N_dis；

SS4、构建耦合方程组，求解各失效电流值

未知电流向量为I_u和已知电流向量和I_k存在以下关系：

A·I_u＝I_k (3)

其中：A为根据所有失效探测器的位置关系构建的N_dis阶系数矩阵，结构如下：

A的对角元为L·<CC>_(i)，非对角元a_xy表示第x个失效探测器与第y个试下探测器之间的位置关系，a_xy的取值为-1或0，x＝1，2，3，…，N_dis；y＝1，2，3，…，N_dis；x≠y，如果第x个探测器与第y个探测器位置相邻则a_xy取值为-1，否则为0；

通过占优高斯消元法求解公式(3)，即可得到所有失效电流的值。

本发明的还一目的在于：提供一种用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法，在探测器失效、无数据的情况下，使得在线监测系统软件能够正常连续稳定地运行。该用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法，包括以下步骤：

S1、采用权上述用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法计算出失效电流值；

S2、根据步骤S1中获得的失效电流值计算出堆芯功率分布和核焓升因子。

步骤S2具体包括以下步骤：

S21、求解全堆燃料棒线功率密度分布：

其中，p为探测层编号，q为组件编号，m为组件块编号，j(n)为探测通道编号；

是序号为q的组件的m号组件块的线功率密度，m号组件块属于p探测层，由q的组件的m号组件块上的j(n)探测通道p层探测器示值求得；

FM是组件内燃料棒数量，为已知量；

W_Total为堆芯总核功率，为已知量；

N_Core为堆芯组件总数，为已知量；

H_Core为堆芯活性段高度，为已知量；

KK_mpq为q组件p探测层m组件块的精细功率峰因子；

KP_mpq(n)为j(n探测通道所在组件的p探测层m组件块的平均功率；

J_pq(n)为j(n)探测通道所在组件p层探测器的标准电流；

λ_mpq(n)为j(n)探测通道所在组件p探测器层的电流到q组件的m组件块的功率转换系数，

在部分探测器失效的情况下，将失效探测器对应的步骤S1中获得的失效电流值带入公式(4)计算出线功率密度；

S22、核焓升因子F_ΔH的求解

根据公式(4)所求线功率密度，求核焓升因子，序号为q的组件m号组件块的归一化轴向功率分布F(z)_mq计算如下式：

其中，是序号为q的组件的m号组件块的线功率密度值；

ΔH_mpq为序号为q的组件m号组件块的长度；

W_Total为堆芯总核功率；

N_Core为堆芯组件总数；

FM为组件内燃料棒数量；

S23、归一化轴向功率分布F(z)的求解

序号为q的组件m号组件块的归一化轴向功率分布F(z)_mq计算如下式

其中，M代表轴向节块数量。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的电流恢复方法可将失效探测器的电流数据恢复，从而保证了反应堆堆芯功率分布等被监测数据的完整性和一定精度，使得在线监测系统运行时具备一定的稳定性和可靠性；

2、本发明的探测器失效应对方法可以进一步利用恢复出的失效探测器电流获得堆芯的参数，保障在线监测系统软件正常连续稳定地运行，尽可能准确地给出堆芯的功率分布等被监测参数的实时数据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为中子探测通道的分组布置详图；

图2为堆芯轴向分层和探测器轴向布置示意图；

图3为图1中每个组件上的数字含义示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

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。

【实施例】

图1为本实施例中的117堆芯的中子探测通道的分组布置详图；图2为堆芯轴向分层和探测器轴向布置示意图，中子探测通道和探测器的设置为现有技术，本实施例不再详述其具体设置方式和位置。从图2可以看出，堆芯轴向分为7层，每层4个节块，共28个节块；从图1可以看出，每层都布置有44个探测器，因此堆芯共布置有4组共308个堆内固定式探测器，第一组有12×7个探测器，第二组有12×7个探测器，第三组有10×7个探测器，第四组有10×7个探测器。图1中每个方格代表一个燃料组件，因此图1中共177个燃料组件，图1中每个方格中的数字的含义如图3所示，每个方格中间的数字代表组件序号，图3是以172号组件为例进行的说明，172就代表组件的序号为第172个组件；图1中部分组件序号有带有分组号，该分组号为1、2、3或4，这一类组件表示该组件中布置有探测通道，用于安装探测器，比如第172号组件带有分组号2表示其布置有第2组探测通道以安装第2组探测器中的1个。方框内左上角的数字表示第1组探测通道中距离该组件最近的探测通道所在的组件序号，左下角的数字表示第2组探测通道中距离该组件最近的探测通道所在的组件序号，右上角的数字表示第4组探测通道中距离该组件最近的探测通道所在的组件序号，右下角的数字表示第3组探测通道中距离该组件最近的探测通道所在的组件序号，例如第1组探测通道中距离第172个组件最近的探测通道位于组件160中，第2组探测通道中距离第172个组件最近的探测通道位于组件177中，第3组探测通道中距离第172个组件最近的探测通道位于组件175中，第4组探测通道中距离第172个组件最近的探测通道位于组件162中。本实施例中的堆芯在线监测系统软件可以但不限于采用RAINBOW堆芯在线监测系统软件。

