CN114266157B

CN114266157B - 实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法、装置和设备

Info

Publication number: CN114266157B
Application number: CN202111582149.1A
Authority: CN
Inventors: 陈飞飞; 廖鸿宽; 刘同先; 彭星杰; 李庆; 王丹; 蔡云; 刘佳艺; 吴屈; 肖鹏; 刘琨; 谢运利
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2024-04-23
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: CN114266157A

Abstract

本发明公开了一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法、装置和设备，包括：按照升功率方案执行反应堆功率达到目标功率平台，按照稳定时间达到功率分布试验状态之后，进行通量图测量，得到全堆电流数据；根据各探测组件位置处的测量电流和测量时间，调用修正因子库中对应的电流修正因子，对测量得到的各测点电流数据进行修正，得到实测电流数据；根据堆芯理论数据库与修正得到的实测电流数据，进行堆内功率精细化重构，得到堆芯实测功率分布；根据堆芯实测功率分布得到堆芯关键参数实测值，计算堆芯关键参数实测值与堆芯关键参数理论值之间的偏差，验证该偏差是否满足验收准则。本发明可实现在任意时刻利用探测器信号作为信号源完成功率分布试验。

Description

实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法、装置和设备

技术领域

本发明属于核反应堆物理试验技术领域，具体涉及一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法、装置和设备。

背景技术

物理启动试验是核电厂设计和运行相关核安全法规、核安全导则和行业标准要求的在调试启动和换料启动阶段必须进行的验证过程，其中升功率试验是验证理论设计和安全指标均满足相应验收准则、安全准则的关键步骤，只有在当前功率平台下相关参数通过验收准则才允许继续下一步升功率操作。

功率分布试验的目的是分别在反应堆处于0％FP(满功率)、10％FP、30％FP、50％FP、75％FP和100％FP平台，证明堆芯功率分布遵守设计准则，验证堆芯热点因子F_Q、核焓升因子F_△H以及组件功率在安全限值内。

在传统的升功率试验中，由于堆芯状态发生变化之后，反应堆内氙分布也将发生显著变化，传统功率分布试验是在升功率操作达到目标功率平台后，稳定运行48小时，达到氙平衡状态后，通过平衡氙状态下堆芯理论预计值与实测值进行比较后获得功率分布偏差，验证是否满足验收准则，部分核电厂通过理论设计分析表明，在稳定运行24小时候获取的堆芯实测数据与理论设计值满足设计验证需求，实现了将功率分布试验稳定时间缩短至24小时。

由于核电厂经济效益与满功率运行时间密切相关，功率分布试验的稳定时间直接影响核电厂负荷因子，过长的稳定时间直接降低了电厂经济效益，因此很多核电厂在实际运行中已经开展了升功率试验优化研究，目前主要思路是通过模拟计算，在升功率完成之后等待不同时间间隔，找到与理论氙平衡状态堆芯关键参数偏差较小的等待时间间隔，以此间隔作为升功率等待时间，完成理论计算值对比分析之后确定出每一个升功率平台下等待时间间隔，在此间隔下进行理论值与实测值对比，验证相关验收准则是否满足，如图1所示。上述方法能够在部分核电厂启动物理试验中采用，主要由于在等待使得参数偏差较小的时间间隔之后，堆芯数据测量需要大约2小时才能完成，而在完成等待时间间隔之后，开始测量，堆芯参数变化较小，可以将整个测量过程中的数据看作是完成等待之后立刻进行测量而得到的数据，但该方法存在的主要问题在于需要依靠试验数据的具体结果确定是否可能缩短等待时间，通常来说缩短等待时间堆芯内部氙毒物浓度未达到平衡状态，计算结果相对于氙平衡状态偏于保守，因此很容易出现当缩短等待时间之后相关验收准则无法满足导致超限的情况，仍然需要等待24小时后进行补充试验，导致试验操作的额外增加。同时，此方法的主要理论依据在于缩短时间后的实测数据与理论设计值的偏差大于平衡氙状态下的实测值与理论设计值的偏差，但非平衡态的氙分布对于功率分布的扰动并不一定是增大偏差，从而使得反应堆的安全无法得到验证。

发明内容

为了克服现有升功率试验过程方法存在的局限，本发明提供了一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，本发明可实现在任意时刻利用探测器信号作为信号源完成功率分布试验。

