CN111653373A - 核电站压水反应堆临界试验方法及系统 - Google Patents

核电站压水反应堆临界试验方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核电站安全运营领域，公开了一种核电站压水反应堆临界试验方法及系统，其方法包括：控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；执行提棒操作；执行稀释操作直至满足预设终止条件；等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使核电机组处于临界状态；通过预设方法测量核电机组零功率试验参数。本发明提供的核电站压水反应堆临界试验方法，在大修换料时可有效节省维修时间，提高了工作人员的工作效率，同时可以保证核电机组的安全，并创造了巨额的经济效益。

Description

核电站压水反应堆临界试验方法及系统
技术领域
本发明属于核电站安全运营领域，更具体地说，是涉及一种核电站压水反应堆临界试验方法及系统。
背景技术
压水反应堆核电机组商业性循环运行一定时间后，需要进行换料。根据换料设计，部分燃料组件用新组件进行替代，换料后进入下一循环。由于堆内燃料组件装载发生变化，导致压水反应堆的物理特性发生改变。因而，在换料后，需要进行反应堆临界试验，检查堆芯装载的正确性及堆芯物理特性参数是否满足核安全以及设计标准的要求，确保机组的安全运行。
在进行临界试验前，需要稀释一回路的硼浓度，以增加反应堆的正反应性。然而，在实际操作中，对一回路的硼浓度进行稀释后，需要经历长时间的等待，使硼浓度分布均匀。据部分监测数据显示，原有核电机组等待硼浓度均匀的平均等待时间长达一个小时，最长多达3.7个小时。等待时间过长，一方面减少了核电站的运营利益，另一方面增加了工作人员的工作量。
因而，急需寻找一种新的核电站压水反应堆临界试验方法及系统，以减少硼浓度均匀的等待时间，提高核电站的运营效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电站压水反应堆临界试验方法及系统，以减少硼浓度均匀的等待时间，提高核电站的运营效益。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种核电站压水反应堆临界试验方法，包括：
控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；
执行提棒操作；
执行稀释操作直至满足预设终止条件；
等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；
当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使所述核电机组处于临界状态；
通过预设方法测量所述核电机组零功率试验参数。
可选的，所述预设模式为标准热停模式。
可选的，所述提棒操作包括：
将非R棒从第一指定位置提升至第二指定位置；
将R棒从第一指定位置提升至第三指定位置。
可选的，所述第一指定位置包括堆底第5步，所述第二指定位置包括堆顶225步，所述第三指定位置包括堆顶170步。
可选的，所述预设终止条件包括：
RPN源量程倒推计数率为0.1，或，
一回路硼浓度与外推临界硼浓度的差值为预设差值。
可选的，所述预设差值包括10ppm。
可选的，所述预设时长小于或等于30分钟。
可选的，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+100ppm。
可选的，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+50ppm。
可选的，达到预设稀释均匀标准时的一回路硼浓度，与充分均匀后的一回路硼浓度的偏差小于4ppm。
本发明还提供了一种核电站压水反应堆临界试验系统，包括：
开始操作模块，用于控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；
提棒模块，用于执行提棒操作；
稀释模块，用于执行稀释操作直至满足预设终止条件；
均匀模块，用于等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；
临界模块，用于当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使所述核电机组处于临界状态；
试验模块，用于通过预设方法测量所述核电机组零功率试验参数。
可选的，包括：
所述预设时长小于或等于30分钟；
所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+100ppm。