现有技术中在无探测器数据的情况下，在线监测系统软件无法正常连续稳定地运行，进而影响堆芯的监测。因此在无探测器数据的情况下，如何保障在线监测系统软件能够正常连续稳定地运行，并且尽可能准确地给出堆芯的功率分布等被监测参数的实时数据是值得需要研究的问题。本实施例提出一种应对探测器失效的方法，即采用三维耦合系数法先计算出失效电流值，进而计算得到堆芯功率分布和其他被监测参数值，提高了RAINBOW在线监测系统软件的稳定性和可靠性。只要探测器失效数量小于等于307个，在线监测系统软件仍然能够连续稳定运行，具体实现方法为首先计算出堆内探测器在当前功率下理论电流分布，再使用三维耦合系数法根据理论电流分布计算出电流耦合值，进而计算出失效探测器的电流值，最后结合实际测量得到的电流值计算得到堆芯的功率分布等被监测数据值，通过使用这种技术，RAINBOW在线监测系统软件具备了应对探测器失效的能力。下面详述具体的应对方法。

用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法，包括步骤S11-S13：

S11、计算出堆内探测器在当前功率下理论电流分布，获得各探测器的理论计算电流；

S12、根据步骤S11中获得的理论电流分布使用三维耦合系数法计算出三维电流耦合系数；

S13、根据步骤S12中获得的三维电流耦合系数计算出失效探测器的电流值。

其中，步骤S11为现有技术，可以在事前计算出各探测器的理论计算电流，在堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法只需要获得该理论计算电流并用于步骤S12和S13使用即可，因此其计算方法本实施例中不再赘述，属于现有技术。

步骤S12具体如下：

对每个失效探测器，采用公式(1)计算其三维电流耦合系数<CC>_i：

其中：i为探测器的编号，i的取值为1，2，…，i_max中的1个或多个，i_max为探测器总个数，本实施例中i_max＝308；

I_i ^cal为步骤S11中计算出的第i个探测器的理论计算电流；

I_iε ^cal为第i个探测器的第ε个相邻探测器的理论计算电流，所述的相邻是指前、后、上、下、左、右方向上相邻，ε为相邻探测器的相邻编号，ε＝1，2，3，…，L；

L为与第i个探测器相邻的探测器个数，最大值为6，最小值为3，I_iε ^cal由步骤S11中计算得出。

步骤S13中，第i个探测器的电流I_i计算方法如下：

I_iε为第i个探测器的第ε个相邻探测器的探测电流，ε＝1，2，3，…，L；

I_iε分为有效和失效2种状态，第i个探测器的所有相邻探测器电流I_iε均有效时，I_i有效状态的取值直接通过公式(2)便可计算得出；

其中1个无效时，失效电流需要通过以下方式计算：

SS1、构建未知电流向量为I_u，N_dis为失效探测器个数，I_u的元素为各失效探测器的电流，为未知量，未知量个数共N_dis个，I_UJ表示第J个失效探测器的电流，J＝1，2，3，…，N_dis；I_U1表示第1个失效探测器的电流，I_U2表示第2个失效探测器的电流，以此类推；

SS2、对每个失效探测器，计算出与其相邻的探测器的有效电流值之和，与第J个失效探测器相邻的探测器的有效电流值之和为I_kJ，I_kJ＝∑I_iε，ε＝1，2，3，…，L；此时i的取值应为第J个失效探测器的实际编号，当其相邻的探测器存在失效状态时，该相邻探测器的有效电流值取0，否则取其实际探测到的有效电流值；

SS3、构建已知电流向量和I_k，I_kJ表示第J个失效探测器的电流，J＝1，2，3，…，N_dis；即，I_k各元素取值为与I_u对应元素相关的有效电流值之和∑I_iε，如果没有相关的有效电流值(即周围探测器全部失效)，则取值为0；

