裝載177盒燃料組件的堆芯的探測器布置方法及其堆芯與流程
2023-05-29 01:46:16 1
本申請涉及核反應堆測量與控制技術領域，特別涉及一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法以及一種包括固定式探測器的裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯。
背景技術：
為了加強操作員對反應堆內部的了解，近幾年來國際上發展了反應堆堆芯在線監測技術，為操作員提供三維的堆芯功率分布的實時信息。在線監測反應堆的三維功率分布能夠保障反應堆的安全，並提高反應堆的經濟效益。
反應堆運行期間，反應堆堆芯在線監測系統通過布置在燃料組件中的固定式探測器來測量軸向和徑向功率分布，檢查堆芯功率分布與設計預期值的相符程度，監測各個燃料組件的燃耗等信息。反應堆內固定式探測器的徑向布置方案會直接影響探測器的個數、探測器測量信號的準確性，並最終影響反應堆堆芯在線監測的實時顯示結果的精度。
技術實現要素：
本發明的目的是提出一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法以及一種包括固定式探測器的裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯，其在保證堆芯在線監測系統的計算精度的同時，減少探測器的使用數量，提高堆芯在線監測系統的經濟性。
為達到上述目的或目的之一，根據本發明的一個方面的實施例，提出了一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法，所述方法包括如下步驟：
a)布置燃料組件和控制棒組，形成裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯；
b)將已布置控制棒組的燃料組件確定為不布置固定式探測器的燃料組件， 以減小控制棒組的插入和提出對固定式探測器測量精度的影響；
c)確定首行、尾行、首列和尾列中的固定式探測器布置，使得每相鄰的兩個燃料組件中有且僅有一個固定式探測器且避免在已布置控制棒組的燃料組件中布置固定式探測器，由此形成若干第一系列待選方案；
d)分別以第一系列待選方案為基礎，從第二行開始隔行布置固定式探測器，使得在布置有固定式探測器的行中每相鄰的兩個燃料組件中有且僅有一個固定式探測器，由此形成若干第二系列待選方案；
e)在第二系列待選方案中去除掉存在有表面相鄰的固定式探測器的待選方案，得到第三系列待選方案；
f)在第三系列待選方案的基礎上，對於不滿足燃料組件周圍至少有兩個固定式探測器條件的燃料組件，在適當的位置增加固定式探測器或局部調整固定式探測器的位置，由此得到第四系列待選方案；
g)對於第四系列待選方案中的每個待選方案，實際測量布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值；
h)針對第四系列待選方案中的每個待選方案，採用數學計算方法對獲得的三維離散的狀態參數值進行擬合，插值獲得核反應堆堆芯內所有燃料組件的狀態參數值；
i)對比第四系列待選方案中的各個待選方案，利用統計學工具對比狀態參數值的最大值、最小值、算數平均值和方差，從第四系列待選方案中確定最優方案。
根據本發明的一個優選實施例，其中以A-H、J-N、P、R代表15列燃料組件、以01-15代表15行燃料組件，步驟f)中的增加固定式探測器包括在A07、A09、R07、R09位置的燃料組件上增加固定式探測器。
根據本發明的一個優選實施例，在步驟h)中，所述數學計算方法為薄板樣條函數插值法或最小二乘法。
根據本發明的一個優選實施例，所述狀態參數包括功率、燃耗、硼酸濃度或冷卻劑溫度。
根據本發明的一個優選實施例，還包括在步驟i)之後對確定的最優方案進行實驗驗證的步驟。
根據本發明的另一個方面的實施例，提出了一種包括固定式探測器的裝載 177盒燃料組件的核反應堆堆芯：
所述核反應堆堆芯中的燃料組件排列組成15行、15列，其中第1-15行分別具有5、9、11、13、13、15、15、15、15、15、13、13、11、9、5個燃料組件，第1-15列分別具有5、9、11、13、13、15、15、15、15、15、13、13、11、9、5個燃料組件，每一行以及每一列中的燃料組件表面相鄰，並且所述核反應堆堆芯中的燃料組件分別沿水平中心軸線和豎直中心軸線對稱；
在核反應堆堆芯中布置有53個固定式探測器，所述53個固定式探測器分別沿水平中心軸線和豎直中心軸線對稱，其中以A-H、J-N、P、R代表燃料組件的15列、以01-15代表燃料組件的15行，對於01-08行，在如下燃料組件上分別布置固定式探測器：J01、G01、M02、K02、H02、F02、D02、P04、M04、K04、H04、F04、D04、B04、P06、M06、K06、H06、F06、D06、B06、R07、A07、P08、M08、K08、H08、F08、D08、B08；對於09-15行，在與上述布置固定式探測器的燃料組件相對於水平中心軸線對稱的燃料組件上布置固定式探測器。
根據本發明的一個優選實施例，所述固定式探測器用於測量核反應堆堆芯中的軸向和徑向功率分布。
根據本發明的一個優選實施例，所述固定式探測器用於測量燃料組件的燃耗。
根據本發明的一個優選實施例，還包括控制棒組。
