应用于小型压水堆的簇式控制棒布置方法及运行管理方法

摘要

本发明涉及一种应用于小型压水堆的簇式控制棒布置方法及运行管理方法，堆芯燃料组件尽可能都插入控制棒，选择多个相邻燃料组件的控制棒作为1簇，由1台控制棒驱动机构提升或下插。堆芯仅设置“安全棒组”及“燃耗补偿棒组”，堆芯功率调节由燃耗补偿棒组及负反馈来完成。与常规控制棒布置相比，能够大幅度提高控制棒布置数量及反应性控制能力，使堆芯装载循环长度显著增加。控制棒驱动机构布置数量则有效减少，降低了小型堆压力容器顶盖结构设计难度。大幅简化了堆芯控制棒运行管理及堆芯运行控制难度，并展平堆芯空间功率分布。

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体地，涉及一种应用于小型压水堆的簇式控制棒布置方法及运行管理方法。

背景技术

小型压水堆具有系统简化、运行灵活等突出优点，其用途非常广泛，例如：边远地区及海上供电、低温供热、海水淡化及其他用途水电热联产等。为了提高其燃料管理经济性及市场竞争力，需要大幅延长换料周期，实现堆芯装载的长循环设计。控制棒布置及运行管理策略是长循环小型堆堆芯设计的核心，对于反应性控制能力、空间功率分布展平及安全运行有着重要影响。

目前，世界各国小型压水堆堆芯装载设计主要通过增加可燃毒物装量来延长循环长度，但会导致堆芯装载方案设计的复杂化，循环末由于可燃毒物惩罚加剧导致²³⁵U利用率降低，削弱了小型压水堆的经济性和安全性优势。相对而言，增加控制棒布置数量是最为有效的提高反应性控制能力以延长循环长度的方法，但控制棒通常采用“棋盘式”布置方法，对于长循环小型压水堆，控制棒驱动机构布置数量大，会显著增加压力容器顶盖结构设计难度，控制棒布置数量少，影响反应性控制能力。因此，非常有必要针对小型压水堆堆芯设计及运行特点，提出更为有效的控制棒布置及运行管理方法，在减少控制棒驱动机构的同时，增加控制棒布置梳理，并建立与之相适应的运行管理方法，如提棒程序、功率调节等，使长循环小型堆堆芯装载设计更为简单、反应性控制能力更强，从而提高小型压水的其燃料管理经济性及市场竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于小型压水堆的簇式控制棒布置方法，以克服现有的小型压水堆控制棒束采用“棋盘式”布置导致的控制棒驱动机构布置数量控制与反应性控制能力无法合理调节的问题。

此外，本发明还提供一种应用于小型压水堆的簇式控制棒的运行管理方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：应用于小型压水堆的簇式控制棒布置方法，包括以下步骤：

分组步骤：堆芯燃料组件内插入控制棒，将控制棒分组为安全棒组、燃耗补偿棒组；

分簇步骤：选择至少3个相邻燃料组件的同组控制棒作为1簇，每一簇由1台控制棒驱动机构提升或下插。

现有的小型压水堆对控制棒的布置采用“棋盘式”布置，即不同类型的控制棒间隔布置，且每根控制棒均单独采用一个控制棒驱动装置进行驱动控制，压水堆内控制棒的数量不宜过少，控制棒的数量若是设置的过少，会影响压水堆的反应性控制能力进而缩短循环长度，因而，为了提高压水堆反应性控制能力以延长循环长度的方法为增加控制棒的数量，但是随着控制棒数量的增加相应的控制棒的驱动机构的数量也会增加，会显著增加压力容器顶盖结构设计难度，因此，需要设计一种合理的控制棒的布置方法，在不增加控制棒驱动机构的前提下使得控制棒的数量尽可能的多，本发明打破控制棒传统的“棋盘式”布置，采用簇式布置，将多个同种类型的控制棒设置为一簇，一簇采用一个控制棒驱动机构实现控制棒的提升或下插，进而大大减少了控制棒驱动机构的使用，即与常规“棋盘式”布置相比，同样数量的控制棒驱动机构能够控制更多的控制棒（至少3倍），进而实现在不增加压力容器顶盖结构设计难度的前提下，提高了压水堆反应性控制能力以延长循环长度，如此，本发明克服了现有的小型压水堆控制棒束采用“棋盘式”布置导致的控制棒驱动机构布置数量控制与反应性控制能力无法合理调节的问题。

进一步地，燃耗补偿棒组按照每一簇控制棒的数量不同至少设置有1组。

根据控制棒具体布置的位置的不同，捆绑成簇的方式也不一样，为了便于更为合理有效的利用控制棒驱动机构，控制棒每一簇设置的数量可根据控制棒布置的连续紧密的程度有所不同，处于中间部位的控制棒由于其连续紧密的程度较高，每一簇的数量可以设置相对较多，处于边缘的控制棒由于其连续紧密的程度较低，每一簇的数量可以设置相对较少，因而将燃耗补偿棒组按照每一簇控制棒的数量不同设置有多组能够提高控制棒驱动机构的利用率，在最大限度上提高压水堆反应性控制能力以延长循环长度。

