CN114596972A - 一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，涉及堆外探测器控制棒修正技术领域，S1、首先通过模拟计算建立堆外探测器响应与控制棒棒位的对应关系；S2、计算控制棒阴影效应修正因子；S3、应用修正因子。本发明模拟控制棒移动过程中堆外探测器的响应，获得与控制棒棒位相关的阴影效应修正因子；然后应用修正因子对堆外探测器测量的功率进行修正，减小控制棒阴影效应的影响。
Description
技术领域
本发明涉及堆外探测器控制棒修正技术领域，具体为一种减小控制棒阴影效应对堆外探测器信号影响的修正方法。
背景技术
反应堆普遍使用堆外探测器信号进行停堆保护；这种停堆保护方式的工作原理是使用布置在反应堆外围的探测器测量泄漏到反应堆外的中子，基于这些泄漏中子获得的测量信号正比于反应堆的功率水平，如果堆外探测器测得的中子注量率或其变化率突破了保护系统中预设的停堆整定值，将触发反应堆停堆；使用堆外探测器进行反应堆监测和保护具有响应快，不受堆内高温、高压、高辐射环境的限制，并可提供连续监测等优点；
堆外探测器的缺点是其布置在堆外，无法探测堆芯功率分布的变化，因此测量精度受堆芯功率分布的影响；其中，影响最为显著的因素是控制棒阴影效应，即反应堆堆芯中控制棒的移动影响功率分布，进而影响堆外探测器信号；为说明控制棒阴影效应，可以考虑一种假想情况：向功率运行中的反应堆堆芯注入硼酸引入负反应性，同时提升控制棒引入正反应性，引入的负、正反应性正好抵消；此过程中，由于引入的总反应性是零，实际的反应堆功率是保持不变的，但堆外探测器信号可能发生变化：如果被提升的控制棒靠近堆外探测器，则探测器测量信号会增大，这是因为控制棒周围燃料功率增加了，泄漏到堆外探测器的中子就增加了；如果被提升的控制棒远离堆外探测器，则探测器测量信号会减小，这是因为在总功率不变的前提下，靠近堆外探测器的燃料功率降低了，泄漏到堆外探测器的中子也就减少了；因此，控制棒阴影效应会导致堆外探测器测量的功率水平偏离反应堆实际功率水平；
反应堆运行时，操纵员会定期检查堆外探测器测得的功率是否与反应堆实际功率一致，如果偏差过大则对堆外探测器功率进行校准；目前这种校准是手动进行的，而且校准时需要将控制棒由自动控制切换模式为手动控制模式，不利于反应堆控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，以解决上述背景技术中提出的不利于反应堆控制等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，包括以下步骤：
S1、首先通过模拟计算建立堆外探测器响应与控制棒棒位的对应关系；
S101、计算时，取首循环、过渡循环、平衡循环，每个循环至少取寿期初、寿期中、寿期末三个燃耗点，每个燃耗点取100％功率水平，使用堆芯程序模型控制棒从全提位置连续插入直至插入极限位置，或者从插入极限位置连续提升直至全提位置；
S102、在S101中每一个棒位下计算得到三维堆芯功率分布后，将三维节块相对功率乘以堆外探测器响应函数，从而得到预期的堆外探测器功率水平；
S103、将通道内不同探测器的功率求和；
S2、计算控制棒阴影效应修正因子；
S201、归一化处理：在S1中，得到了在不同的循环和燃耗点，堆外探测器功率与控制棒棒位的对应关系；某一循环中某一燃耗点记为一个工况，用c表示；控制棒棒位用s表示；一个工况、一个棒位下得到的通道i探测器功率记为
S202、对不同工况进行平均；
S3、应用修正因子。
优选的，所述S101过程中，相邻两组控制棒之间应满足实际运行时采用的重叠步设置；为保证精度，控制棒棒位间隔应足够小，取1～10步。
优选的，所述S102中具体计算式为：
这里i为堆外探测器通道编号，j为一个通道内不同探测器的编号，
为对应探测器的功率，
为堆芯某一具体径向和轴向网格位置处的功率，用符号l标识径向，用符号m标识轴向，w(i,j)←(l,m)是预先准备好的堆外探测器响应函数，它表示在堆芯l，m网格内各向同性产生的一个裂变中子在堆外第i个通道第j个探测器中被探测到的概率，Vl，m为网格的体积。
优选的，所述S103中得到该通道探测器的总功率Pi D：
优选的，所述S201中，需按如下方式进行归一化处理：
这里
表示归一化后的堆外探测器功率，s0表示归一化基准棒位；对 s0没有特别的要求，可取任一棒位。
优选的，所述S202中，设工况c的总数目为C，对各个工况下对应的归一化功率进行平均，得到：
这里Fi,s即为通道i、棒位s对应的控制棒阴影效应修正因子；如果S101 计算时棒位间隔取的不是1，这种情况下Fi,s就没有覆盖到所有的棒位；对这种情况，基于相邻两个取到的棒位进行线性插值，从而补全未取到的棒位对应的修正因子。
优选的，所述S3中，将实测的功率量程通道功率除以S202中得到的修正因子，即可得到修正后的通道功率：
这里，
为在棒位s，修正后的堆外探测器通道i功率；