本发明通过下述技术方案实现：

一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，包括：

按照预设的升功率方案执行反应堆功率达到目标功率平台，按照预设的稳定时间达到功率分布试验状态之后，进行通量图测量，得到全堆电流数据；

根据各探测组件位置处的测量电流和测量时间，调用修正因子库中对应的电流修正因子，对测量得到的各测点电流数据进行修正，得到全堆实测电流数据；

根据堆芯理论数据库与修正得到的实测电流数据，进行堆内功率精细化重构，得到堆芯实测功率分布；

根据堆芯实测功率分布得到堆芯关键参数实测值，计算堆芯关键参数实测值与堆芯关键参数理论值之间的偏差，验证该偏差是否满足验收准则。

优选的，本发明的堆芯关键参数理论值获取方式为：

模拟反应堆功率分布试验过程，完成模拟堆芯升功率达到目标功率平台，在预设等待时间之后计算堆芯理论功率分布；

根据堆芯理论功率分布计算得到堆芯关键参数理论值。

优选的，本发明的堆芯理论数据库获取方式为：

根据当前堆芯状态产生目标功率平台的瞬态理论数据库。

优选的，本发明的修正因子库获取方式为：

针对拟开展通量图试验的核反应堆，建立反应堆物理计算模型；

按照预设的升功率方案及等待时间，获取各测量时刻堆芯测点处理论电流值，以及完成等待时间之后该测点理论电流值；

对各测量时刻堆芯测点处理论电流值进行处理，计算出各测点处的电流修正因子；由各测点处的电流修正因子构成修正因子库。

优选的，本发明采用下式对测量得到的各测点电流数据进行修正：

I_实测(n)＝It(n)×Ct(n)；

式中，It(n)表示测点n的电流数据，Ct(n)为测点n对应时刻对应位置的修正因子，I_实测(n)表示测点n的实测电流数据。

优选的，本发明的目标功率平台为0％FP、50％FP、75％FP或100％FP平台。

第二方面，本发明提出了一种实现任意时刻反应堆功率分布试验装置，包括测量控制模块、修正模块、重构模块和验证模块；

其中，所述测量控制模块用于按照预设的升功率方案执行反应堆功率达到目标功率平台，按照预设的稳定时间达到功率分布试验状态之后，进行通量图测量，得到全堆电流数据；

所述修正模块根据各探测组件位置处的测量电流和测量时间，调用修正因子库中对应的电流修正因子，对测量得到的各测点电流数据进行修正，得到全堆实测电流数据；

所述重构模块根据堆芯理论数据库与修正得到的实测电流数据，进行堆内功率精细化重构，得到堆芯实测功率分布；

所述验证模块根据堆芯实测功率分布得到堆芯关键参数实测值，计算堆芯关键参数实测值与堆芯关键参数理论值之间的偏差，验证该偏差是否满足验收准则。

优选的，本发明的装置还包括仿真模块；

所述仿真模块用于模拟反应堆功率分布试验过程，完成模拟堆芯升功率达到目标功率平台，在预设等待时间之后计算堆芯理论功率分布，并根据堆芯理论功率分布计算得到堆芯关键参数理论值和当前堆芯状态产生目标功率平台的瞬态理论数据库。

第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。

第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明采用高精度堆芯计算程序进行堆芯建模，精确计算任意时刻下的反应堆堆芯理论数据库，结合当前时刻探测器实测电流数据获取实测堆芯功率分布，以此与高精度堆芯计算程序获得的堆芯理论设计值进行对比，达到验证堆芯功率分布的目的，解决了升功率试验需要等待堆芯达到氙平衡状态的问题。

本发明通过修正测量过程的电流数据，将不同测点的电流值修正为完成等待时间之后立刻进行测量而得到的电流数据，可显著缩短升功率试验总体时间，可在达到升功率平台后的0h至24h的任意时刻开展功率分布试验。

本发明无需进行任何硬件改造和采用额外的附件设备即可完成功率分布试验，同时升功率平台等待时间的减少也不会影响其他试验进行。

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为现有方法流程示意图。其中，函数F表示稳定运行时间之后堆芯关键参数集合。

图2为本发明的方法流程示意图。

图3为本发明的计算机设备结构示意图。

图4为本发明的装置原理框图。

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。

实施例1

针对核电厂的物理启动试验中升功率平台试验，本实施例提供了一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，本实施例通过高精度堆芯计算程序，实现在堆内非氙平衡条件下堆芯参数的准确计算，同时按照设定的反应堆工况变化水平获得设定的稳定时间之后的堆芯理论数据库，结合堆芯探测器信号，通过测量过程全堆电流值修正，得到设定的稳定时间之后的全堆实测电流数据，从而获得任意时刻的堆芯实测参数，与理论设计值比较，完成升功率平台试验中的试验参数对比与验收。

