CN115050496A - 一种压水堆堆外探测器单点校刻方法 - Google Patents

一种压水堆堆外探测器单点校刻方法 Download PDF

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Abstract

一种压水堆堆外探测器单点校刻方法，通过一次通量图测量试验确定堆外探测器校刻系数。方法具体为：根据堆内轴向功率偏移的理论计算值及实测值获得轴向功率偏移修正量，根据各通道堆外探测器轴向各节的电流信号计算值及实测值获得电流信号修正因子，再通过软件数值计算的方式模拟控制棒移动导致压水堆堆芯轴向功率扰动，获得多组堆内‑堆外轴向功率偏移的关系，确定堆外探测器校刻系数。本发明仅需通过一次通量图测量试验即可获得堆外探测器校刻系数，实现根据压水堆运行过程中的堆外探测器实时电流信号指示压水堆堆芯功率水平以及压水堆堆芯轴向功率偏差。

Description

一种压水堆堆外探测器单点校刻方法
技术领域
本发明涉及压水堆堆芯物理计算领域，具体涉及一种压水堆堆外探测器单点校刻方法。
背景技术
商用压水堆在功率运行期间一般采用功率量程探测器对堆芯状态进行监测，实时指示堆芯的功率水平以及轴向功率偏差。但是由于堆芯运行过程中，燃料组件的燃耗变化，各燃料循环换料导致的燃料组件布置变化以及堆外功率量程探测器的老化等因素，堆外探测器指示的堆芯状态会逐渐偏离真实值，需要每个季度根据堆内探测器对堆外探测器进行校刻，保证堆外探测器指示真实的功率水平和轴向功率偏差。
传统上主要采用氙振荡法对堆外探测器进行校刻，在固定功率水平下，通过移动控制棒以及调硼操作，引入堆芯轴向功率扰动，在堆芯稳定后，堆内探测器通过通量图测量获得堆内的轴向功率偏移，堆外探测器测量堆外的轴向功率偏移，根据多组控制棒移动后的测量数据获得堆外探测器校刻系数。这种方法需要在正常运行的堆芯中引入轴向功率扰动，增加了堆芯控制的难度，且存在一定的安全风险；另外，轴向功率扰动会引发氙振荡，堆芯稳定需要的时间较长，导致氙振荡法的总耗时较长，影响核电厂的经济性，也对核电厂的稳定运行造成一定的影响；氙振荡法校刻时需要进行多次的通量图测量，即堆内探测器需要多次插入堆芯中，增加了堆内探测器卡死在仪表管中的概率，同时频繁使用堆内探测器也会加快堆内探测器的老化；控制棒移动需要频繁的调硼操作，会不可避免地造成含硼水的浪费。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于一种压水堆堆外探测器单点校刻方法，通过一次通量图测量试验以及数值理论计算获得轴向功率偏移修正量以及电流信号修正因子；采用堆芯物理程序模拟控制棒移动，确定堆外探测器校刻系数，根据堆外探测器实时探测到的电流信号指示出堆芯的功率水平以及轴向功率偏差。
为了实现以上目的，本发明采取如下的技术方案予以实施：
一种压水堆堆外探测器单点校刻方法，包括如下步骤：
步骤1：采用压水堆堆芯物理程序对压水堆堆芯运行功率历史跟踪数据进行模拟，并对实施通量图测量试验的测量点进行数值理论计算，获得堆内轴向功率偏移理论计算值
Figure 373959DEST_PATH_IMAGE001
和各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j ，该各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j 通过数值理论计算的三维功率分布和响应函数计算获得；
步骤2：根据步骤1中堆内轴向功率偏移理论计算值
Figure 699898DEST_PATH_IMAGE001
和通量图测量试验获得的堆内轴向功率偏移实测值
Figure 597447DEST_PATH_IMAGE002
，计算轴向功率偏移修正量ΔAO in ，如公式（1）所示：
Figure 717849DEST_PATH_IMAGE003
公式（1）
式中：
ΔAO in —— 轴向功率偏移修正量；
Figure 232007DEST_PATH_IMAGE004
—— 根据通量图测量试验获得的堆内轴向功率偏移实测值；
Figure 361637DEST_PATH_IMAGE005
—— 堆内轴向功率偏移理论计算值；
步骤3：根据通量图测量试验获得的各通道轴向各节堆外探测器的电流信号实测值I i,j ，以及步骤1中各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j ，计算电流信号修正因子，如公式（2）所示：
Figure 379272DEST_PATH_IMAGE006
公式（2）
式中：
i —— 堆外探测器通道编号；
j —— 堆外探测器轴向各节编号；
ε i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号修正因子；
I i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号实测值；
R i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号理论计算值；
步骤4：采用压水堆堆芯物理程序模拟控制棒移动，引入轴向功率扰动，获得多个不同棒位处的堆内轴向功率偏移理论计算值和堆外探测器的电流信号理论计算值；