为相应的修正前的测量功率；Fi,s为控制棒阴影效应修正因子；Fi,cal中，下标cal 表示最近一次操纵员进行堆外探测器功率校准时控制棒所在的棒位，Fi,cal为校准棒位下对应的修正因子；S202中，选取了s0作为基准棒位，该信息包含在了修正因子Fi,s中，即有Fi,s0＝1.0；操纵员最近一次校准时所在棒位作为基准棒位；因此，公式4分母中的Fi,s应除以Fi,cal。
优选的，所述S1到S3中：对于控制棒有两种移动序列的反应堆，应该对每一种移动序列分别进行S1到S3的处理，即计算两套修正因子，分别用于每一种移动序列，移动序列为：“序列1、棒组1—棒组2—棒组3—棒组4”和“序列2、棒组4—棒组3—棒组2—棒组1”；应分别进行处理；
优选的，所述S1到S3中：对于设置有两套或两套以上调节棒组的反应堆，只对阴影效应强的控制棒进行修正；
优选的，所述S1到S3中：于大多数反应堆，堆芯装载呈旋转对称布置，同时堆外探测器通道相对于堆芯也呈对称布置，这种情况下，各个通道的修正因子是通用的，针对任意通道计算得到的修正因子适用于其他通道；
优选的，所述S1到S3中：在应用时，堆外核测系统需要获取：当前控制棒移动序列、当前控制棒棒位、预先设置在系统中的仅与控制棒移动序列和控制棒棒位相关的阴影效应修正因子。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明模拟控制棒移动过程中堆外探测器的响应，获得与控制棒棒位相关的阴影效应修正因子；然后应用修正因子对堆外探测器测量的功率进行修正，减小控制棒阴影效应的影响。
附图说明
图1为本发明实施方式流程图；
图2为本发明实施例1预期堆外探测器功率份额；
图3为本发明实施例1预期堆外探测器归一化功率；
图4为本发明实施例1序列1的阴影效应修正系数；
图5为本发明实施例1修正后堆外探测器功率；
图6为本发明实施例2预期堆外探测器功率份额；
图7为本发明实施例2预期堆外探测器归一化功率；
图8为本发明实施例2序列1的阴影效应修正系数；
图9为本发明实施例2修正后堆外探测器功率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，第一实施例：
以某堆芯中装载157组燃料组件的压水堆核电厂为例，对控制棒阴影效应修正方法进行阐述；该压水堆堆芯装载方案和堆外探测器布置均满足四分之一旋转对称性，因此各个堆外功率量程通道可使用同一套修正因子；该压水堆功率控制棒组有：“序列1、棒组1—棒组2—棒组3—棒组4”和“序列 2、棒组4—棒组3—棒组2—棒组1”两种移动序列；
S1、计算功率控制棒组连续插入堆芯过程中，预期的堆外探测器功率水平随控制棒棒位的变化，图2以平衡循环、功率控制棒组以序列1移动为例，给出了计算结果，如图2所示，横坐标为控制棒棒位，该棒位以“先导棒位”的方式给出，范围为从提升限值150步至零功率插入限值-780步；
S2、以150步为归一化基准棒位，对不同循环、不同燃耗点的堆外探测器功率-棒位曲线进行归一，得到结果如图3所示；
S3、对图3中每个棒位，取各个工况下的平均值，得到功率控制棒组序列1的阴影效应修正系数，如图4所示；
S4、应用图4中的修正因子，对图3各个工况下得到的堆外探测器功率进行修正，得到结果如图5所示；比较图5和图3可知，预期经过修正后的堆外探测器功率可很好地维持在堆芯实际功率值附近，本示例中为100％功率，控制棒阴影效应的影响大幅降低；
第二实施例：
以某堆芯中装载193组燃料组件的压水堆核电厂为例，对控制棒阴影效应修正方法进行阐述；该压水堆堆芯装载方案和堆外探测器布置均满足四分之一旋转对称性，因此各个堆外功率量程通道可使用同一套修正因子；该压水堆功率控制棒组有：“序列1、棒组1—棒组2—棒组3—棒组4”和“序列 2、棒组4—棒组3—棒组2—棒组1”两种移动序列；
S1、计算功率控制棒组连续插入堆芯过程中，预期的堆外探测器功率水平随控制棒棒位的变化；如图6所示以平衡循环、功率控制棒组以序列1移动为例，给出了计算结果；图2中，横坐标为控制棒棒位，该棒位以“先导棒位”的方式给出，范围为从提升限值150步至零功率插入限值-780步；
S2、以150步为归一化基准棒位，对不同循环、不同燃耗点的堆外探测器功率-棒位曲线进行归一，得到结果如图7所示；
S3、对图7中每个棒位，取各个工况下的平均值，得到功率控制棒组序列1的阴影效应修正系数，如图8所示；
S4、应用图8中的修正因子，对图7各个工况下得到的堆外探测器功率进行修正，得到结果如图9所示；比较图9和图7可知，预期经过修正后的堆外探测器功率可很好地维持在堆芯实际功率值附近，本示例中为100％功率，控制棒阴影效应的影响大幅降低；
通过上述方法模拟控制棒移动过程中堆外探测器的响应，获得与控制棒棒位相关的阴影效应修正因子；然后应用修正因子对堆外探测器测量的功率进行修正，减小控制棒阴影效应的影响。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、首先通过模拟计算建立堆外探测器响应与控制棒棒位的对应关系；
S101、计算时，取首循环、过渡循环、平衡循环，每个循环至少取寿期初、寿期中、寿期末三个燃耗点，每个燃耗点取100％功率水平，使用堆芯程序模型控制棒从全提位置连续插入直至插入极限位置，或者从插入极限位置连续提升直至全提位置；