与现有技术相比，本发明提供的核电站压水反应堆临界试验方法及系统，由于设置了新的稀释均匀标准，在大修换料时可有效节省维修时间，提高工作人员的工作效率，同时可以保证核电机组的安全，并创造了巨额的经济效益。据测算，平均每台核电机组每年可节省发电损失28.66万元。按某核电基地6台核电机组剩余寿期22.89年计算，本发明提供的方案可节省的发电损失约为人民币4000万。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的核电站压水反应堆临界试验方法的流程示意图；
图2为某核电基地近两年不同核电机组不同循环次数所对应的R棒临界棒位的变化状况；
图3为某核电机组进行临界试验时的中子通量与R棒棒位随时间变化的状况。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现对本发明实施例提供的核电站压水反应堆临界试验方法进行说明。如图1所示，所述核电站压水反应堆临界试验方法，包括。
S10、控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；
S20、执行提棒操作；
S30、执行稀释操作直至满足预设终止条件；
S40、等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；
S50、当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使所述核电机组处于临界状态；
S60、通过预设方法测量所述核电机组零功率试验参数。
本实施例中，核电机组在进行临界试验前，需要将控制模式设置为特定的预设模式下，然后才可以实施达临界操作。达临界操作指的是核电机组从停堆状态向临界状态转化时实施的若干操作步骤，可以包括步骤S20-S50。预设模式指的是核电机组在停堆状态时的一种工作模式。可在该预设模式下通过达临界操作将核电机组从停堆状态转换到临界状态。在预设模式下，需要对堆外核测量系统(RPN)源量程计数、中间量程计数、以及上提温度调节棒组(R棒)的棒位数量等监测数据进行实时监测。
当上述监测数据均可以正常监测时，则可以开始执行提棒操作。提棒操作指的是提升控制棒的操作，用于提高核反应的正反应性。控制棒按功能分为不同的类型，如功率棒、R棒、安全停堆棒。不同类型的控制棒，其操作方式存在一定的差异。
稀释操作指的向一回路内注入稀释剂，降低一回路内的硼浓度，以提高核反应的正反应性。预设终止条件指的是可以停止注入稀释剂的条件。预设终止条件可参考的因素包括但不限于RPN源量程倒推计数率，一回路外推临界硼浓度。
在执行完稀释操作后，需要等待预设时长，使一回路内的硼浓度稀释均匀。一回路内的硼浓度稀释均匀指的是一回路硼浓度与稳压器硼浓度的差值小于预设稀释均匀标准中设置的浓度差值。预设稀释均匀标准是经多次反复试验，经历严格的理论分析和实际的安全验证后设置的标准。预设稀释均匀标准可以减少硼浓度均匀等待时间，但又不影响反应堆的安全性。只要一回路硼浓度与稳压器硼浓度不大于该浓度差值，即可进行下一步操作，大大减少了硼浓度均匀等待时间。
当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，可以继续提升R棒，使核电机组处于临界状态。R棒的提升幅度在1～20步之间。预设临界棒位处在堆顶171步至190步之间。
如图2所示，图2为某核电基地近两年不同核电机组不同循环次数所对应的R棒临界棒位的变化状况。
通常在均匀30min后，硼浓度差值平均降至约30ppm左右，最终影响约1.2ppm，对应R棒上提1～2步，不会出现一次无法达临界的情况。若执行现有的指定阈值(20ppm)，对应R棒上提1步。若将硼浓度差值扩展至50ppm，对应R棒上提3步。相比之下，对应R棒临界棒位只有2步的偏差，不会出现一次无法达临界的情况。同样的，若将硼浓度差值扩展至100ppm，对应R棒上提5步。相比之下，对应R棒临界棒位点只有4步的偏差，不会出现一次无法达临界的情况。由图2可以看出，即使临界棒位为190步，仍有35步的调整空间。
预设方法包括但不限于反应性仪校验方法和寻找核加热点方法。核电机组零功率试验参数，包括若干与核电站正常安全运行有关的物理参数，如提升控制棒后的临界硼浓度和等温温度系数、控制棒的积分价值、硼微分价值等。零功率试验可以验证有关核参数的安全准则和设计准则，验证堆芯换料设计的有效性，为实施提升功率试验创造良好的条件。
发明人还对调整后的预设稀释均匀标准进行了安全验证。其中，包括了以下三方面的影响。
第一方面，虽然执行预设稀释均匀标准后，稳压器与一回路混匀后，一回路硼浓度将升高，但升高幅度相当有限，处于反应性的可控范围，安全性得到保证。
第二方面，在现场实际操作，可通过RPN计数率来判断堆芯是否临界，如出现超临界问题可通过报警及保护及时发现。
第三方面，调整后的预设稀释均匀标准，并未改变任何事故分析假设，所以事故安全分析结果不受影响。
与硼浓度和硼微分价值相关事故及事故分析假设不确定性如下表1所示：
表1与硼浓度和硼微分价值相关事故及事故分析假设不确定性
Figure BDA0002481309720000061
由此可以看出，调整预设稀释均匀标准符合核电站的安全运营规范，不会增加反应堆的安全风险。
可选的，所述预设模式为标准热停模式。
