阅读说明：本技术 一种标定核反应堆堆外探测器的方法及装置 (Method and device for calibrating nuclear reactor out-of-pile detector ) 是由 张洪 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种标定核反应堆堆外探测器的方法及装置,所述方法包括：构建堆内、堆外轴向偏移及堆芯功率测量之间的线性关系式：堆外测量的堆外轴向偏移等于第一线性拟合系数加上堆内测量的堆内轴向偏移与第二线性拟合系数之积；上、下段等效电流之和等于第三线性拟合系数与堆外二回路热平衡试验测量的功率之积；获取第二线性拟合系数的常数值,并根据所述线性关系式计算第一线性拟合系数和第三线性拟合系数；根据第一线性拟合系数、第二线性拟合系数、第三线性拟合系数计算获得用于计算反应堆功率水平和轴向功率偏差的第一校准系数、第二校准系数、第三校准系数。本发明可减少机组人为的功率扰动,保障机组安全运行,大幅提高经济性。(The invention discloses a method and a device for calibrating a nuclear reactor out-of-pile detector, wherein the method comprises the following steps: constructing a linear relation between the in-core axial deviation and the out-core axial deviation and the core power measurement: the off-stack measured off-stack axial offset is equal to the first linear fit coefficient plus the product of the in-stack measured in-stack axial offset and the second linear fit coefficient; the sum of the equivalent currents of the upper section and the lower section is equal to the product of the third linear fitting coefficient and the power measured by the out-of-pile two-loop heat balance test; obtaining a constant value of the second linear fitting coefficient, and calculating a first linear fitting coefficient and a third linear fitting coefficient according to the linear relation; and calculating according to the first linear fitting coefficient, the second linear fitting coefficient and the third linear fitting coefficient to obtain a first calibration coefficient, a second calibration coefficient and a third calibration coefficient for calculating the power level and the axial power deviation of the reactor. The invention can reduce artificial power disturbance of the unit, ensure the safe operation of the unit and greatly improve the economy.)

一种标定核反应堆堆外探测器的方法及装置

技术领域

本发明涉及核反应堆中的核仪表技术领域，具体涉及一种标定核反应堆堆外探测器的方法及装置。

背景技术

压水堆核电站对位于反应堆压力容器外侧的堆外核仪表系统，通常采用堆芯内测量系统较为精确的测量值来对其进行标定。

目前主流二代加核电站堆芯监测的基本方法在进行堆内及堆外的探测器标定时，需要对堆内的不同功率分布进行测量，在不同堆芯状态下同时建立堆内探测器与堆外探测器的对应关系。具体而言，约每个季度需要进行堆内、堆外探测器的标定。通常采用多通量图测量的技术，即通过人为引入轴向功率分布振荡(如改变控制棒组棒位引入氙振荡等)，在轴向功率分布变化的不同时刻进行连续多次的堆芯测量，并结合测量时刻的堆外探测器测量数据，就构成了多组的通量图测量数据，从而建立堆内、堆外的探测器相互关系。

标定系数的具体形式，根据后续应用的场景有所不同，通常包括如下两大类：

堆内功率水平与堆内轴向功率偏移与堆外探测器电流水平和堆外探测器轴向电流偏移的对应关系。例如α(k)，K_U(k)，K_L(k)表征堆外探测器测量的功率水平Pref及轴向功率偏移(ΔΦ)与堆内测量Pref及ΔΦ的对应关系校准系数。因为Pref及ΔΦ是堆芯运行区间控制的主要参数，因此该部分参数被传递给堆芯控制及保护系统。

堆内轴向功率分布(例如N段)与堆外探测器轴向电流读数(M节)分布的对应关系。例如LOCA裕量监测系统(LSS)中的T矩阵，S矩阵，为堆内轴向功率分布M段与堆外探测器电流M节的对应关系。其中T矩阵为M×M的三对角矩阵，表征从堆内到堆外中子传输过程系数。S矩阵为M×M的单对角矩阵，表征探测器本身的敏感特性。T矩阵和S矩阵是LSS系统正确监测堆芯LOCA裕量的重要参数，也需要定期的进行更新。

