壓水堆堆外核探測系統及探測方法與流程
2023-04-25 02:46:31 1
本發明涉及一種壓水堆堆外核探測領域，尤其涉及壓水堆在零功率物理試驗時，使用反應性儀表測量堆芯等溫度係數和控制棒價值。
背景技術：
壓水堆在零功率物理試驗時，需要用反應性儀表測量堆芯等溫度係數和控制棒價值。此時，反應性儀表的工作範圍一般要求為：上限電流為都卜勒發熱點（約0.1%FP）對應的電流的1/5，下限電流要大於背景噪音電流（堆芯乏燃料組件衰變產生的伽馬導致），並且上、下限電流之間距離至少相差一個量級。這樣，才能很好的滿足正常試驗期間堆芯水溫、控制棒位置等變化引起的反應性波動。圖1給出了一個傳統壓水堆堆外核探測系統布置圖。堆芯11由若干個燃料組件組成，堆芯11外是反射層12（一般為水和少量不鏽鋼組成，M310及CPR1000機組鐵水比約為1:9），堆芯和反射層被包容在壓力容器13之內，壓力容器外在角度45°、135°、225°和315°共布置4個功率量程探測器14，在角度90°和270°布置2個中間量程探測器15，2個源量程探測器（圖中未示），試驗期間，1個或多個功率量程探測器與反應性儀表16連接，依據功率量程探測器14測量的數據計算反應性儀測量堆芯等溫度係數和控制棒價值。然而，當堆芯燃料裝載採用低洩漏布置方式時，由於外圍組件採用深燃耗組件，功率較低，同時衰變時會產生更多的伽馬，在伽馬噪音的影響下，無法準確檢測，會使反應性儀表電流難以滿足零功率物理試驗的要求，需要頻繁的調節控制棒控制堆芯反應性。對於採用重反射層的堆芯，由於探測器處通量太低，受制於靈敏度，功率量程探測器將無法提供給反應性儀較大的電流，也使得零功率物理試驗難以實現。對此，現有技術會考慮如何增加探測器的靈敏度或者增加中子通量，但是第一種改變成本高，第二種改變需對反射層等堆內構件做硬性設計改動，操作複雜。綜上，急需一種可解決上述問題的壓水堆堆外核探測系統。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種壓水堆堆外核探測系統，測量結果準確，可實施低洩漏及低低洩漏裝載方案。本發明的另一目的是提供一種壓水堆堆外核探測方法，測量結果準確，可實施低洩漏及低低洩漏裝載方案。為了實現上述目的，本發明提供了一種壓水堆堆外核探測系統，用於反應堆零功率物理試驗，該壓水堆堆外核探測系統包括中間量程探測器和反應性儀，所述中間量程探測器設於反應堆的壓力容器外並用於測量所述反應堆的核功率，所述反應性儀依據所述中間量程探測器測量的數據計算堆芯反應性。其中，該反應性數據可用於等溫溫度係數和控制棒價值測量。與現有技術相比，本發明使得功率量程探測器僅僅承擔正常功率運行的檢測和保護功能，將中間量程探測器測量的數據輸送至反應性儀內。由於通常功率量程探測器對應位置的反射層較中間量程探測器位置的反射層厚很多，採用MCNP軟體計算表明，中間量程探測器處的通量大約是功率量程探測器處通量的4倍，尤其是當採用鐵水體積比較高（比如9:1）重反射層時，中間量程探測器處的通量大約是功率量程探測器處通量的10倍。另外，中間量程的靈敏度也較功率量程高，以CPR1000機組的堆外探測器為例，功率量程和中間量程的靈敏度分別為：2.3×10-14A/(n.cm-2.s-1)和8.0×10-14A/(n.cm-2.s-1)。因此，在零功率物理試驗期間，中間量程探測器可以響應出更大的電流，使得本發明在反應堆零功率物理試驗時，可以進行更大波動的試驗，便於現場試驗的進行，檢測靈敏度高，可以實施低洩漏及低低洩漏裝載方案，提高燃料利用的經濟型，可採用重反射層設計，從而進一步提高燃料利用的經濟性和抗地震能力，在探測器選型期間，還可以降低對功率量程探測能力需求，降低成本；另一方面，由於功率量程探測器不接反應性儀，可提高功率量程保護通道的完整性（功率量程探測器接反應性儀表期間，需對其保護邏輯做退化處理）；再一方面，中間量程探測器一般採用伽馬補償電離室或裂變室，其在低功率期間抗堆芯伽馬噪音的能力比功率量程好，因此在中間量程探測器採用伽馬補償電離室或裂變室時，伽馬噪音影響小，可遠離都卜勒發熱點，可減小由於反應性儀本身帶來的測量誤差，而功率量程探測器設計上主要考慮對高功率水平的監測，通常採用非補償電離室，低功率期間測量信號弱，儀表設備分辨精度有限；再一方面，由於中間量程探測器軸向通常只設計1個靈敏段（功率量程至少2段），根據目前反應性儀測量棒價值等基於點堆原理，測量結果受空間位置影響很小，可有效降低實施堆腔注水改造等由於RPN（堆外核探測系統）外移帶來的影響。