本实施例中，标准热停模式是核电站的一种运行模式，具体指的是蒸汽发生器冷却正常停堆模式(NS/SG)。核电机组将在标准热停模式下从停堆状态向临界状态调整。
可选的，所述提棒操作包括：
将非R棒从第一指定位置提升至第二指定位置；
将R棒从第一指定位置提升至第三指定位置。
本实施例中，非R棒指的是除R棒以外的控制棒，如可以是功率棒和安全停堆棒。在停堆换料时，所有控制棒均处于第一指定位置。当反应堆准备开始临界试验时，需要进行提棒操作，提高核反应的正反应性。不同类型的控制棒，对应的提升幅度存在差异。例如，非R棒从堆底第5步(第一指定位置)提升至堆顶225步(第二指定位置)，R棒从堆底第5步(第一指定位置)提升至堆顶170步(第三指定位置)。
可选的，所述预设终止条件包括：
RPN源量程倒推计数率为0.1，或，
一回路硼浓度与外推临界硼浓度的差值为预设差值。
本实施例中，RPN源量程倒推计数率可以指根据RPN源量程数据计算出的计数值。当RPN源量程倒推计数率为0.1时，可以终止向一回路输入稀释剂。
或者，可以通过测量一回路硼浓度来决定终止输入稀释剂的时间点。在此处，一回路硼浓度等于外推临界硼浓度与预设差值(10ppm)的和。外推临界硼浓度指的是一回路达到临界时的硼浓度，该硼浓度为理论计算值。
在一试验中，通过测量反应堆堆芯中子通量，结合R棒棒位数据分析反应堆达临界过程中的反应性是否稳定。中子通量变化较小时，说明反应堆反应性较为稳定。
如图3所示，某核电机组在19:01停止稀释(图3中的第一纵向虚线所指的位置)；19:16(图3中的第二纵向虚线所指的位置)(即停止稀释后，等待硼浓度均匀15分钟)，已经满足反应性稳定要求；19:45(图3中的第三纵向虚线所指的位置)(等待硼浓度均匀30分钟)，中子通量已稳定，满足提R棒并寻找临界棒位的条件。该试验实际提R棒时间为20:43(等待硼浓度均匀1小时42分钟)，在该时刻，一回路硼浓度与稳压器硼浓度的差值小于20ppm。
可选的，所述预设时长小于或等于30分钟。
本实施例中，预设时长为一经验值。经试验，一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准的时间一般小于或等于30分钟。因而，预设时长可以认为是与原有稀释方法最显著不同的特点。
可选的，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+100ppm。
进行稀释操作时，在反应堆一回路加入大量的除盐清水(稀释剂)进行稀释后，一回路硼浓度会迅速降低。因稳压器与反应堆一回路是相互连接，稳压器中的硼浓度在水循环中下降速度较慢，造成反应堆一回路与稳压器硼浓度存在偏差。在稀释操作停止后的一段时间，稳压器硼浓度均高于一回路硼浓度。
反应堆一回路与稳压器的硼浓度偏差最终会对反应堆一回路硼浓度造成影响，造成反应性变化，进而影响到下一步提R棒寻找临界点。为分析具体影响，假定在某特定的硼浓度偏差下，最终实现充分均匀，即反应堆一回路与稳压器的硼浓度偏差为0时，对一回路硼浓度Δ(CBLOOP)的影响分析结果如下表2所示。
表2硼偏差充分均匀后一回路硼浓度改变量
Figure BDA0002481309720000081
由表2分析结果可知，稳压器(其硼浓度为CBPRES)对一回路的硼浓度改变有限。通常在均匀时间达到30min后，硼偏差平均已降至30ppm左右。当硼偏差降至0时，对一回路硼浓度的最终影响为1.2ppm；当稳压器与一回路的硼浓度偏差为100ppm，对一回路的硼浓度影响为改变也只有4.0ppm。相比手动取样存在的固有0.4％的误差(对应硼浓度8ppm)更小，故该偏差不影响对临界点的判断。反应堆一回路与稳压器硼浓度的差值越小，等待时间也越长。
一回路硼浓度与稳压器硼浓度的原有差值设置为20ppm。在相应的操作规程中，每隔15分钟从一回路和稳压器分别取样，通过化学分析方法测量相应的硼浓度。但一回路硼浓度与稳压器硼浓度之间的差值下降较慢，需要较长的等待时间。据部分监测数据显示，原有核电机组等待硼浓度均匀的平均等待时间长达一个小时，最长多达3.7个小时。
因而，当一回路硼浓度与稳压器硼浓度的差值小于或等于100ppm时，当前测量获得的一回路硼浓度与充分均匀后的一回路硼浓度的偏差小于4ppm，不会对堆芯达临界产生威胁。
此外，在试验的过程中，发明人还对稀释总水量与硼浓度均匀时间进行了分析，发现硼浓度均匀时间与稀释总水量无对应关系。
本发明实施例还提供了一种核电站压水反应堆临界试验系统，包括：
开始操作模块，用于控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；
提棒模块，用于执行提棒操作；
稀释模块，用于执行稀释操作直至满足预设终止条件；
均匀模块，用于等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；
临界模块，用于当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使所述核电机组处于临界状态；