如图2所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤1、确定一功率平台的稳定时间，模拟升功率试验过程及稳定时间的堆芯状态，获得该功率平台的堆芯理论设计值和该功率平台的理论数据库。

步骤2、根据设定的核反应堆升功率方案以及稳定时间方案计算设定的通量图时间范围内各时刻对应的电流修正因子，并将电流修正因子制作成修正因子库供实测电流测量使用；

步骤3、按照设定的升功率方案执行反应堆功率达到目标功率平台，按照设定的稳定时间达到功率分布试验状态，利用堆内测量装置进行通量图测量，获得堆内电流数据，根据各探测组件位置处的测量电流和测量时间，调用修正因子库中对应时刻对应测点位置处的电流修正因子Ct(n)，采用式(1)对测量过程中各测点电流数据进行修正，得到全堆实时电流测量值即全堆实测电流数据；

I_实测(n)＝It(n)×Ct(n) (1)

本实施例对测量过程中各测点电流数据进行修正原理为：

开展功率分布试验，将堆芯功率升至目标平台并等待X小时之后，记录此时刻T₀，针对堆芯不同测点位置进行实测电流测量，记录测点n的测量电流值It(n)，以及时刻T。由测点n及测量时刻T与开始测量时刻T₀的时间间隔ΔT调用该测点的电流修正因子Ct(n)，根据公式(1)得到测点n在T₀时刻电流值I_实测(n)，记录完成所有测点测量时刻T_total。将所有测点电流值修正为完成等待时间之后的实时电流测量值，结合理论数据库实现堆芯实测数据获取。

步骤4、根据堆芯理论数据库与修正后的实测电流数据，采用高精度功率分布拓展程序进行堆内功率精细化重构，得到堆芯实测功率分布。

步骤5、根据堆芯实测功率分布得到实测堆芯关键参数，并计算实测堆芯关键参数与堆芯理论设计值之间的偏差，验证堆芯理论设计与安全指标是否均满足相关限值要求。

在不同功率平台重复步骤1-步骤5，按设计要求开展升功率平台试验，即可完成所有功率平台堆芯关键参数验证。

本实施例的步骤1具体包括：

步骤1.1，采用高精度堆芯计算程序，模拟反应堆功率分布试验过程，完成模拟堆芯升功率达到目标功率平台后，在设置的等待时间X小时之后计算堆芯理论功率分布，并根据堆芯理论功率分布计算得到堆芯关键参数理论值；

步骤1.2，完成当前功率平台的分布试验模拟计算之后，模拟堆芯升功率过程，进入下一功率平台试验模拟，重复步骤1.2，直到完成所有功率平台下的堆芯理论关键参数计算，并获得试验过程堆芯理论数据库。

本实施例的步骤2中电流修正因子获取方式具体为：

步骤2.1，针对拟开展通量图试验的核反应堆，采用高精度堆芯物理计算程序建立反应堆物理计算模型。

步骤2.2，按照预设的升功率方案及等待时间，获取各测量时刻堆芯测点处理论电流值I_t，以及完成等待时间之后该测点理论电流值I₀。

步骤2.3，对各测量时刻堆芯测点处理论电流值进行处理，计算出各测点处的电流修正因子Ct(n)。

本实施例采用高精度堆芯计算程序进行任意时刻堆芯关键参数计算，避免了传统方法中升功率平台试验中的关键参数验证只能在堆芯处于氙平衡状态下进行；同时从理论上确保未达氙平衡状态下理论状态与实测堆芯状态保持一致，避免了由于理论数据库与实测状态不一致导致的参数超限以及额外的试验操作。

本实施例利用测量电流数据修正方法，将测量过程全堆各测点电流数据修正为该测点在完成等待时间后立刻进行测量而得到的电流数据，可获得与理论计算状态准确对应的实测电流数据，从而可在任意时刻下进行反应堆功率分布试验。

本实施例的高精度堆芯计算程序、高精度堆芯物理计算程序、高精度功率分布拓展程序均为nepri软件中的现有功能模块。

本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。

具体如图3所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。

计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。

计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口(局域网LAN接口)与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。

应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。

如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。

实施例2

本实施例提出了一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的装置，如图4所示，包括：测量控制模块、修正模块、重构模块和验证模块；

