一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，包括：采集自给能探测器SPND的实测电流，和反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数；将采集的数据分别传输给上层计算单元和下层计算单元；上层计算单元和下层计算单元进行LPD在线计算和DNBR在线计算；上层计算单元的计算精度高于下层计算单元的计算精度；基于下层计算单元的LDP和DNBR计算结果，向反应堆保护系统提供LPD和DNBR保护输入信号，实现LPD和DNBR保护功能；基于上层计算单元的LDP和DNBR计算结果，实现对反应堆运行状况的监测。通过该方法实现在线监测堆芯各燃料组件轴向各段的LPD和DNBR分布，向反应堆保护系统提供LPD和DNBR保护输入信号，从而提高核电厂运行的安全性和经济性。

A Realization Method for Reactor LPD and DNBR Online Protection and Monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法
本专利技术涉及核安全领域，具体地，涉及一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法。
技术介绍
压水堆在运行时，要求堆芯工作在泡核沸腾传热方式下，此时的传热效率最高。但当出现某些瞬态导致堆内局部热流密度增大到一定程度时，包壳壁面上产生的气泡在离开壁之前就连成一片，形成汽膜，使热阻变大，传热系数降低，引起包壳温急剧上升，最终导致燃料温度过高而熔毁，此情况即为偏离泡核沸腾(DNB)。为保证反应堆安全，在设计中要求燃料元件表面的最大热流密度小于临界热流密度。为定量表达这个要求，引入了偏离泡核沸腾比(DNBR)；同时为避免堆芯线功率密度过高，引入了线功率密度(LPD)。在第二代M310机组中，DNBR及LPD的监测均通过采集平均温度、冷却剂压力、主泵转速及轴向功率偏差，计算出DNB和LPD限制函数，然后进行线性化处理。通过将计算值与整定值进行比较而触发停堆功能。此方法可以减少通道的误差，但是存在动态补偿复杂，而且需要将DNB安全限制函数转化为保护系统停堆定值，过程较为繁琐的问题。同时堆芯中子通量密度参数的在线监测仅由堆外核仪表系统完成，在计算精度和响应时间均无法满足反应堆保护的要求。随着反应堆设计要求的提高，三代核电厂的堆芯测量系统及反应堆主冷却剂系统的各参数测量精度及响应时间有了较大提升。因此可以考虑采用一种新的DNBR和LPD计算和保护方法，用于反应堆保护，以进一步提升核电厂的安全性和经济性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，利用三代核电厂堆芯测量系统自给能探测器(SPND)的实测电流，以及反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数，设计一种用于LDP和DNBR在线保护和监测的实现方法，通过该方法实现在线监测堆芯各燃料组件轴向各段的LPD和DNBR分布，向反应堆保护系统提供LPD和DNBR保护输入信号，从而提高核电厂运行的安全性和经济性。为实现上述专利技术目的，本申请提供了一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，所述方法包括：采集核电厂堆芯测量系统自给能探测器SPND的实测电流，和反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数；将采集的数据分别传输给上层计算单元和下层计算单元；上层计算单元和下层计算单元均基于自给能探测器SPND实测电流和反应堆主冷却剂系统实测运行参数进行LPD在线计算和DNBR在线计算；其中，上层计算单元的计算精度高于下层计算单元的计算精度；基于下层计算单元的LDP和DNBR计算结果，向反应堆保护系统提供LPD和DNBR保护输入信号，实现LPD和DNBR保护功能；基于上层计算单元的LDP和DNBR计算结果，实现对反应堆运行状况的监测。进一步的，上层计算单元和下层计算单元均包括若干计算机，同一计算单元的计算机互相独立且冗余，同一计算单元的计算机采用相同的算法同时进行计算。进一步的，LPD在线计算及监测以固定在堆内的SPND的电流信号为输入，通过计算得出堆芯LPD分布，通过与LPD报警限值比较实现LPD监测和报警功能，LPD在线监测将分为独立且冗余的若干计算系列，每个计算系列均可独立完成全堆的LPD在线监测及报警功能。进一步的，每个计算系列能够计算每盒燃料组件的理论轴向功率分布曲线，并定出理论保护定值，并结合安全分析给出LPD报警/预保护/保护定值曲线。进一步的，LPD在线计算包括：1)电流处理：从两个方面进行处理：堆内探测器实测电流的处理以及真实环境下的探测器理论电流模拟；2)组件功率拓展：将燃料组件分为若干区段，对于探测器所在层的区段，进行探测器层实测功率计算；对于非探测器所在层，采用耦合系数法进行组件功率径向扩展；在根据插值拟合的方法，进行组件功率轴向扩展；3)仿真器：将步骤2中的计算结果输入仿真器，进行三维堆芯实时模拟计算反应堆运行状态，获取堆芯功率分布、节块内功率分布、探测器反应率，并预测堆芯氙瞬态变化；4)功率重构：通过重构燃料组件内局部功率分布，计算功率峰值的位置和大小、探测器处的局部功率；5)LPD快速计算：建立由探测器电流与该探测器有效影响域内的组件块的功率转换系数，该系数定期或按需传递到下层；每个保护柜所含的探测器有效影响域的集合包含整个堆芯。进一步的，每个计算系列的保护机柜将根据LPD在线计算结果，拟合出每盒燃料组件的LPD曲线，并将此曲线同将计算出的该盒燃料的LPD报警/预保护/保护定值曲线进行比对，根据相应的判决逻辑，向保护系统送出报警/预保护/保护信号。进一步的，DNBR在线计算分为若干计算系列，每个计算系列均可独立完成全堆的DNBR计算，DNBR在线计算采用了带修正的单通道热工水力计算模型，通过设置焓升校正因子和质量流速校正因子来考虑燃料组件冷却剂通道间的交混效应。