试验模块，用于通过预设方法测量所述核电机组零功率试验参数。
可选的，所述预设模式为标准热停模式。
可选的，所述提棒操作包括：
将非R棒从第一指定位置提升至第二指定位置；
将R棒从第一指定位置提升至第三指定位置。
可选的，所述第一指定位置包括堆底第5步，所述第二指定位置包括堆顶225步，所述第三指定位置包括堆顶170步。
可选的，所述预设终止条件包括：
RPN源量程倒推计数率为0.1，或，
一回路硼浓度与外推临界硼浓度的差值为预设差值。
可选的，所述预设差值包括10ppm。
可选的，所述预设时长小于或等于30分钟。
可选的，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+100ppm。
可选的，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+50ppm。
可选的，达到预设稀释均匀标准时的一回路硼浓度，与充分均匀后的一回路硼浓度的偏差小于4ppm。
关于核电站压水反应堆临界试验系统的具体限定可以参见上文中对于核电站压水反应堆临界试验方法的限定，在此不再赘述。
本发明提供的核电站压水反应堆临界试验方法及系统，由于设置了新的稀释均匀标准，在大修换料时可有效节省维修时间，提高工作人员的工作效率，同时可以保证核电机组的安全，并创造了巨额的经济效益。据测算，平均可节省1.1个小时的维修时间，平均每台核电机组每年可节省发电损失28.66万元。按某核电基地6台核电机组剩余寿期22.89年计算，本发明提供的方案可节省的发电损失约为人民币4000万。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，包括：
控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；
执行提棒操作；
执行稀释操作直至满足预设终止条件；
等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；
当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使所述核电机组处于临界状态；
通过预设方法测量所述核电机组零功率试验参数。
2.如权利要求1所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述预设模式为标准热停模式。
3.如权利要求1所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述提棒操作包括：
将非R棒从第一指定位置提升至第二指定位置；
将R棒从第一指定位置提升至第三指定位置。
4.如权利要求3所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述第一指定位置包括堆底第5步，所述第二指定位置包括堆顶225步，所述第三指定位置包括堆顶170步。
5.如权利要求1所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述预设终止条件包括：
RPN源量程倒推计数率为0.1；或，
一回路硼浓度与外推临界硼浓度的差值为预设差值。
6.如权利要求5所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述预设差值包括10ppm。
7.如权利要求1所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述预设时长小于或等于30分钟。
8.如权利要求1所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+100ppm。
9.如权利要求8所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+50ppm。
10.如权利要求1所述的核电站压水反应堆临界试验方法，其特征在于，达到预设稀释均匀标准时的一回路硼浓度，与充分均匀后的一回路硼浓度的偏差小于4ppm。
11.一种核电站压水反应堆临界试验系统，其特征在于，包括：
开始操作模块，用于控制核电机组在预设模式下开始达临界操作；
提棒模块，用于执行提棒操作；
稀释模块，用于执行稀释操作直至满足预设终止条件；
均匀模块，用于等待预设时长，以使一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准；
临界模块，用于当一回路内的硼浓度满足预设稀释均匀标准，将R棒上提至预设临界棒位，使所述核电机组处于临界状态；
试验模块，用于通过预设方法测量所述核电机组零功率试验参数。
12.如权利要求11所述的核电站压水反应堆临界试验系统，其特征在于，包括：
所述预设时长小于或等于30分钟；
所述预设稀释均匀标准包括：
稳压器硼浓度减去一回路硼浓度的差值为-50～+100ppm。
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