间隔一个季度的堆内-堆外的通量图测量中，根据轴向功率振荡的不同时刻，构造约6-8个通量图用于α(k)，K_U(k)，K_L(k)参数以及T矩阵、S矩阵的更新计算。然而该做法需要人为刻意引入轴向功率振荡(如氙振荡等)，从而耗费大量的时间在低功率台阶运行。例如在启堆过程中，收集3个通量图数据需要约16个小时，堆芯重新达到稳态则需要约24小时，如果规定堆外探测器标定系数只有在正确更正输入到相关系统后才能升功率，则在低功率运行的时间将长达数天，严重影响电厂的经济性，对电厂稳定运行造成影响；另外频繁的堆内通量图测量将导致堆内可移动式探头的敏感性下降，探头卡涩等机械故障出现的概率大幅增大，导致堆芯测量系统的维护昂贵；而采用简单的单通量图测量叠加理论模拟的方式，理论预测的模型精度较差，会对堆内、堆外探测器的标定系数引入额外误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种标定核反应堆堆外探测器的方法及装置，以减少通过人为引入堆芯扰动方式进行堆内、堆外标定的次数，提高核电站经济性并减少硬件测量系统的损耗。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种标定核反应堆堆外探测器的方法，在每个核功率量程通道内排列了六节分离式非补偿电离室，每节电离室产生一个电流信号，将六节电离室等效成上、下两段，所述方法包括：

步骤S1，构建堆内、堆外轴向偏移及堆芯功率测量之间的线性关系式：堆外测量的堆外轴向偏移等于第一线性拟合系数加上堆内测量的堆内轴向偏移与第二线性拟合系数之积；上、下段等效电流之和等于第三线性拟合系数与堆外二回路热平衡试验测量的功率之积；

步骤S2，获取第二线性拟合系数的常数值，并根据所述线性关系式计算第一线性拟合系数和第三线性拟合系数；

步骤S3，根据第一线性拟合系数、第二线性拟合系数、第三线性拟合系数计算获得用于计算反应堆功率水平和轴向功率偏差的第一校准系数、第二校准系数、第三校准系数。

优选地，所述步骤S1构建的线性关系式具体为：

AO_ex＝a+b×AO_in

I_U+I_L＝k·Pth

其中，AO_ex为堆外测量的轴向偏移、AO_in为堆内测量的轴向偏移，a为第一线性拟合系数，b为第二线性拟合系数；I_U、I_L分别为上、下节等效电流，Pth为堆外二回路热平衡试验测量的功率水平，k为第三线性拟合系数。

优选地，所述步骤S2中获取第二线性拟合系数的常数值的方式包括：

对已通过多通量图测量获得的多个第二线性拟合系数求取其平均值，将所述平均值作为所述第二线性拟合系数的常数值；或者

进行一次多通量图测量，将获得的第二线性拟合系数的取值作为所述第二线性拟合系数的常数值。

优选地，所述步骤S3中计算第一校准系数、第二校准系数、第三校准系数的方式具体为：

α＝[1－(a/100)²]/b

K_U＝1/[k(1+a/100)]

K_L＝1/[k(1－a/100)]

其中，α为第一校准系数，K_U为第二校准系数，K_L为第三校准系数。

本发明还提供一种标定核反应堆堆外探测器的装置，在每个核功率量程通道内排列了六节分离式非补偿电离室，每节电离室产生一个电流信号，将六节电离室等效成上、下两段，所述装置包括：

构建单元，用于构建堆内、堆外轴向偏移及堆芯功率测量之间的线性关系式：堆外测量的堆外轴向偏移等于第一线性拟合系数加上堆内测量的堆内轴向偏移与第二线性拟合系数之积；上、下段等效电流之和等于第三线性拟合系数与堆外二回路热平衡试验测量的功率之积；

第一计算单元，用于获取第二线性拟合系数的常数值，并根据所述线性关系式计算第一线性拟合系数和第三线性拟合系数；

第二计算单元，用于根据第一线性拟合系数、第二线性拟合系数、第三线性拟合系数计算获得用于计算反应堆功率水平和轴向功率偏差的第一校准系数、第二校准系数、第三校准系数。

优选地，所述构建单元构建的线性关系式具体为：

AO_ex＝a+b×AO_in

I_U+I_L＝k·Pth

其中，AO_ex为堆外测量的轴向偏移、AO_in为堆内测量的轴向偏移，a为第一线性拟合系数，b为第二线性拟合系数；I_U、I_L分别为上、下节等效电流，Pth为堆外二回路热平衡试验测量的功率水平，k为第三线性拟合系数。

