一种核电厂次临界度直接测量系统及硬件平台和测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种核电厂次临界度直接测量系统及硬件平台和测量方法，系统包括反应堆测量数据收集模块、测量噪声处理模块、测量转换计算模块、堆芯次临界度参数计算模块。该测量系统采用“即插即用”式的设计理念，不需要改造核电厂软硬件系统，不占用反应堆启动阶段主线时间，可以有效提高核电厂在次临界阶段的安全性和经济性。

A nuclear power plant subcritical degree direct measurement system, hardware platform and measurement method

【技术实现步骤摘要】
一种核电厂次临界度直接测量系统及硬件平台和测量方法
本专利技术属于核电厂的直接测量领域，特别涉及压水堆核电厂次临界度直接测量领域。
技术介绍
压水堆核电厂在停堆和启动阶段，长期处于次临界状态。持续监测次临界反应堆的次临界度是确保反应堆安全、高效运行的关键手段。国际上陆续发展出了一些次临界度测量技术。一方面，大多数技术基于研究型反应堆系统开展，并未针对商用压水堆核电厂启动工况的特点进行充分考虑，技术实施和改造成本较高，难以满足商用压水堆核电厂的实际应用需求。另一方面，很多次临界度测量技术方法模型不确定性较大，必须留有较大的保守性裕量，才能满足监管要求。本专利技术提供了一种适用于商用压水堆核电厂的堆芯次临界度直接测量系统。在不需额外改造的前提下，采用该系统可以准确、实时地测量次临界堆芯关键物理特性参数，从而有效提高核电厂的安全性和经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为商用压水堆核电厂提供一套堆芯次临界度直接测量系统。基于该系统具有实时、准确测量次临界堆芯关键物理特性参数的特点。该测量系统采用“即插即用”式的设计理念，不需要改造核电厂软硬件系统，不占用反应堆启动阶段主线时间，可以有效提高核电厂在次临界阶段的安全性和经济性。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种核电厂次临界度直接测量系统，包括反应堆测量数据收集模块、测量噪声处理模块、测量转换计算模块、堆芯次临界度参数计算模块：所述反应堆测量数据收集模块为收集特定工况点的堆芯状态测量数据，传递至系统内的测量噪声处理模块、测量转换计算模块和堆芯次临界度参数计算模块供后续使用；所述测量噪声处理模块为确定堆外中子探测器的背景噪声并对探测器计数率进行除噪处理；所述测量转换计算模块为基于目标堆芯的燃料装载、相关运行历史的模型信息，根据堆芯在目标次临界工况的状态参数测量值计算测量转换因子；所述堆芯次临界度参数计算模块为计算目标堆芯次临界度相关的各项参数。优选的，所述测量噪声处理模块包含实验法子模块和计算法子模块；所述实验法子模块为基于中子探测器测量数据和内置计算引擎，支持在线背景噪声计算及除噪处理；所述计算法子模块为基于预制的信噪比数据库，根据目标次临界工况状态进行除噪处理。优选的，所述实验法子模块和所述计算法子模块可任选其一使用或同时并行启用。优选的，所述堆芯次临界度参数计算模块，根据所述测量噪声处理模块提供的除噪后中子探测器计数率以及所述测量转换计算模块的测量转换因子，计算目标工况的次临界增殖因子及次临界度；根据特定工况点的堆芯次临界度，计算停堆裕量、控制棒组价值、可溶硼微分价值、等温温度系数等堆芯物理特性参数；根据各次临界工况点的次临界度监测数据，绘制“1/M”曲线，外推获得预估临界条件。一种核电厂次临界度直接测量系统硬件平台，所述硬件平台包括处理器、存储器、数据接收单元、人机交互终端；所述数据接收单元通过网络收取目标次临界工况的各种状态参数测量值；所述处理器和所述存储器支持堆芯次临界度直接测量软件系统的控制、计算和存储操作指令；所述人机交互终端实现人机交互功能。优选的，所述人机交互终端包括鼠标、键盘等输入设备以及图形人机接口单元。一种核电厂次临界度直接测量方法，其特征在于包括在线监测方法和离线制库方法：在线监测方法：根据实时的堆芯状态参数测量值，在线开展噪声信号处理及测量转换计算，获得当前工况的次临界度及各种需要关注的衍生数据；在线监测的测量频率包括两种设定方式：一是以时间间隔的方式设定测量频率，二是以工况状态的方式设定测量频率；离线制库方法：将预先离线计算堆芯次临界度测量所需的部分关键数据存储于数据库中；在次临界度测量的现场实施过程中，堆芯次临界度直接测量系统根据目标工况的堆芯状态参数测量值，从预制数据库中提取相应数据，运算获得堆芯次临界度及各种需要关注的衍生数据。本专利技术提供了一种商用压水堆核电厂的堆芯次临界度直接测量软件系统，可以准确、实时地测量反应堆堆芯的次临界度，获得精确的停堆裕量、控制棒组价值、临界硼浓度、可溶硼微分价值、等温温度系数等物理特性参数，并在线提供准确的预估临界条件，缩短反应堆启动阶段的主线时间，从而有效提高核电厂的安全性和经济性。