步骤5：根据步骤2的轴向功率偏移修正量和步骤3的电流信号修正因子，对步骤4的堆内轴向功率偏移理论计算值和堆外探测器的电流信号理论计算值进行修正，获得堆内轴向功率偏移修正值
Figure 201734DEST_PATH_IMAGE007
和堆外探测器电流信号修正值
Figure 203188DEST_PATH_IMAGE008
，如公式（3）和公式（4）所示；
Figure 372395DEST_PATH_IMAGE009
公式（3）
Figure 775695DEST_PATH_IMAGE010
公式（4）
式中：
Figure 769058DEST_PATH_IMAGE011
—— 堆内轴向功率偏移修正值；
Figure 992229DEST_PATH_IMAGE012
—— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号修正值；
步骤6：堆外探测器在轴向分为多节，取上部的各节堆外探测器电流信号为上部电流，取下部的各节堆外探测器电流信号为下部电流；根据步骤5中堆外探测器电流信号修正值，直接获得各通道堆外探测器的轴向功率偏差，如公式（5）所示；
Figure 729241DEST_PATH_IMAGE013
公式（5）
式中：
Figure 721468DEST_PATH_IMAGE014
—— 第i通道堆外探测器的轴向功率偏差；
Figure 620154DEST_PATH_IMAGE015
—— 第i通道堆外探测器的上部电流信号修正值；
Figure 596200DEST_PATH_IMAGE016
—— 第i通道堆外探测器的下部电流信号修正值；
步骤7：根据步骤4~步骤6，获得不同棒位状态下的堆内轴向功率偏移修正值
Figure 871324DEST_PATH_IMAGE017
和各通道堆外探测器的轴向功率偏差之间的关系；
Figure 983636DEST_PATH_IMAGE018
与
Figure 318802DEST_PATH_IMAGE017
成线性关系，通过最小二乘拟合获得拟合系数。
步骤8：根据步骤7中
Figure 250986DEST_PATH_IMAGE018
与
Figure 64222DEST_PATH_IMAGE019
的线性关系以及堆外探测器电流信号与压水堆堆芯功率水平的正比关系，获得堆外探测器校刻系数；根据该堆外探测器校刻系数，能够直接通过压水堆运行中堆外探测器实时探测的电流信号指示出压水堆堆芯功率水平以及压水堆堆芯轴向功率偏差。
与现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1. 本发明采用数值模拟计算代替实际控制棒移动操作，仅需通过一次的通量图测量试验，获得相应的轴向功率偏移修正量以及电流信号修正因子，控制棒移动的操作通过数值模拟实现，实现校刻系数的确定，大幅减少了堆外探测器校刻试验时间，减少了堆内探测器的损耗，提高了经济性，且避免了氙振荡法的诸多问题，保障了堆芯运行操作的安全性；
2. 本发明计算电流信号修正因子时，可直接采用理论计算的三维功率分布与响应函数结合获得电流信号理论计算值，无需实测的三维功率分布与响应函数的结合，使获得电流信号修正因子的过程更加便捷方便。
附图说明
图1 为堆外探测器单点校刻方法流程；
图2 为堆外探测器相对于堆芯位置径向示意图；
图3 为堆外探测器轴向各节探测器示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
本发明通过一次通量图测量试验确定堆外探测器校刻系数，根据堆外探测器实时电流信号指示出堆芯的功率水平以及轴向功率偏差，具体步骤如图1所示。
步骤1：采用压水堆堆芯物理程序，如Studsvik公司的Simulate程序，阿海珐的SMART程序等，对压水堆堆芯运行功率历史跟踪数据进行模拟，并对实施通量图测量试验的测量点进行数值理论计算，获得堆内轴向功率偏移理论计算值
Figure 529576DEST_PATH_IMAGE020
和各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j ，该各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j 通过数值理论计算的三维功率分布和响应函数计算获得，计算公式如下；
Figure 770064DEST_PATH_IMAGE021
式中：
R i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号理论计算值；
ω i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的响应函数；
P c —— 数值理论计算的三维功率分布；
r —— 空间网格的坐标；
V —— 空间网格的体积；
如图2所示，压水堆堆芯的径向布置4个堆外探测器通道，相邻通道间成90°夹角布置；每个通道的堆外探测器在轴向上分为多节，如图3所示。
步骤2：根据步骤1中堆内轴向功率偏移理论计算值
Figure 720703DEST_PATH_IMAGE022
和通量图测量试验获得的堆内轴向功率偏移实测值
Figure 72050DEST_PATH_IMAGE023