SS4、构建耦合方程组，求解各失效电流值

未知电流向量为I_u和已知电流向量和I_k存在以下关系：

A·I_u＝I_k (3)

其中：A为根据所有失效探测器的位置关系构建的N_dis阶系数矩阵，结构如下：

A的对角元为L·<CC>_(i)，非对角元a_xy的取值为-1或0，x＝1，2，3，…，N_dis；y＝1，2，3，…，N_dis；x≠y，a_xy表示第x个失效探测器与第y个试下探测器之间的位置关系，如果第x个探测器与第y个探测器位置相邻则a_xy取值为-1，否则为0；

通过占优高斯消元法求解公式(3)，即可得到所有失效电流的值。这样所有探测器的I_i都被恢复出来。通过占优高斯消元法求解公式(3)属于现有技术，本实施例不再详细介绍其求解方法。

本实施例中，使用该电流恢复方法可将失效探测器的电流数据恢复，从而保证了反应堆堆芯功率分布等被监测数据的完整性和一定精度，使得RAINBOW在线监测系统运行时具备一定的稳定性和可靠性。

【实施例2】

在实施例1的基础上，本实施例提供一种用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法，包括以下步骤：

S1、采用上述用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法计算出所有失效探测器的失效电流值；

S2、根据步骤S1中获得的失效电流值计算出堆芯功率分布和核焓升因子，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、求解全堆燃料棒线功率密度(LPD)分布：

对每一个安装有探测通道的组件块都求取其线功率密度，对于探测层编号为p、组件编号为q、组件块编号为m的组件块，其上的探测通道编号为,j(n)，其线功率密度求法如式(4)：

其中，p为探测层编号，q为组件编号，m为组件块编号，每个组件具有m个组件块，该m个组件块分布在p层上；本实施例中m的取值范围为1～28，q的取值范围为1～177，p的取值范围为1～7。j(n)为探测通道编号，本实施例中，其可以采用顺序编号，也可以采用组件序号+分组号的编号方式，只要保证每个探测通道编号唯一、可区分即可。本实施例中采用后者，图1中第一个探测通道编号为1-1，第二个为3-4。

是序号为q的组件的m号组件块的LPD，m号组件块属于p探测层，其取值由m号组件块上的j(n)探测通道p层探测器示值求得；

FM是组件内燃料棒数量，为已知量；

W_Total为堆芯总核功率，为已知量；

N_Core为堆芯组件总数，为已知量；

H_Core为堆芯活性段高度，为已知量；

KK_mpq为q组件p探测层m组件块的精细功率峰因子；

KP_mpq、KP_mpq(n)分别为q和j(n)探测通道所在组件的p探测层m组件块的平均功率；

J_pq(n)为j(n)探测通道所在组件p层探测器的标准电流；

λ_mpq(n)为j(n)探测通道所在组件p探测器层的电流到q组件的m组件块的功率转换系数，

在部分探测器失效的情况下，将失效探测器对应的步骤S1中获得的失效电流值带入公式(4)计算出线功率密度；

S22、核焓升因子F_ΔH的求解

根据公式(4)所求线功率密度，按如下公式求得F_ΔH：

对于序号为q的组件，其核焓升因子F_ΔHq计算公式如下：

其中，是序号为q的组件的m号组件块的线功率密度值；

ΔH_mpq为序号为q的组件m号组件块的长度；

W_Total为堆芯总核功率；

N_Core为堆芯组件总数；

FM为组件内燃料棒数量；

求和是对q组件所有轴向段进行；

S23、归一化轴向功率分布F(z)的求解

序号为q的组件m号组件块的归一化轴向功率分布F(z)_mq计算如下式

其中，M代表轴向节块数量，本实施例中，如图2所示，M＝28。

本实施例中，可以进一步利用恢复出的失效探测器电流获得堆芯的参数，保障在线监测系统软件正常连续稳定地运行，尽可能准确地给出堆芯的功率分布等被监测参数的实时数据。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法，其特征在于，包括：

S11、获得各探测器的理论计算电流；

S12、根据步骤S11中获得的理论电流分布使用三维耦合系数法计算出三维电流耦合系数；

S13、根据步骤S12中获得的三维电流耦合系数计算出失效探测器的电流值。

2.根据权利要求1所述的用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法，其特征在于，步骤S12具体如下：