由本發明的技術方案可知，本發明提出了一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法，保證了堆芯在線監測系統計算的精度和速度，同時提高了堆芯在線監測系統的經濟性。
本發明通過提出一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法獲得了一種包括固定式探測器的裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯。該具體的固定式探測器的布置方案綜合考慮了堆芯三維功率在線監測系統的運行速度、徑向布置方案引起的不確定度以及固定式探測器布置的經濟性。
附圖說明
圖1為177盒燃料組件的核反應堆堆芯的53個固定式探測器的徑向布置方案。
具體實施方式
下面結合附圖詳細描述本發明的示例性的實施例，其中相同或相似的標號表示相同或相似的元件。另外，在下面的詳細描述中，為便於解釋，闡述了許多具體的細節以提供對本披露實施例的全面理解。然而明顯地，一個或多個實施例在沒有這些具體細節的情況下也可以被實施。在其他情況下，公知的結構和裝置以圖示的方式體現以簡化附圖。
本發明提出了一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法，其中，裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯主要由活性區長度為4米左右的核燃料組件構成，該177盒燃料組件彼此平行排列組成15行、15列，其中第1-15行分別具有5、9、11、13、13、15、15、15、15、15、13、13、11、9、5個燃料組件，第1-15列分別具有5、9、11、13、13、15、15、15、15、15、13、13、11、9、5個燃料組件，每一行以及每一列中的燃料組件表面相鄰，並且所述核反應堆堆芯中的燃料組件分別沿水平中心軸線和豎直中心軸線對稱。在本文中，組件相鄰是指組件表面相鄰，周圍組件是指組件上、下、左、右以及45度角方向的對角線上的八個組件。
根據本發明總體上的發明構思，提供一種用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法，所述方法包括如下步驟：
a)布置燃料組件和控制棒組，形成裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯；
b)將已布置控制棒組的燃料組件確定為不布置固定式探測器的燃料組件，以減小控制棒組的插入和提出對固定式探測器測量精度的影響；
c)確定首行、尾行、首列和尾列中的固定式探測器布置，使得每相鄰的兩個燃料組件中有且僅有一個固定式探測器且避免在已布置控制棒組的燃料組件中布置固定式探測器，由此形成若干第一系列待選方案；
d)分別以第一系列待選方案為基礎，從第二行開始隔行布置固定式探測器，使得在布置有固定式探測器的行中每相鄰的兩個燃料組件中有且僅有一個固定式探測器，由此形成若干第二系列待選方案；
e)在第二系列待選方案中去除掉存在有表面相鄰的固定式探測器的待選方案，得到第三系列待選方案；
f)在第三系列待選方案的基礎上，對於不滿足燃料組件周圍至少有兩個固 定式探測器條件的燃料組件，在適當的位置增加固定式探測器或局部調整固定式探測器的位置，由此得到第四系列待選方案；
g)對於第四系列待選方案中的每個待選方案，實際測量布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值；
h)針對第四系列待選方案中的每個待選方案，採用數學計算方法對獲得的三維離散的狀態參數值進行擬合，插值獲得核反應堆堆芯內所有燃料組件的狀態參數值；
i)對比第四系列待選方案中的各個待選方案，利用統計學工具對比狀態參數值的最大值、最小值、算數平均值和方差，從第四系列待選方案中確定最優方案。
在根據本發明的用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法中，在燃料組件及控制棒組排布確定的基礎上，固定式探測器布置方案的確定考慮了核反應堆堆芯的物理特性，例如：
1)由於固定式探測器的靈敏度與表徵堆芯狀態的參數，如燃耗，探測器臨近處燃料棒的富集度、硼酸濃度、冷卻劑溫度有關。對於帶控制棒組的燃料組件，控制棒的插入、提出會導致中子探測器附近的冷卻劑溫度等堆芯狀態參數發生頻繁的變化，從而影響探測器測量精度。因此，已布置控制棒組的燃料組件不再布置固定式探測器。
2)堆芯功率在線監測系統中，固定式探測器信號擬合方法能夠有效地擬合安裝探測器燃料組件周圍的燃料組件信息。為了提高探測器使用效率，保證探測器較均勻布置，固定式探測器進行隔行布置。同時，布置固定式探測器的燃料組件不要表面相鄰。
3)為了保證對堆芯功率在線監測系統中固定式探測器信號擬合時的計算精度，每個燃料組件周圍至少有兩個布置的探測器。為了滿足此項要求，在已產生方案的基礎上，在其他位置增加或調整探測器布置個數。
4)為了便於分析不同位置探測器的信號質量，剔除探測器測量壞點或因錯裝料導致的部分探測器信息異常，使探測器測量信號能夠更好的覆蓋全堆，探測器布置滿足軸向對稱，使其能夠相互校核對稱位置的中子探測器測量數據。
根據本發明的一個實施例，其中以A-H、J-N、P、R代表15列燃料組件、以01-15代表15行燃料組件，步驟f)中的增加固定式探測器包括在A07、A09、 R07、R09位置的燃料組件上增加固定式探測器。