其中，该测量控制模块用于按照预设的升功率方案执行反应堆功率达到目标功率平台，按照预设的稳定时间达到功率分布试验状态之后，进行通量图测量，得到全堆电流数据；

该修正模块根据各探测组件位置处的测量电流和测量时间，调用修正因子库中对应的电流修正因子，对测量得到的各测点电流数据进行修正，得到全堆实测电流数据；

该重构模块根据堆芯理论数据库与修正得到的实测电流数据，进行堆内功率精细化重构，得到堆芯实测功率分布；

该验证模块根据堆芯实测功率分布得到堆芯关键参数实测值，计算堆芯关键参数实测值与堆芯关键参数理论值之间的偏差，验证该偏差是否满足验收准则。

本实施例的装置还包括仿真模块，该仿真模块用于模拟反应堆功率分布试验过程，完成模拟堆芯升功率达到目标功率平台，在预设等待时间之后计算堆芯理论功率分布，并根据堆芯理论功率分布计算得到堆芯关键参数理论值，同时根据当前堆芯状态产生目标功率平台的瞬态理论数据存储为理论数据库。

本实施例的装置还包括修正因子库，用于存储目标功率平台下各测点处的电流修正因子。

实施例3

本实施例以一核电厂为例对上述实施例1提出的方法进行验证，该电厂根据相关设计要求，在换料堆芯物理启动试验过程中升功率试验平台包括：0％FP、50％FP、75％FP、100％FP共计四个功率平台。预计将升功率平台稳定时间优化为0小时，每一次完成升功率操作后进行堆内所有测点测量共计花费2小时。

具体过程如下：

精确模拟升功率过程及功率分布试验状态，达到功率分布试验状态后，提取堆芯数据完成关键参数计算，得到堆芯关键参数理论值，同时根据当前堆芯状态产生当前功率平台的瞬态理论数据库。在理论模拟过程中，计算每一个功率平台下各测点在开始测量的0时刻至完成测量的2小时时刻之间不同时刻下理论电流值，根据计算的理论电流值建立该测点在不同功率水平下不同测量时刻的电流修正因子库。

完成理论模拟之后开展功率分布试验。首先在0％FP功率平台下进行不同测点电流测量，记录测点电流测量值以及对应的测量时刻与测点位置，并以此作为依据在修正因子库中检索以获得合适电流修正因子，利用电流修正因子对电流测量值进行修正，得到该测点测量电流修正值，以此作为测点的实测电流值。完成0％FP功率平台下所有测点电流测量与电流修正，得到该功率平台下所有测点的实测电流值，将实测电流数据结合理论数据库与高精度堆芯功率扩展程序获得堆芯实测功率分布，对比由实测功率分布计算得到堆芯关键参数的实测值与理论值，若满足验收准则，进行下一个功率平台试验。依次完成50％FP、75％FP、100％FP工况下的功率分布试验。

本实施例在0％FP、50％FP、75％FP、100％FP共计四个功率平台进行试验，其中前三个升功率平台最多可有效缩短等待时间总计72小时，对于整体启动物理试验过程优化效果明显，可以显著提高反应堆堆芯负荷因子，可以显著缩短功率分布试验时间，提高核电厂经济效应。

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

1.一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，其特征在于，包括：

根据堆芯实测功率分布得到堆芯关键参数实测值，计算堆芯关键参数实测值与堆芯关键参数理论值之间的偏差，验证该偏差是否满足验收准则；

所述修正因子库获取方式为：

2.根据权利要求1所述的一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，其特征在于，所述堆芯关键参数理论值获取方式为：

根据堆芯理论功率分布计算得到堆芯关键参数理论值。

3.根据权利要求1所述的一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，其特征在于，所述堆芯理论数据库获取方式为：

根据当前堆芯状态产生目标功率平台的瞬态理论数据库。

4.根据权利要求1所述的一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，其特征在于，采用下式对测量得到的各测点电流数据进行修正：

I_实测(n)＝It(n)×Ct(n)；

5.根据权利要求1所述的一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的方法，其特征在于，所述目标功率平台为0％FP、50％FP、75％FP或100％FP平台。

6.一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的装置，其特征在于，包括测量控制模块、修正模块、重构模块和验证模块；

所述验证模块根据堆芯实测功率分布得到堆芯关键参数实测值，计算堆芯关键参数实测值与堆芯关键参数理论值之间的偏差，验证该偏差是否满足验收准则；

所述修正因子库获取方式为：

7.根据权利要求6所述的一种实现任意时刻反应堆功率分布试验的装置，其特征在于，还包括仿真模块；

所述仿真模块用于模拟反应堆功率分布试验过程，完成模拟堆芯升功率达到目标功率平台，在预设等待时间之后计算堆芯理论功率分布，并根据堆芯理论功率分布计算得到堆芯关键参数理论值。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。