較佳地，所述反應性儀包括數據處理模塊，所述數據處理模塊通過一光電隔離模塊與所述中間量程探測器之間相連，並依據所述中間量程探測器測量的數據計算堆芯反應性。上述方案使得技術人員可在現有的反應性儀和中間量程探測器之間還設有一光電隔離器，也可以在反應性儀的數據處理模塊之前設置一光電隔離模塊，即可防止反應性儀對與所述中間量程探測器相連的保護系統的影響，無需對中間量程探測器的保護邏輯做退化處理。較佳地，所述中間量程探測器至少有三個，其中一中間量程探測器與所述反應性儀之間還設有試驗切換開關，所述試驗切換開關一端與其中一所述中間量程探測器相連，另一端分別與一保護系統和所述反應性儀相連，用於將所述中間量程探測器測量的數據選擇切換至所述保護系統或所述反應性儀內。該方案使得零功率物理試驗時，將所述中間量程探測器測量的數據選擇切換至所述反應性儀內，在正常運行時，將所述中間量程探測器測量的數據選擇切換至所述保護系統內，防止反應性儀對保護系統的幹擾。其中，該方案實施時需對與反應性儀相連的中間量程探測器的保護邏輯做退化處理，防止反應性儀對中間量程探測器的影響。較佳地，所述中間量程探測器至少有三個，其中一中間量程探測器僅與所述反應性儀相連，並將測量的數據輸送至所述反應性儀內。在具體實施時，可通過增加中間量程探測通道的方法，專門增加一中間量程探測器，使得該中間量程探測器僅與反應性儀相連，以防止反應性儀對保護系統的幹擾。本發明還提供了一種壓水堆堆外核探測方法，包括：使用中間量程探測器測量反應堆的核功率；將所述中間量程探測器測量的數據輸送至反應性儀內計算堆芯反應性。其中，該反應性數據可用於等溫溫度係數和控制棒價值測量。與現有技術相比，本發明將中間量程探測器測量的數據輸送至反應性儀內，可進行更大波動的試驗，伽馬噪音影響小，可遠離都卜勒發熱點，測量結果準確，可以實施低洩漏及低低洩漏裝載方案，提高燃料利用的經濟型，可採用重反射層設計，從而進一步提高燃料利用的經濟性和抗地震能力，測量結果受空間位置影響很小。另一方面，由於功率量程探測器不接反應性儀，可提高功率量程保護通道的完整性（接反應性儀表期間，需對其保護邏輯做退化處理）；再一方面，中間量程探測器一般採用伽馬補償電離室或裂變室，其在低功率期間抗堆芯伽馬噪音的能力比功率量程好，因此在中間量程探測器採用伽馬補償電離室或裂變室時，伽馬噪音影響小，可遠離都卜勒發熱點，可減小由於反應性儀本身帶來的測量誤差。再一方面，由於中間量程探測器軸向通常只設計1個靈敏段（功率量程至少2段），根據目前反應性儀測量棒價值等基於點堆原理，測量結果受空間位置影響很小，可有效降低實施堆腔注水改造等由於RPN外移帶來的影響較佳地，所述反應性儀包括數據處理模塊，所述數據處理模塊通過一光電隔離模塊與一所述中間量程探測器相連，並依據該中間量程探測器測量的數據計算堆芯反應性。可防止反應性儀對所述中間量程探測器和與所述中間量程探測器相連的保護系統的影響。較佳地，所述中間量程探測器至少有三個，其中一中間量程探測器與所述反應性儀之間還設有試驗切換開關，所述試驗切換開關將所述中間量程探測器測量的數據選擇切換至一保護系統或所述反應性儀內。其中，該方案實施時需對與反應性儀相連的中間量程探測器的保護邏輯做退化處理，防止反應性儀對中間量程探測器的影響。較佳地，所述中間量程探測器至少有三個，其中一中間量程探測器僅與所述反應性儀相連，並將測量的數據輸送至所述反應性儀內。在具體實施時，可通過增加中間量程探測通道的方法，專門增加一中間量程探測器，使得該中間量程探測器僅與反應性儀相連，以防止反應性儀對保護系統的幹擾。附圖說明圖1是現有技術中所述壓水堆堆外核探測系統的結構示意圖。圖2是本發明所述壓水堆堆外核探測系統的結構示意圖。圖3是本發明第一實施例中所述壓水堆堆外核探測系統的結構框圖。