根據本發明的一個實施例，在步驟h)中，所述數學計算方法為薄板樣條函數插值法或最小二乘法。
根據本發明的一個實施例，所述狀態參數包括功率、燃耗、硼酸濃度或冷卻劑溫度。
根據本發明的一個實施例，還包括在步驟i)之後對確定的最優方案進行實驗驗證的步驟。
圖1為採用前述固定式探測器徑向布置方法獲得的示例性的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方案，它為經過前述步驟a)-i)從第四系列待選方案中確定出的較優方案，其中每個方框代表一盒燃料組件，標有#標示的為布置有固定式探測器的燃料組件。
圖1為177盒燃料組件的核反應堆堆芯的53個固定式探測器的徑向布置方案。該布置方案用於採用177盒燃料組件的堆芯，燃料組件排列組成15行、15列，共在堆芯內53個燃料組件測量管內布置固定式探測器。如圖1所示，一種包括固定式探測器的裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯，所述核反應堆堆芯中的燃料組件排列組成15行、15列，其中第1-15行分別具有5、9、11、13、13、15、15、15、15、15、13、13、11、9、5個燃料組件，第1-15列分別具有5、9、11、13、13、15、15、15、15、15、13、13、11、9、5個燃料組件，每一行以及每一列中的燃料組件表面相鄰，並且所述核反應堆堆芯中的燃料組件分別沿水平中心軸線和豎直中心軸線對稱；在核反應堆堆芯中布置有53個固定式探測器，所述53個固定式探測器分別沿水平中心軸線和豎直中心軸線對稱，其中以A-H、J-N、P、R代表燃料組件的15列、以01-15代表燃料組件的15行，對於01-08行，在如下燃料組件上分別布置固定式探測器：J01、G01、M02、K02、H02、F02、D02、P04、M04、K04、H04、F04、D04、B04、P06、M06、K06、H06、F06、D06、B06、R07、A07、P08、M08、K08、H08、F08、D08、B08；對於09-15行，在與上述布置固定式探測器的燃料組件相對於水平中心軸線對稱的燃料組件上布置固定式探測器。
具體地，所述固定式探測器可以用於測量核反應堆堆芯中的軸向和徑向功率分布。所述固定式探測器還可以用於測量燃料組件的燃耗。所述的包括固定式探測器的裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯還包括控制棒組。
本發明提出的用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器布置方法，可用於堆芯在線監測系統中固定式探測器的布置，保證三維堆芯在線監測系統的計算精度，同時減少探測器的使用數量，提高堆芯在線監測系統的經濟性。
本發明可廣泛應用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯。當核反應堆三維堆芯在線監測系統採用固定式探測器進行測量時，使用該堆內固定式探測器布置方案獲得的包括固定式探測器的裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯綜合考慮了堆芯三維功率在線監測系統的運行速度、徑向布置方案引起的不確定度以及固定式探測器布置的經濟性。
本發明的固定式探測器布置方法及獲得的包括固定式探測器的核反應堆堆芯不對核反應堆中堆內燃料組件的類型進行限制，不對探測器材料進行限制，不對燃料組件測量管內固定式探測器的軸向布置方法進行限制，適用於任何15行、15列排布的177盒燃料組件的核反應堆堆芯。
此外，前述用於裝載177盒燃料組件的核反應堆堆芯的固定式探測器徑向布置方法的步驟g)-i)可以被替代為：
g)通過實驗測量在設定條件下所有燃料組件的狀態參數，獲得並記錄每個燃料組件的狀態參數值，並分別記錄對應於第四系列待選方案中每個待選方案中的布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值；
h)針對第四系列待選方案中每個待選方案，基於所記錄的布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值，在MATLAB中使用二維插值獲取未布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值；以及
i)對通過實驗測量的未布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值與步驟h)中計算的未布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值進行統計分析，從第四系列待選方案中確定最優方案。
進一步地，在步驟g)中，通過在所有燃料組件上布置固定式探測器測量在設定條件下所有燃料組件的狀態參數。
進一步地，步驟i)中的統計分析包括：針對第四系列待選方案中每個待選方案，計算通過實驗測量的未布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值與步驟h)中計算的未布置有固定式探測器的燃料組件的狀態參數值的偏差平方和，將偏差平方和最小的方案確定為最優方案。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行變化。本發明的適用範圍由所附權利要求及其等同物限定。