一种核电厂控制棒价值测量方法

摘要

本发明属于核电厂反应堆物理技术领域，具体涉及一种核电厂控制棒价值测量方法。本方法采用动态刻棒测量方法对控制棒价值进行测量，通过使用压水堆核电厂堆外核测量系统中间量程电流信号完成动态刻棒试验的数据处理，最终控制棒价值的测量结果与设计值的相对偏差≤10％。本方法无需进行探测器本底的测量，相对于传统动态刻棒方法节约0.5小时；相对于传统的控制棒价值测量方法(调硼法、棒刻棒法)可节约12小时的换料大修时间；无需使用动态刻棒反应性，可节省购买仪器费用(100万元/台)。

说明书

技术领域

本发明属于核电厂反应堆物理技术领域，具体涉及一种基于核电厂堆外核测量系统中间量程的控制棒价值测量方法。

背景技术

核电厂为了验证堆芯性能和设计预计值的一致性，需要进行零功率物理试验。而零功率物理试验中一项重要的内容是控制棒价值的测量。

传统的调硼法与换棒法测量控制棒价值的方法耗时较长同时会产生大量废水。为缩短零功率物理试验时间(缩短换料大修周期约15h)、减少废水产生，国内外核电厂陆续采用了动态刻棒(DRWM)方法进行控制棒价值的测量。

目前核电厂普遍使用动态刻棒反应性仪进行动态刻棒试验，试验期间堆外核仪表系统中的一个功率量程与动态刻棒反应性仪连接，会导致一个堆外核仪表系统功率量程不可用，影响反应堆安全。

因此，研发、设计一种基于核电厂堆外核测量系统中间量程的控制棒价值测量方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种核电厂控制棒价值测量方法，通过此方法不会导致堆外核仪表系统功率量程不可用的动态刻棒测量方法对控制棒价值进行测量，以减少机组操作运行风险。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种核电厂控制棒价值测量方法，应用于核电厂零功率物理试验；采用动态刻棒测量方法对控制棒价值进行测量，通过使用压水堆核电厂堆外核测量系统中间量程电流信号完成动态刻棒试验的数据处理，该方法的动态刻棒数据处理过程如下：

(1)中间量程电流值的修正

动态刻棒试验期间，堆外核测量系统中间量程采集到的电流值为I，单位为A；

此电流经过静态因子的修正后的电流为：

式中，I_IRC为修正后的中间量程电流值，单位为A；

SSF为理论计算的中间量程位置对应的静态修正因子；

(2)逆动态计算反应性

使用修正后的中间量程电流值I_IRC进行基于点堆动力学的反应性逆动态计算得到反应性：

ρ＝f(I_IRC)(2)

式中，ρ为逆动态计算得到的反应性，单位为pcm；

f(I_IRC)为基于点堆动力学方程的根据修正后的中间量程电流值I_IRC进行反应性逆动态计算的公式；

点堆动力学的逆动态方程为：

式中，n(t)表示t时刻的中子通量水平，n(t)＝I_IRC；

l表示中子代时间；

β_ieff表示第i组中子能群的有效缓发中子份额；

λ_i表示第i组中子能群缓发中子先驱核的衰变常数；

β_ieff，λ_i均采用设计值，为已知量；

c_i表示第i组先驱核密度，是计算的过程量，随I_IRC而变化；

q为外中子源源强，在公式(3)中设定忽略此值，q＝0；

得到堆芯反应性与中间量程电流值的关系：

(3)控制棒价值最终确定

Δρ_(IRC，z)＝ρ_(IRC、z)-ρ_(IRC、225)(5)

ρ_(IRC、z’)＝Δρ_(IRC，z)×DSF(z)(6)

式中，ρ_(IRC、z)是棒位为z时通过公式(4)计算得到的控制棒价值，单位为pcm；

ρ_(IRC、z’)是修正后的棒位为z时的控制棒价值，单位为pcm；

ρ_(IRC、225)为控制棒在反应堆堆顶时通过公式(4)计算得到的反应性，pcm；

Δρ_(IRC，z)为相对于控制棒在堆顶时的反应性变化量，单位为pcm；

DSF(z)为棒位为z时的控制棒价值修正因子，通过具有堆外探测响应功能的核设计软件根据反应堆堆芯装载和控制棒移动速度、位置计算确定；

由公式(1)、(2)、(4)、(5)、(6)计算得到ρ_(IRC、z’)，确定修正后的棒位为z时的控制棒价值。

本发明技术方案的有益效果在于：

控制棒价值的测量结果与设计值的相对偏差≤10％。本方法无需进行探测器本底的测量，相对于传统动态刻棒方法节约0.5小时；

相对于传统的控制棒价值测量方法(调硼法、棒刻棒法)可节约12小时的换料大修时间；

无需使用动态刻棒反应性，可节省购买仪器费用(100万元/台)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