优选地，所述第一计算单元获取第二线性拟合系数的常数值的方式包括：

对已通过多通量图测量获得的多个第二线性拟合系数求取其平均值，将所述平均值作为所述第二线性拟合系数的常数值；或者

进行一次多通量图测量，将获得的第二线性拟合系数的取值作为所述第二线性拟合系数的常数值。

优选地，所述第二计算单元计算第一校准系数、第二校准系数、第三校准系数的方式具体为：

α＝[1－(a/100)²]/b

K_U＝1/[k(1+a/100)]

K_L＝1/[k(1－a/100)]

其中，α为第一校准系数，K_U为第二校准系数，K_L为第三校准系数。

实施本发明实施例具有以下有益效果：

本发明能大幅减少堆芯硬件测量使用的次数，减少测量硬件系统的损耗，大幅提高经济性；

本发明能优化当前堆芯运行的环境，避免人为的轴向功率分布振荡的引入，大幅提高电厂运行的安全性和经济性；

本发明采用简化的计算形式代替堆芯实际扰动，减少操纵员操作失误的影响，也可减少机组运行支持人员的工作量；

本发明能够有效缩短反应堆升功率物理实验的时间，提高经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一一种标定核反应堆堆外探测器的方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中堆外探测器位置示意图。

图3为本发明实施例中功率量程通道几何示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

请参照图1所示，本发明实施例一提供一种标定核反应堆堆外探测器的方法，在每个核功率量程通道内排列了六节分离式非补偿电离室，每节电离室产生一个电流信号，将六节电离室等效成上、下两段，所述方法包括：

步骤S1，构建堆内、堆外轴向偏移及堆芯功率测量之间的线性关系式：堆外测量的堆外轴向偏移等于第一线性拟合系数加上堆内测量的堆内轴向偏移与第二线性拟合系数之积；上、下段等效电流之和等于第三线性拟合系数与堆外二回路热平衡试验测量的功率之积；

步骤S2，获取第二线性拟合系数的常数值，并根据所述线性关系式计算第一线性拟合系数和第三线性拟合系数；

步骤S3，根据第一线性拟合系数、第二线性拟合系数、第三线性拟合系数计算获得用于计算反应堆功率水平和轴向功率偏差的第一校准系数、第二校准系数、第三校准系数。

具体地，对于压水堆核电站，如图2所示，位于反应堆压力容器外侧的堆外核仪表系统有四个核功率量程通道。再如图3所示，在每个核功率量程通道内，排列了六节分离式非补偿电离室，每节电离室长607mm，其中的中子灵敏段长100mm。每节电离室产生一个电流信号Ii(i＝1,6)。将六节电离室等效成上、下两段，则上段等效电流信号定义为：

下段等效电流信号定义为：

对于功率量程通道k(k＝1,4)，反应堆功率水平PR和轴向功率偏差ΔΦ按下式计算：

PR(k)＝K_U(k)×I_U(k)+K_L(k)×I_L(k)

ΔΦ(k)＝α(k)[K_U(k)×I_U(k)－K_L(k)×I_L(k)]

ΔΦ＝AO×PR

其中，I_U和I_L分别是上、下段的等效电流信号，α、K_U和K_L均为校准系数，PR和ΔΦ的量纲为％FP，K_U和K_L的量纲为％FP/μA，α无量纲，AO为轴向功率偏移。

由于堆内核测量系统及堆外核仪表系统测量的是同一个物理量AO及堆芯功率，因此由步骤S1构建堆内、堆外轴向偏移AO及堆芯功率测量之间的线性关系式如下：

AO_ex＝a+b×AO_in (1)

I_U+I_L＝k·Pth (2)

公式(1)中：AO_ex为堆外测量的轴向偏移、AO_in为堆内测量的轴向偏移，a为第一线性拟合系数，b为第二线性拟合系数。公式(2)中：I_U、I_L分别为上、下节等效电流，由堆外核仪表系统测量，上、下节电流相加代表了堆芯总的功率，Pth为堆外二回路热平衡试验测量的功率水平，k为第三线性拟合系数。

由于公式(1)、(2)展现的是线性关系，因此，现有技术很自然会采用线性拟合的方法如最小二乘拟合法来对其进行处理。如背景技术部分所述，通过人为引入轴向功率分布振荡(如改变控制棒组棒位引入氙振荡等)，在轴向功率分布变化的不同时刻进行连续多次的堆芯测量，就构成了多组具有不同AO的堆内通量图测量数据，并结合测量时刻的堆外探测器测量数据，从而建立堆内、堆外的探测器相互关系，再采用线性拟合的方法确定α、KU和KL无量纲系数。