进一步地，安全棒组对称布置在堆芯最外围区域。

安全棒组要有限提出，将安全棒组布置在堆芯最外围，有利于提高控制棒操作的方便性。

进一步地，燃耗补偿棒组按照每一簇控制棒数量的递增在安全棒组内侧由外而内设置。

优先提出控制棒数量较少的燃耗补偿棒组，将控制棒数量较少的燃耗补偿棒组设置在外围，有利于燃耗补偿棒组的提出，提高操作的方便性。

进一步地，堆芯燃料组件内全部插入控制棒。

虽大限度的利用堆芯燃料组件，且有利于控制棒的分组。

进一步地，设置在堆芯最内层的燃耗补偿棒组呈矩形排列。

应用于小型压水堆的簇式控制棒布置的运行管理方法，控制棒的提出与反插：在反应堆提升功率之前将安全棒组完全提出堆芯；燃耗补偿棒组按照每簇控制棒数量布置位置，从堆芯最外围区域至堆芯中心区域，顺序提出，反插过程则相反；

堆芯功率调节：由燃耗补偿棒组及负反馈来完成。

安全棒组布置在堆芯最外围且对称，在反应堆提升功率之前完全提出堆芯；燃耗补偿棒组由外至内依次提出，并且控制棒数量较少的燃耗补偿棒组优先提出，反插过程则相反；与传统的压水堆堆芯相比，本发明的堆芯仅设置“安全棒组”及“燃耗补偿棒组”，不设置独立的“功率调节棒组”，堆芯功率调节由燃耗补偿棒组及负反馈来完成，取消独立的功率调节棒，依靠燃耗补偿棒组及负反馈效应完成堆芯功率调节，大幅简化了堆芯控制棒运行管理及堆芯运行控制难度，并展平堆芯空间功率分布。

进一步地，堆芯功率调节为由燃耗补偿棒组不连续引入较大的反应性，再依靠堆芯负慢化剂反馈效应及多普勒效应进行修正。

在堆芯功率调节过程中冷却剂平均温度在特定范围内飘移，通常为满功率工况冷却剂平均温度±30℃或更小。

综上，本发明的有益效果是：

1、与常规“棋盘式”布置相比，本发明能够大幅度提高控制棒布置数量及反应性控制能力，使堆芯装载循环长度显著增加，提高其燃料管理经济性。

2、与常规“棋盘式”布置相比，布置同样数量的控制棒，控制棒驱动机构布置数量则有效减少，降低了小型堆压力容器顶盖结构设计难度。

3、本发明独立的功率调节棒，依靠燃耗补偿棒组及负反馈效应完成堆芯功率调节，大幅简化了堆芯控制棒运行管理及堆芯运行控制难度，并展平堆芯空间功率分布。

附图说明

图1是簇式控制棒布置及分组示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-安全棒组，2-燃耗补偿棒组I，3-燃耗补偿棒组II，4-燃耗补偿棒组III。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，本实施例为由57盒燃料组件构成的小型压水堆，功率为170MW，额定功率下冷却剂平均温度为300℃。

应用于小型压水堆的簇式控制棒布置方法，所有燃料组件均插入控制棒，安全棒组1布置在堆芯最外围，字符标识为“S”，安全棒组1由4簇控制棒构成，每簇控制棒涵盖了3个燃料组件。燃耗补偿棒组分为3类，燃耗补偿棒组I 2布置在堆芯外围，字符标识为“B1”，由4簇控制棒构成，每簇控制棒涵盖3个燃料组件；燃耗补偿棒组II 3布置在靠近堆芯区域，字符标识为“B2”，由4簇控制棒构成，每簇控制棒涵盖6个燃料组件；燃耗补偿棒组III 4呈矩形排列布置在堆芯中心区域，由1簇控制棒构成，字符标识为“B3”，涵盖9个燃料组件。

燃耗补偿棒组II 3以燃耗补偿棒组III 4的边界为起点向外延伸，燃耗补偿棒组I 2以燃耗补偿棒组II 3的边界为起点向外延伸，安全棒组1以燃耗补偿棒组I 2的边界为起点向外延伸设置在堆芯最外围，每一簇控制棒由1台控制棒驱动机构提升或下插。

应用于小型压水堆的簇式控制棒的运行管理方法，在反应堆提升功率之前将安全棒组1完全提出堆芯；燃耗补偿棒组按照每簇控制棒数量递增的顺序提出，反插过程则相反；堆芯功率调节：由燃耗补偿棒组及负反馈来完成，所述负反馈为由燃耗补偿棒组不连续引入较大的反应性，依靠堆芯负慢化剂反馈效应及多普勒效应进行修正。

即反应堆启动前，将安全棒组1（S）提出堆芯，反应堆启动及运行过程中，依次提出燃耗补偿棒组I 2（B1）、燃耗补偿棒组II 3（B2）和燃耗补偿棒组III 4（B3）。控制棒反插时，依次插入燃耗补偿棒组III 4（B3）、燃耗补偿棒组II 3（B2）和燃耗补偿棒组 2（B1）。需要停堆时，所有控制棒组全部插入堆芯。

在循环初，燃耗补偿棒组I 2（B1）反应性价值最小，燃耗补偿棒组III 4（B3）反应性价值最大，故优先提出燃耗补偿棒组I 2（B1）。

在提升（或降低）功率时，以最小步数手动提升（或下插）燃耗补偿棒组，向堆芯引入较大正（或负）反应性，依靠慢化剂负反馈及多普勒效应进行堆芯功率及慢化剂温度修正，并保证堆芯的冷却剂平均温度在300±30℃范围内飘移。在运行工况稳定之后，再与调节目标进行比对，判断向堆芯引入正（或负）反应性大小，通过多次移动燃耗补偿棒组及堆芯自动调节，使堆芯功率达到目标值。

如上所述，可较好的实现本发明。