附图说明图1为堆芯次临界度直接测量系统示意图。图2为堆芯次临界度测量流程架构示意图。图3为某1400MWe级核电站压水堆堆芯径向示意图。图4为堆芯次临界度直接测量系统外推临界硼浓度过程示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。压水堆核电厂次临界度测量原理如下：(1)在压水堆核电厂中，对于处于次临界工况的反应堆堆芯，通过采集堆外中子探测器计数率信号，并经堆芯次临界度直接测量系统的软硬件处理，获得该工况下的堆芯次临界度。基本原理为：Mm＝f(CRm)·T(Mc，CRc)其中，M为次临界堆芯的次临界增殖因子，CR为次临界工况堆外中子探测器计数率，f为测量噪声处理算子，T为测量转换因子，上标m表示测量值，上标c表示计算值。次临界增殖因子与堆芯次临界度之间的关系为：M＝1/(1-keff)keff为次临界堆芯的有效增殖因子。(2)测量转换因子实现中子探测器计数率到次临界增殖因子测量值之间的转换。它通过确定论三维堆芯中子学计算获得。这一过程的主要步骤包括：1)根据目标堆芯的燃料装载方案，对此前相关燃料循环的运行/停堆历史开展确定论三维堆芯中子学燃耗跟踪计算，获得目标堆芯的初级/次级中子源同位素、辐照后燃料的自发裂变同位素、(α,n)反应中子源同位素核子密度分布。2)根据目标堆芯的初级/次级中子源同位素、辐照后燃料的自发裂变同位素、(α,n)反应中子源同位素核子密度分布，以及相关核反应数据，计算三维堆芯内的中子源强度分布。3)根据目标堆芯布置及堆内中子源强度分布，通过确定论三维堆芯中子学计算，获得次临界增殖因子、堆外中子探测器计数率等参数的计算值，用于计算测量转换因子。(3)测量噪声处理算子用于去除堆外中子探测器计数率中的背景噪声。其中包含两种实现方式：实验法。首先，对处于次临界工况的目标堆芯，保持一定的堆芯工况状态不变，采集可溶硼浓度、控制棒位、冷却剂温度、堆外中子探测器计数率等测量数据。然后，基于该工况的状态参数，采用确定论三维堆芯中子学计算获得堆芯次临界度预测值，并根据该预测值反推堆外中子探测器计数率预测值。而后，基于堆外中子探测器计数率预测值与测量值的偏差，确定该工况的计数率背景噪声。保持控制棒位及冷却剂温度不变，选取至少三个不同可溶硼浓度的次临界工况点，重复执行以上步骤，并以所得的计数率背景噪声平均值作为最终的背景噪声值。计算法。首先，针对目标堆芯选取若干典型的次临界工况点；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电厂次临界度直接测量系统，其特征在于，包括反应堆测量数据收集模块、测量噪声处理模块、测量转换计算模块、堆芯次临界度参数计算模块：/n所述反应堆测量数据收集模块为收集特定工况点的堆芯状态测量数据，传递至系统内的测量噪声处理模块、测量转换计算模块和堆芯次临界度参数计算模块供后续使用；/n所述测量噪声处理模块为确定堆外中子探测器的背景噪声并对探测器计数率进行除噪处理；/n所述测量转换计算模块为基于目标堆芯的燃料装载、相关运行历史的模型信息，根据堆芯在目标次临界工况的状态参数测量值计算测量转换因子；/n所述堆芯次临界度参数计算模块为计算目标堆芯次临界度相关的各项参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种核电厂次临界度直接测量系统，其特征在于，包括反应堆测量数据收集模块、测量噪声处理模块、测量转换计算模块、堆芯次临界度参数计算模块：
所述反应堆测量数据收集模块为收集特定工况点的堆芯状态测量数据，传递至系统内的测量噪声处理模块、测量转换计算模块和堆芯次临界度参数计算模块供后续使用；
所述测量噪声处理模块为确定堆外中子探测器的背景噪声并对探测器计数率进行除噪处理；
所述测量转换计算模块为基于目标堆芯的燃料装载、相关运行历史的模型信息，根据堆芯在目标次临界工况的状态参数测量值计算测量转换因子；
所述堆芯次临界度参数计算模块为计算目标堆芯次临界度相关的各项参数。


2.如权利要求1所述的核电厂次临界度直接测量系统，其特征在于，所述测量噪声处理模块包含实验法子模块和计算法子模块；所述实验法子模块为基于中子探测器测量数据和内置计算引擎，支持在线背景噪声计算及除噪处理；所述计算法子模块为基于预制的信噪比数据库，根据目标次临界工况状态进行除噪处理。


3.如权利要求2所述的核电厂次临界度直接测量系统，其特征在于，所述实验法子模块和所述计算法子模块可任选其一使用或同时并行启用。


4.如权利要求1所述的核电厂次临界度直接测量系统，其特征在于，所述堆芯次临界度参数计算模块，根据所述测量噪声处理模块提供的除噪后中子探测器计数率以及所述测量转换计算模块的测量转换因子，计算目标工况的次临界增殖因子及次...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏博，汤春桃，毕光文，杨庆湘，杨伟焱，杨波，秦玉龙，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31