，计算轴向功率偏移修正量ΔAO in ，如公式（1）所示：
Figure 158954DEST_PATH_IMAGE024
公式（1）
式中：
ΔAO in —— 轴向功率偏移修正量；
Figure 138719DEST_PATH_IMAGE025
—— 根据通量图测量试验获得的堆内轴向功率偏移实测值；
Figure 514336DEST_PATH_IMAGE026
—— 堆内轴向功率偏移理论计算值；
步骤3：根据通量图测量试验获得的各通道轴向各节堆外探测器的电流信号实测值I i,j ，以及步骤1中各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j ，计算电流信号修正因子，如公式（2）所示：
Figure 403795DEST_PATH_IMAGE027
公式（2）
式中：
i —— 堆外探测器通道编号；
j —— 堆外探测器轴向各节编号；
ε i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号修正因子；
I i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号实测值；
R i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号理论计算值；
步骤4：采用压水堆堆芯物理程序模拟控制棒移动，引入轴向功率扰动，获得多个不同棒位处的堆内轴向功率偏移理论计算值和堆外探测器的电流信号理论计算值；
步骤5：根据步骤2的轴向功率偏移修正量和步骤3的电流信号修正因子，对步骤4的堆内轴向功率偏移理论计算值和堆外探测器的电流信号理论计算值进行修正，获得堆内轴向功率偏移修正值
Figure 79627DEST_PATH_IMAGE028
和堆外探测器电流信号修正值
Figure 396339DEST_PATH_IMAGE029
，如公式（3）和公式（4）所示；
Figure 55990DEST_PATH_IMAGE030
公式（3）
Figure 247675DEST_PATH_IMAGE031
公式（4）
式中：
Figure 309172DEST_PATH_IMAGE032
—— 堆内轴向功率偏移修正值；
Figure 327943DEST_PATH_IMAGE033
—— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号修正值；
步骤6：堆外探测器在轴向分为多节，取上部的各节堆外探测器电流信号为上部电流，取下部的各节堆外探测器电流信号为下部电流；根据步骤5中堆外探测器电流信号修正值，直接获得第i通道堆外探测器的轴向功率偏差，如公式（5）所示；
Figure 209312DEST_PATH_IMAGE034
公式（5）
式中：
Figure 706152DEST_PATH_IMAGE035
—— 第i通道堆外探测器的轴向功率偏差；
Figure 622156DEST_PATH_IMAGE036
—— 第i通道堆外探测器的上部电流信号修正值；
Figure 811828DEST_PATH_IMAGE037
—— 第i通道堆外探测器的下部电流信号修正值；
步骤7：根据步骤4~步骤6，获得不同棒位状态下的堆内轴向功率偏移修正值
Figure 446072DEST_PATH_IMAGE038
和第i通道堆外探测器的轴向功率偏差之间的关系；
Figure 746603DEST_PATH_IMAGE039
与
Figure 517113DEST_PATH_IMAGE038
成线性关系，通过最小二乘拟合获得拟合系数a和b，拟合关系式如公式（6）所示；
Figure 877688DEST_PATH_IMAGE040
公式（6）
式中：a和b为拟合系数
步骤8：根据步骤7中
Figure 733648DEST_PATH_IMAGE039
与
Figure 837870DEST_PATH_IMAGE041
的线性关系以及堆外探测器电流信号与压水堆堆芯功率水平的正比关系，获得堆外探测器校刻系数α，K U 和K L ，如公式（7）~公式（9）所示；
Figure 728466DEST_PATH_IMAGE042
公式（7）
Figure 495827DEST_PATH_IMAGE043
公式（8）
Figure 839084DEST_PATH_IMAGE044
公式（9）
式中：α，K U 和K L 均为堆外探测器校刻系数；K为堆外探测器电流信号与压水堆堆芯功率水平之间的比例系数。
根据以上堆外探测器校刻系数，能够直接通过压水堆运行中堆外探测器实时探测的电流信号指示出压水堆堆芯功率水平以及压水堆堆芯轴向功率偏差，如公式（10）和公式（11）所示；
Figure 215838DEST_PATH_IMAGE045
公式（10）
Figure 695361DEST_PATH_IMAGE046
公式（11）
式中：
Pr —— 根据压水堆运行中堆外探测器实时探测的电流信号指示出的压水堆堆芯功率水平；
ΔI —— 根据压水堆运行中堆外探测器实时探测的电流信号指示出的压水堆堆芯轴向功率偏差；
I U —— 压水堆运行中堆外探测器实时探测的上部电流信号；
I L —— 压水堆运行中堆外探测器实时探测的下部电流信号。