本发明的发明人在以往大量测量数据分析的基础上并结合其物理意义的分析发现：从公式(1)、(2)中可见：如固定一个参数，例如第二线性拟合系数“b”取常数，则以一次堆外、堆内测量值(AO_ex、AO_in、I_U、I_L、Pth)就可以确定剩下的两个系数——第一线性拟合系数a和和第三线性拟合系数k，不再需要如现有技术一样做多通量图测量，再通过最小二乘拟合法来得到三个线性拟合系数k、a、b。

需要说明的是，步骤S2将第二线性拟合系数“b”取常数具有现实可行性：对曾经采用过多通量图测量的核电站，可根据其已经完成试验的大量k、a、b系数，从中确定第二线性拟合系数“b”的取值，具体方式可以是可取多次测量中b的平均值；对未进行过多通量图测量的核电站，可进行一次多通量图测量，以确定一组k、a、b系数，并从中确定第二线性拟合系数“b”的取值。

第二线性拟合系数“b”取常数的方法，也具有可解释的物理意义：核电站反应堆的堆芯结构及堆外布置及尺寸在反应堆建成后是固定的，堆内燃料组件布置的位置也是固定的，堆内燃料组件的相对功率分布在燃料管理模式趋同的情况下也趋向一致，另外，堆外核仪表系统的性能也较稳定，整个寿期内变化不大。由此，中子由堆内传输到堆外并被堆外核仪表系统探测的过程也具有趋同性，堆内核测量系统及堆外核仪表系统在测量同一个物理量AO及堆芯功率时其变化过程在电站寿期内具有稳定的特点，因而可将两者相互间斜率系数“b”(在公式(1)中，b位于斜率位置)固定并取常数。

在步骤S2获取k、a、b之后，步骤S3根据下述方式分别确定第一校准系数α、第二校准系数K_U、第三校准系数K_L：

α＝[1－(a/100)²]/b

K_U＝1/[k(1+a/100)]

K_L＝1/[k(1－a/100)]

由通量图处理程序提供的对可移动探测器测量结果的再构造来提供堆芯轴向偏移AO_in，由堆外二回路热平衡试验测量的功率水平Pth(量纲为％FP)给出在测量期间的实际功率水平，由此堆芯轴向功率偏差如下：

ΔΦ_in＝AO_in×Pth/100

对于每个功率量程通道k，可以计算出高核通量紧急停堆设定值的误差δ1(k)和轴向功率偏差的误差δ2(k)：

δ₁(k)＝Pth－PR(k)

δ₂(k)＝ΔΦ_in－ΔΦ(k)

通过对校准系数α、K_U、K_L的标定，以满足验收准则|δ₁(k)|<5％和|δ₂(k)|<3％。

从核电厂大量测量数据的分析，也可以佐证本实施例的效果：

表1某核电厂1号机第1循环

表2某核电厂1号机第3循环

表3某核电厂1号机第5循环

表4某核电厂2号机第3循环

在表1“某核电厂1号机第1循环”的数据可以看出，在50％及75％两个功率台阶上，四个功率量程通道采用多通量图测量处理后得出的“b”系数基本一样；在表2“某核电厂1号机第3循环”、表3“某核电厂1号机第5循环”的数据可以看出，在某个循环内随着燃耗及不同循环间，四个功率量程通道采用多通量图测量处理后得出的“b”系数基本一样；在表4“某核电厂2号机第3循环”的数据与表1～3数据可以看出，在不同机组之间，四个功率量程通道采用多通量图测量处理后得出的“b”系数基本一样。

通过以上实施例的描述可知，本发明实施例的有益效果在于：

本发明能大幅减少堆芯硬件测量使用的次数，减少测量硬件系统的损耗，大幅提高经济性；

本发明能优化当前堆芯运行的环境，避免人为的轴向功率分布振荡的引入，大幅提高电厂运行的安全性和经济性；

本发明采用简化的计算形式代替堆芯实际扰动，减少操纵员操作失误的影响，也可减少机组运行支持人员的工作量；

本发明能够有效缩短反应堆升功率物理实验的时间，提高经济性。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。