核电厂堆外核仪表系统的功能是连续监测反应堆功率、功率水平和功率分布的变化，用于功率监督、功率分布监督、棒控程序、反应堆保护等。堆外核仪表系统包括2个源量程通道、2个中间量程通道、4个功率量程通道，其中每个功率量程通道包含6节探测器。

控制棒价值测量方法基于点堆动力学方程。传统的控制棒价值测量方法在堆芯中子通量快速变化(受空间效应的影响)时直接使用点堆动力学方程进行反应性逆动态计算的结果与堆芯实际的反应性相差较大，无法在受空间效应影响较大的情况下完成控制棒价值的测量。而动态刻棒通过引入静态修正因子(SSF)和动态修正因子(DSF)，在堆芯中子注量率变化较快时进行空间效应的理论修正，进而使得控制棒价值测量可快速进行。这些修正因子通过核设计软件计算得到。以往的动态刻棒方法均为通过采用动态刻棒反应性仪采集堆外核测量系统功率量程的电流来完成动态刻棒试验的数据处理。

本发明一种基于核电厂堆外核测量系统中间量程的控制棒价值测量方法，应用于核电厂零功率物理试验；采用动态刻棒测量方法对控制棒价值进行测量，通过使用压水堆核电厂堆外核测量系统中间量程电流信号完成动态刻棒试验的数据处理，该方法的动态刻棒数据处理过程如下：

(1)中间量程电流值的修正

动态刻棒试验期间，堆外核测量系统中间量程采集到的电流值为I，单位为A；

此电流经过静态因子的修正后的电流为：

式中，I_IRC为修正后的中间量程电流值，单位为A；

SSF为理论计算的中间量程位置对应的静态修正因子；

(2)逆动态计算反应性

使用修正后的中间量程电流值I_IRC进行基于点堆动力学的反应性逆动态计算得到反应性：

ρ＝f(I_IRC)>

式中，ρ为逆动态计算得到的反应性，单位为pcm；

f(I_IRC)为基于点堆动力学方程的根据修正后的中间量程电流值I_IRC进行反应性逆动态计算的公式；

点堆动力学的逆动态方程为：

式中，n(t)表示t时刻的中子通量水平，n(t)＝I_IRC；

l表示中子代时间；

β_ieff表示第i组中子能群的有效缓发中子份额；

λ_i表示第i组中子能群缓发中子先驱核的衰变常数；

β_ieff，λ_i均采用设计值，为已知量；

c_i表示第i组先驱核密度，是计算的过程量，随I_IRC而变化；

q为外中子源源强，在公式(3)中设定忽略此值，q＝0；

得到堆芯反应性与中间量程电流值的关系：

(3)控制棒价值最终确定

Δρ_(IRC，z)＝ρ_(IRC、z)-ρ_(IRC、225)>

ρ_(IRC、z’)＝Δρ_(IRC，z)×DSF(z)(6)

式中，ρ_(IRC、z)是棒位为z时通过公式(4)计算得到的控制棒价值，单位为pcm；

ρ_(IRC、z’)是修正后的棒位为z时的控制棒价值，单位为pcm；

ρ_(IRC、225)为控制棒在反应堆堆顶时通过公式(4)计算得到的反应性，pcm；

Δρ_(IRC，z)为相对于控制棒在堆顶时的反应性变化量，单位为pcm；

DSF(z)为棒位为z时的控制棒价值修正因子，通过具有堆外探测响应功能的核设计软件根据反应堆堆芯装载和控制棒移动速度、位置计算确定；

由公式(1)、(2)、(4)、(5)、(6)计算得到ρ_(IRC、z’)，确定修正后的棒位为z时的控制棒价值。

经过福清核电厂102换料大修、201换料大修动态刻棒试验数据的验证，采用基于堆外核测量系统中间量程测量数据测量得到的控制棒价值均满足试验的验收准则，可以替代传统的试验方法。