Claims (2)

1.一种压水堆堆外探测器单点校刻方法，其特征在于：能够根据一次通量图测量试验确定堆外探测器的校刻系数，实时指示出堆芯的功率水平以及轴向功率偏差；包括如下步骤：
步骤1：采用压水堆堆芯物理程序对压水堆堆芯运行功率历史跟踪数据进行模拟，并对实施通量图测量试验的测量点进行数值理论计算，获得堆内轴向功率偏移理论计算值
Figure 368816DEST_PATH_IMAGE001
和各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j ，该各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j 通过数值理论计算的三维功率分布和响应函数计算获得；
步骤2：根据步骤1中堆内轴向功率偏移理论计算值
Figure 737481DEST_PATH_IMAGE002
和通量图测量试验获得的堆内轴向功率偏移实测值
Figure 38012DEST_PATH_IMAGE003
，计算轴向功率偏移修正量ΔAO in ，如公式（1）所示：
Figure 808522DEST_PATH_IMAGE004
公式（1）
式中：
ΔAO in —— 轴向功率偏移修正量；
Figure 402052DEST_PATH_IMAGE005
—— 根据通量图测量试验获得的堆内轴向功率偏移实测值；
Figure 523592DEST_PATH_IMAGE006
—— 堆内轴向功率偏移理论计算值；
步骤3：根据通量图测量试验获得的各通道轴向各节堆外探测器的电流信号实测值I i,j ，以及步骤1中各通道轴向各节堆外探测器的电流信号理论计算值R i,j ，计算电流信号修正因子，如公式（2）所示：
Figure 362235DEST_PATH_IMAGE007
公式（2）
式中：
i—— 堆外探测器通道编号；
j—— 堆外探测器轴向各节编号；
ε i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号修正因子；
I i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号实测值；
R i,j —— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号理论计算值；
步骤4：采用压水堆堆芯物理程序模拟控制棒移动，引入轴向功率扰动，获得多个不同棒位处的堆内轴向功率偏移理论计算值和堆外探测器的电流信号理论计算值；
步骤5：根据步骤2的轴向功率偏移修正量和步骤3的电流信号修正因子，对步骤4的堆内轴向功率偏移理论计算值和堆外探测器的电流信号理论计算值进行修正，获得堆内轴向功率偏移修正值
Figure 252830DEST_PATH_IMAGE008
和堆外探测器电流信号修正值
Figure 784306DEST_PATH_IMAGE009
，如公式（3）和公式（4）所示；
Figure 127563DEST_PATH_IMAGE010
公式（3）
Figure 35476DEST_PATH_IMAGE011
公式（4）
式中：
Figure 514999DEST_PATH_IMAGE012
—— 堆内轴向功率偏移修正值；
Figure 217375DEST_PATH_IMAGE013
—— 第i通道轴向第j节堆外探测器的电流信号修正值；
步骤6：堆外探测器在轴向分为多节，取上部的各节堆外探测器电流信号为上部电流，取下部的各节堆外探测器电流信号为下部电流；根据步骤5中堆外探测器电流信号修正值，直接获得各通道堆外探测器的轴向功率偏差，如公式（5）所示；
Figure 47928DEST_PATH_IMAGE014
公式（5）
式中：
Figure 228374DEST_PATH_IMAGE015
—— 第i通道堆外探测器的轴向功率偏差；
Figure 93562DEST_PATH_IMAGE016
—— 第i通道堆外探测器的上部电流信号修正值；
Figure 966840DEST_PATH_IMAGE017
—— 第i通道堆外探测器的下部电流信号修正值；
步骤7：根据步骤4~步骤6，获得不同棒位状态下的堆内轴向功率偏移修正值
Figure 284689DEST_PATH_IMAGE018
和各通道堆外探测器的轴向功率偏差之间的关系；
Figure 268825DEST_PATH_IMAGE019
与
Figure 489984DEST_PATH_IMAGE018
成线性关系，通过最小二乘拟合获得拟合系数；
步骤8：根据步骤7中
Figure 534164DEST_PATH_IMAGE019
与
Figure 339309DEST_PATH_IMAGE018
的线性关系以及堆外探测器电流信号与压水堆堆芯功率水平的正比关系，获得堆外探测器校刻系数；根据该堆外探测器校刻系数，能够直接通过压水堆运行中堆外探测器实时探测的电流信号指示出压水堆堆芯功率水平以及压水堆堆芯轴向功率偏差。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆堆外探测器单点校刻方法，其特征在于：步骤7中
Figure 127136DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 435758DEST_PATH_IMAGE018
成线性关系，拟合关系式如公式（6）所示；
Figure 650838DEST_PATH_IMAGE021
公式（6）；
式中：a和b为拟合系数。
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