对每个失效探测器，采用公式(1)计算其三维电流耦合系数<CC>_i：

其中：i为探测器的编号，i的取值为1，2，…，i_max中的1个或多个，i_max为探测器总个数；

I_i ^cal为步骤S11中计算出的第i个探测器的理论计算电流；

I_iε ^cal为第i个探测器的第ε个相邻探测器的理论计算电流，所述的相邻是指前、后、上、下、左、右方向上相邻，ε为相邻探测器的相邻编号，ε＝1，2，3，…，L；L为与第i个探测器相邻的探测器个数，I_iε ^cal由步骤S11中得出。

3.根据权利要求2所述的用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法，其特征在于，步骤S13中，第i个探测器的电流I_i计算方法如下：

I_iε为第i个探测器的第ε个相邻探测器的探测电流，ε＝1，2，3，…，L；

I_iε分为有效和失效2种状态，第i个探测器的所有相邻探测器电流I_iε均有效时，I_i有效状态的取值直接通过公式(2)计算得出；

其中1个无效时，失效电流需要通过以下步骤SS1-SS4计算：

SS1、构建未知电流向量为I_u，N_dis为失效探测器个数，I_u的元素为各失效探测器的电流，为未知量，I_UJ表示第J个失效探测器的电流，J＝1，2，3，…，N_dis；

SS2、对每个失效探测器，计算出与其相邻的探测器的有效电流值之和，与第J个失效探测器相邻的探测器的有效电流值之和为I_kJ，I_kJ＝∑I_iε，ε＝1，2，3，…，L，此时i的取值应为第J个失效探测器的编号，当其相邻的探测器存在失效状态时，该相邻探测器的有效电流值取0，否则取相邻探测器实际探测到的有效电流值；

SS3、构建已知电流向量和I_k，I_kJ表示第J个失效探测器的电流，J＝1，2，3，…，N_dis；

SS4、构建耦合方程组，求解各失效电流值

未知电流向量为I_u和已知电流向量和I_k存在以下关系：

A·I_u＝I_k (3)

其中：A为根据所有失效探测器的位置关系构建的N_dis阶系数矩阵，结构如下：

A的对角元为L·<CC>_(i)，非对角元a_xy表示第x个失效探测器与第y个试下探测器之间的位置关系，a_xy的取值为-1或0，x＝1，2，3，…，N_dis；y＝1，2，3，…，N_dis；x≠y，如果第x个探测器与第y个探测器位置相邻则a_xy取值为-1，否则为0；

通过占优高斯消元法求解公式(3)，即可得到所有失效电流的值。

4.用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用权利要求1-3中任一所述的用于堆芯在线监测的探测器失效电流恢复方法计算出失效电流值；

S2、根据步骤S1中获得的失效电流值计算出堆芯功率分布和核焓升因子。

5.根据权利要求4所述的用于堆芯在线监测的探测器失效应对方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、求解全堆燃料棒线功率密度分布：

其中，p为探测层编号，q为组件编号，m为组件块编号，j(n)为探测通道编号；

是序号为q的组件的m号组件块的线功率密度，m号组件块属于p探测层，由q的组件的m号组件块上的j(n)探测通道p层探测器示值求得；

FM是组件内燃料棒数量，为已知量；

W_Total为堆芯总核功率，为已知量；

N_Core为堆芯组件总数，为已知量；

H_Core为堆芯活性段高度，为已知量；

KK_mpq为q组件p探测层m组件块的精细功率峰因子；

KP_mpq(n)为j(n)探测通道所在组件的p探测层m组件块的平均功率；

J_pq(n)为j(n)探测通道所在组件p层探测器的标准电流；

λ_mpq(n)为j(n)探测通道所在组件p探测器层的电流到q组件的m组件块的功率转换系数，

在部分探测器失效的情况下，将失效探测器对应的步骤S1中获得的失效电流值带入公式(4)计算出线功率密度；

S22、核焓升因子F_ΔH的求解

根据公式(4)所求线功率密度，求核焓升因子，对于序号为q的组件，其核焓升因子F_ΔHq计算公式如下：

其中，是序号为q的组件的m号组件块的线功率密度值；

ΔH_mpq为序号为q的组件m号组件块的长度；

W_Total为堆芯总核功率；

N_Core为堆芯组件总数；

FM为组件内燃料棒数量；

求和是对q组件所有轴向段进行；

S23、归一化轴向功率分布F(z)的求解

序号为q的组件m号组件块的归一化轴向功率分布F(z)_mq计算如下式：

其中，M代表轴向节块数量。