进一步的，DNBR在线计算包括：初始化赋值数据；接口数据输入，即输入核电厂堆芯测量系统自给能探测器SPND的实测电流数据，和反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数数据；基于输入的接口数据，筛选最恶劣的燃料组件；对筛选出的燃料组件进行热工水利参数计算；基于计算出的热工水利参数，进行DNBR计算；基于DNBR计算的计算结果，进行DNBR裕量计算；基于DNBR裕量计算结果，输出DNBR在线计算结果。进一步的，每个计算系列中的DNBR在线保护机柜根据测量系统提供的参数计算出临界热流密度，并结合安全分析给出报警/预保护/保护定值；根据LPD在线计算提供的每盒燃料组件参数及其他热工参数，进一步计算出全堆最小DNBR值及其位置，将此最小DNBR值同报警/预保护/保护定值进行比对，根据相应的判决逻辑，向保护系统送出报警/预保护/保护信号。进一步的，自给能探测器SPND分为4个系列，每个系列均平均分布在堆芯的四个象限里，并其轴向测量范围能够包络整个堆芯活性段长度；上层计算单元和下层计算单元均安装在保护机柜内，保护机柜包括信号采集和输出模块、信号处理模块、以太网和串行通讯接口模块、数据记录和显示模块；反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数包括：一回路温度、一回路压力、主泵转速、硼浓度、控制棒位置。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：采用本专利技术所述方法，可实现对基于自给能探测器(SPND)测量的反应堆型进行LPD和DNBR的快速计算，并向保护系统提供保护信号输入，实现LPD和DNBR保护功能，提高电厂的安全性；同时可对LPD和DNBR进行精细计算，实现对反应堆运行状况的精确监测，为核电厂换料等提供辅助依据，提高电厂运行的经济性附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1是DNBR在线计算流程示意图；图2是LPD和DNBR计算及保护系统框图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。本方法设计的L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，其特征在于，所述方法包括：采集核电厂堆芯测量系统自给能探测器SPND的实测电流，和反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数；将采集的数据分别传输给上层计算单元和下层计算单元；上层计算单元和下层计算单元均基于自给能探测器SPND实测电流和反应堆主冷却剂系统实测运行参数进行LPD在线计算和DNBR在线计算；其中，上层计算单元的计算精度高于下层计算单元的计算精度；基于下层计算单元的LDP和DNBR计算结果，向反应堆保护系统提供LPD和DNBR保护输入信号，实现LPD和DNBR保护功能；基于上层计算单元的LDP和DNBR计算结果，实现对反应堆运行状况的监测。

【技术特征摘要】
1.一种用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，其特征在于，所述方法包括：采集核电厂堆芯测量系统自给能探测器SPND的实测电流，和反应堆主冷却剂系统的各项实测运行参数；将采集的数据分别传输给上层计算单元和下层计算单元；上层计算单元和下层计算单元均基于自给能探测器SPND实测电流和反应堆主冷却剂系统实测运行参数进行LPD在线计算和DNBR在线计算；其中，上层计算单元的计算精度高于下层计算单元的计算精度；基于下层计算单元的LDP和DNBR计算结果，向反应堆保护系统提供LPD和DNBR保护输入信号，实现LPD和DNBR保护功能；基于上层计算单元的LDP和DNBR计算结果，实现对反应堆运行状况的监测。2.根据权利要求1所述的用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，其特征在于，上层计算单元和下层计算单元均包括若干计算机，同一计算单元的计算机互相独立且冗余，同一计算单元的计算机采用相同的算法同时进行计算。3.根据权利要求1所述的用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，其特征在于，LPD在线计算及监测以固定在堆内的SPND的电流信号为输入，通过计算得出堆芯LPD分布，通过与LPD报警限值比较实现LPD监测和报警功能，LPD在线监测将分为独立且冗余的若干计算系列，每个计算系列均可独立完成全堆的LPD在线监测及报警功能。4.根据权利要求3所述的用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，其特征在于，每个计算系列能够计算每盒燃料组件的理论轴向功率分布曲线，并定出理论保护定值，并结合安全分析给出LPD报警/预保护/保护定值曲线。5.根据权利要求1所述的用于反应堆LPD和DNBR在线保护和监测的实现方法，其特征在于，LPD在线计算包括：1)电流处理：从两个方面进行处理：堆内探测器实测电流的处理以及真实环境下的探测器理论电流模拟；2)组件功率拓展：将燃料组件分为若干区段，对于探测器所在层的区段，进行探测器层实测功率计算；对于非探测器所在层，采用耦合系数法进行组件功率径向扩展；在根据插值拟合的方法，进行组件功率轴向扩展；3)仿真器：将步骤2中的计算结果输入仿真器，进行三维堆芯实时模拟计算反应堆运行状态，获取堆芯功率分布、节块内功率分布、探测器反应率，并预测堆芯氙瞬态变化；4)功率重构：通过重构燃料组件内局部功率分布，计算功率峰值的位置和大小、探测器处的局部功率；5)LPD快速计算：建立由探测器电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨戴博，陈乐，李文平，黄有骏，龚禾林，刘启伟，王金雨，谢运利，李向阳，刘余，田宇，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51