控制棒价值测量方法优化-SRWM

控制棒价值测量方法优化-SRWM

金岚岚

（中核运维技术有限公司-三门项目部，浙江 台州  317100）

摘 要：压水堆核电厂换料后进入模式1前需要执行低功率物理试验（LPPT），以验证换料堆芯设计的安全性和准确性。LPPT是一项占用大修关键路径的试验项目，其中控制棒价值测量是LPPT的重要试验内容。目前国内绝大多数压水堆核电厂LPPT均基于动态刻棒技术（DRWM），虽在技术上已十分成熟，但在改善核电厂安全性和经济性等方面仍存在进一步优化的空间。本文通过介绍控制棒价值测量方法，对比分析新的控制棒价值测量方法-次临界刻棒技术（SRWM）的优势。

关键词：控制棒价值测量；DRWM；SRWM

1概述

首次临界及低功率物理试验(LPPT)是一项综合性试验，试验包括引导反应堆安全、顺利地达到首次临界状态，以及在零功率阶段开展的各项物理试验，以验证堆芯相关物理参数测量值是否满足试验验收准则的要求，进而验证涉及堆芯设计关键安全参数的正确性和用于安全分析假设条件的保守性。其中，控制棒价值测量是商用核反应堆启动物理试验中的一个重要内容。控制棒价值测量主要有两个目的：一是验证堆芯计算模型的正确性，确保用于安全分析和堆芯计算的控制棒价值计算值满足准则要求；二是在反应堆运行前，用试验手段测定控制棒所能控制的反应性，为反应堆的安全运行提供数据。

2控制棒价值测量方法

控制棒价值测量试验用于测量所选控制棒组的反应性价值。该试验一般在反应堆热态零功率（HZP）时执行，通常有四种可选方法。

第一种方法是硼交换法，即改变反应堆冷却剂中硼浓度，并移动所选控制棒组的棒位来响应硼浓度的变化，反应性变化用反应性仪测量，对其余的棒组重复该过程。

第二种方法为棒交换法，用上述硼交换法测量预先确定的参考棒组价值，然后参考棒组几乎全插入堆芯，在所选棒组插入堆芯的同时，将参考棒组提出，最终所选棒组全插使得堆芯达到热态零功率临界状态。基于参考棒组相对所选棒组的位置可以算出所选棒组的价值，如果需要，对剩余棒组重复该过程。[1]

第三种为末端硼浓度法，即在整个行程内移动所选控制棒组，同时通过改变反应堆冷却剂的硼浓度来维持HZP临界状态，硼浓度差即为所选控制棒组的价值，对其余控制棒组重复采用该过程。[1-2]

第四种为动态刻棒法(DRWM)，将每个棒组分别插入堆芯以确定其棒组价值。控制棒组动态插入堆芯，而同时从堆外通道得到数据，当棒组提升时，通过数据分析得到棒价值，对每组控制棒和停堆棒重复同样的过程。[3]

目前国内绝大多数压水堆核电厂LPPT均基于动态刻棒技术，相较于早期调硼/换棒法测量棒价值，DRWM试验的时长已有较大程度缩短，但是在改善核申厂安全性和经济性等方面仍然存在可优化的空间。针对压水堆核电厂的设计和运行特点，研发新的控制棒价值测量技术，可以进一步提高压水堆核电厂启动阶段的安全性和经济性。

3次临界刻棒技术

通过反应堆次临界下的反应性测量技术，可在机组次临界状态下实现对控制棒价值的测量，该项技术称之为次临界刻棒（SRWM）。

3.1基本理论

利用计数率监测反应堆反应性的传统方法是基于理想的“点堆”模型，实际的堆芯内可能存在相应的初级中子源(如首堆的锎源)或次级中子源(如锑铍源)，由于源的存在导致堆内的中子密度分布存在显著的畸变，从而使得计数率倒数比(ICRR)与堆芯Keff的关系呈现出明显的非线性效应。因此需要考虑特定的源对中子密度空间分布产生的影响，并对计数率进行修正，修正后的测量计数率可以与堆芯的Keff维持良好的线性关系。次临界刻棒系统通过读取采集到的次临界刻棒试验中探测器的数据，进行空间修正因子计算，从而得到修正后的计数率倒数比与次临界度的关系，根据不同棒位的次临界度得到测量的控制棒价值，其关系如图1所示。

图1  次临界刻棒系统与控制棒测量试验关系图

3.2验证情况

次临界刻棒技术在某三代堆型电站U2C3、U1C4、U2C4换料循环启动物理试验期间进行了验证，基于源量程探测器A、B的测量数据，利用次临界刻棒系统进行次临界棒测量棒价值计算，并与预测值进行比对，3次验证情况均是所有控制棒组满足验收准则要求。图2给出了U2C4次临界刻棒验证试验修正后数据线性度及试验次临界度，源量程探测器计数率倒数比与次临界度保持了较好的线性关系。图3为U2C4棒价值验证结果。

图2 U2C4试验的线性度及次临界度

图3 U2C4次临界刻棒系统测量棒价值验证结果

4总结

本文针对现有的控制棒价值测量方法以及新一代深度次临界度工况下的次临界刻棒技术及验证情况进行了介绍。相较DRWM，SRWM具备以下优势：

控制棒价值测量全过程堆芯处于次临界状态，从原理上消除了超临界增殖、预期外临界等临界安全问题，安全性进一步提高。[4]

在深度次临界状态下进行控制棒提棒操作，相较临界状态下的动态刻棒试验，避免了反应性短时间剧烈变化影响且消除了源量程中子通量高停堆信号可能被重新激活的风险，测量过程操作简单（仅在常规的提棒操作过程中采集数据），试验操作过程满足安全要求，减少了人因失误风险。

在临界前（模式3和模式2）完成控制棒价值的测量，且与电厂常规的大修工作整合（如落棒试验、达临界期间的提棒操作），基本不占用大修关键路径，可以大幅减少机组低功率物理试验时间，具有良好的经济性。[5]

次临界刻棒采用源量程探测器信号作为试验的信号源，无额外的设备需求，且兼具动态刻棒的优点。

5参考文献

[1]刘晓黎, 周金满, 王晨琳, 等. 核电厂控制棒价值测量评价方法改进研究[J]. 核科学与工程, 2021, 41(3): 485–490. DOI:10.3969/j.issn.0258-0918.2021.03.006.

[2]宋扬, 吕标剑. 调硼法测量控制棒组微积分价值的计算方法[J]. 科技视界, 2017(1): 334. DOI: 10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2017.01.250.

[3]吴磊, 刘同先, 赵文博, 等. 动态刻棒方法研究及其试验验证[J]. 核动力工程, 2015, 36(2): 13–16. DOI: 10.13832/j.jnpe.2015.02.0013.

[4]罗庭芳, 朱宏亮, 高志宇, 等. 深度次临界刻棒电子学实现方法研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 86–89. DOI: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0086.

[5]龚建立. 核电厂大修计划优化[J]. 科技视界, 2016, (7): 264, 305. DOI: 10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2016.07.195.