S102、在S101中每一个棒位下计算得到三维堆芯功率分布后，将三维节块相对功率乘以堆外探测器响应函数，从而得到预期的堆外探测器功率水平；
S103、将通道内不同探测器的功率求和；
S2、计算控制棒阴影效应修正因子；
S201、归一化处理：在S1中，得到了在不同的循环和燃耗点，堆外探测器功率与控制棒棒位的对应关系；某一循环中某一燃耗点记为一个工况，用c表示；控制棒棒位用s表示；一个工况、一个棒位下得到的通道i探测器功率记为
S202、对不同工况进行平均；
S3、应用修正因子。
2.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S101过程中，相邻两组控制棒之间应满足实际运行时采用的重叠步设置；为保证精度，控制棒棒位间隔应足够小，取1～10步。
3.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S102中具体计算式为：
这里i为堆外探测器通道编号，j为一个通道内不同探测器的编号，
为对应探测器的功率，
为堆芯某一具体径向和轴向网格位置处的功率，用符号l标识径向，用符号m标识轴向，w(i,j)←(l,m)是预先准备好的堆外探测器响应函数，它表示在堆芯l，m网格内各向同性产生的一个裂变中子在堆外第i个通道第j个探测器中被探测到的概率，Vl，m为网格的体积。
4.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S103中得到该通道探测器的总功率Pi D：
5.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S201中，需按如下方式进行归一化处理：
这里
表示归一化后的堆外探测器功率，s0表示归一化基准棒位；对s0没有特别的要求，可取任一棒位。
6.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S202中，设工况c的总数目为C，对各个工况下对应的归一化功率进行平均，得到：
这里Fi,s即为通道i、棒位s对应的控制棒阴影效应修正因子；如果S101计算时棒位间隔取的不是1，这种情况下Fi,s就没有覆盖到所有的棒位；对这种情况，基于相邻两个取到的棒位进行线性插值，从而补全未取到的棒位对应的修正因子。
7.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S3中，将实测的功率量程通道功率除以S202中得到的修正因子，即可得到修正后的通道功率：
这里，
为在棒位s，修正后的堆外探测器通道i功率；
为相应的修正前的测量功率；Fi,s为控制棒阴影效应修正因子；Fi,cal中，下标cal表示最近一次操纵员进行堆外探测器功率校准时控制棒所在的棒位，Fi,cal为校准棒位下对应的修正因子；S202中，选取了s0作为基准棒位，该信息包含在了修正因子Fi,s中，即有Fi,s0＝1.0；操纵员最近一次校准时所在棒位作为基准棒位；因此，公式4分母中的Fi,s应除以Fi,cal。
8.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S1到S3中：对于控制棒有两种移动序列的反应堆，应该对每一种移动序列分别进行S1到S3的处理，即计算两套修正因子，分别用于每一种移动序列，移动序列为：“序列1、棒组1—棒组2—棒组3—棒组4”和“序列2、棒组4—棒组3—棒组2—棒组1”；应分别进行处理。
9.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S1到S3中：对于设置有两套或两套以上调节棒组的反应堆，只对阴影效应强的控制棒进行修正，。
10.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S1到S3中：于大多数反应堆，堆芯装载呈旋转对称布置，同时堆外探测器通道相对于堆芯也呈对称布置，这种情况下，各个通道的修正因子是通用的，针对任意通道计算得到的修正因子适用于其他通道。
11.根据权利要求1所述的一种对堆外探测器控制棒阴影效应的修正方法，其特征在于，所述S1到S3中：在应用时，堆外核测系统需要获取：当前控制棒移动序列、当前控制棒棒位、预先设置在系统中的仅与控制棒移动序列和控制棒棒位相关的阴影效应修正因子。
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| CN114596972B (zh) | 2024-01-26 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Address before: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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