圖4是本發明第二實施例中所述壓水堆堆外核探測系統的結構框圖。圖5是本發明第三實施例中所述壓水堆堆外核探測系統的結構框圖。圖6是本發明第四實施例中所述壓水堆堆外核探測系統的結構框圖。圖7是本發明所述壓水堆堆外核探測方法的流程圖。具體實施方式為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。參考圖2，本發明提供了一種壓水堆堆外核探測系統，用於反應堆零功率物理試驗，其中，堆芯11由若干個燃料組件組成，堆芯11外是反射層12（一般為水和少量不鏽鋼組成，M310及CPR1000機組鐵水比約為1:9），堆芯和反射層被包容在壓力容器13之內，壓力容器外在角度45°、135°、225°和315°共布置4個功率量程探測器14，在角度90°和270°布置2個中間量程探測器15，2個源量程探測器（圖中未示），所述源量程探測器、中間量程探測器15和功率量程探測器分別測量變化範圍為不同數量級的反應堆的核功率。與圖1中傳統的壓水堆堆外核探測系統不同的是，所述反應性儀16接收所述中間量程探測器15測量的數據並依據所述測量的數據計算堆芯反應性。其中，該反應性數據可用於等溫溫度係數和控制棒價值測量。當然，所述源量程探測器、中間量程測量器15和功率量程探測器14的具體數目有技術人員依據實際需要設計，並不限制在2個、2個和4個。參考圖3，為本發明所述第一實施例，該實施例中，所述反應性儀16與其中一所述中間量程探測器15之間還設有光電隔離模塊21，將所述中間量程探測器15測量的數據輸送至所述反應性儀16中。其中，所述反應性儀16包括數據處理模塊22，所述數據處理模塊22依據所述中間量程探測器15測量的數據計算堆芯反應性。所述中間量程探測器15還與保護系統17相連，從而將所述測量的數據輸送至保護系統17中。參考圖4，為本發明所述第二實施例中，與第一實施例不同的是，該實施例中，所述反應性儀16包括數據處理模塊22和光電隔離模塊21，所述光電隔離模塊21一端與所述中間量程探測器15相連，另一端與所述數據處理模塊22相連，從而將所述中間量程探測器15測量的數據輸送至數據處理模塊22內，所述數據處理模塊22依據所述中間量程探測器15測量的數據計算堆芯反應性。參考圖5，為本發明第三實施例，與第一實施例不同的是，在該實施例中，中間量程探測器15有三個，所述反應性儀16與所述中間量程探測器15之間設有一試驗切換開關23，所述試驗切換開關23一端與所述中間量程探測器15相連，另一端分別與一保護系統17和所述反應性儀16相連，用於在使得零功率物理試驗時，將所述中間量程探測器15測量的數據選擇切換至所述反應性儀16內，在正常運行時，將所述中間量程探測器15測量的數據選擇切換至所述保護系統17內。其中，該方案實施時需對與反應性儀16相連的中間量程探測器15的保護邏輯做退化處理。當然，所述中間量程探測器還可以有4個、5個等3個以上。參考圖6，為本發明第四實施例，與第一實施例不同的是，在該實施例中，中間量程探測器15有三個，其中一所述中間量程探測器15僅與所述反應性儀16相連，並將測量的數據輸送至所述反應性儀16內。該實施例在原有的中間量程探測器基礎上增加一路僅與反應性儀相連的探測通道。參考圖7，本發明還公開了一種壓水堆堆外核探測方法，包括：（31）使用中間量程探測器測量反應堆的核功率；（32）將所述中間量程探測器測量的數據輸送至反應性儀內計算堆芯反應性。其中，所述中間量程探測器測量的數據通過光電隔離模塊輸送至所述反應性儀的數據處理模塊內。當然，所述中間量程探測器測量的數據還可以通過一試驗切換開關輸送至反應性儀內，該試驗切換開關可將中間量程探測器測量的數據選擇切換至保護系統或所述反應性儀內。其中，該方案實施時需對與反應性儀相連的中間量程探測器的保護邏輯做退化處理。當然，還可以增加一組可通過增加中間量程探測通道的方法，專門增加一中間量程探測器，使得該中間量程探測器僅與反應性儀相連，以防止反應性儀對保護系統的幹擾。以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。