海南核电动态刻棒技术验证及应用

海南核电动态刻棒技术验证及应用

高露露、郑佑

海南核电有限公司，海南，昌江 572700

摘要：动态刻棒技术作为一种新兴的控制棒价值测量技术，与传统调硼法刻棒相比有着显著的经济优势。本文通过介绍动态刻棒技术的实现原理、动态刻棒技术在海南核电上堆验证的情况及结果分析，证实动态刻棒技术可应用于海南核电。

关键字：动态刻棒；反应性；控制棒；应用

1. 前言

在核电厂反应堆换料启动过程中，为验证堆芯设计的准确性，需要在零功率期间进行一系列物理试验。其中，控制棒价值测量（也叫刻棒试验）占据物理试验多数时间。为优化大修物理试验，提升机组负荷因子，海南核电积极研究新的刻棒方法以增加电厂收益。

2. 动态刻棒法

2. 1. 理论介绍

动态刻棒法是一种快速测量控制棒价值的试验方法。该方法在试验前先对试验过程的高精度计算机数值模拟，再依据模拟所得结果，定量计算整个试验过程偏离点堆模型的程度，并通过修正因子的引入，解决试验中由于偏离点堆模型带来的测量偏差。相比传统调硼法，动态刻棒法在实际测量过程中不受传统方法中点堆模型的限制，不需要进行调硼操作，可以实现对控制棒价值的快速测量，从而缩短核电厂控制棒价值测量时间。由于动态刻棒测量反应性依然是基于点堆模型和逆动态方程的求解，这就需要在测量过程中引入修正因子来解决不能等待堆芯过度的问题。

1. 2. 静态修正因子

控制棒在插入堆芯时，堆芯中子通量会进行重新分布，对堆外探测器探测到的信号变化有一定影响。为消除此影响，需要对堆外探测器的信号进行修正，这部分的修正就称之为静态修正，引入的修正因子称之为静态修正因子SSF。其计算公式为^[1]：

(公式1)

式中， 为节块功率密度； 为探测器响应因子； 为节块体积；下标k 表示节块编号。

1. 3. 动态修正因子

动态刻棒过程探测器信号既受堆芯中子通量分布的影响，也受缓发中子先驱核的滞后和高阶谐波的衰减的影响^[3]。因而，还需要采用动态修正因子DSF来修正这些偏差。DSF由堆芯三维计算软件模拟探测器响应所得到的反应性和模拟的稳态反应性计算得到，其计算公式如下：

（公式2）

式中， 为三维堆芯设计软件模拟的堆芯稳态反应性， 为三维堆芯设计软件模拟的动态反应性，即模拟瞬态过程、得到探测器电流、采用SSF 修正求得的反应性。

3. 试验验证

   1. 试验方案

试验开始时堆芯处于临界状态，试验过程中控制棒全程打手动。

步骤一：将待测控制棒组1提升至堆顶；

步骤二：当堆芯中子通量水平上涨至核发热点附近时，以最大控制棒插入速度连续将待测控制棒组1下插至堆底。在控制棒下插过程中，反应性仪采集核仪表电流数据并计算棒组下插过程中的动态反应性；

步骤三：当控制棒组1插入到堆底后，再将待测控制棒组1手动提出堆芯。

如此重复5次以上操作完成所有棒组的价值测量后，再插入控制棒组1，使反应堆重新回到试验初始的临界状态。

1. 2. 试验数据处理

测量控制棒价值时，已经取得控制棒插入过程中反应性仪所测得的RPN功率量程电流，现需要对其进行修正。

1. 1. 1. 电流静态修正

取控制棒插棒过程中每一步棒位对应的测量电流N(i)，减去本底电流N(0),再除以对应棒位的静态修正因子，得到经静态修正的电流值，公式如下：

N(i)s=(N(i)-N(0))/ssf(i)（公式4）

N(i)s为经静态修正后的电流，ssf(i)为静态修正因子，i为棒位。

1. 1. 2. 动态反应性计算

根据经静态修正后的电流，使用公式1逆动态方程进行计算得到棒位i对应堆芯的动态反应性 。

1. 1. 3. 反应性动态修正

对计算的动态反应性与对应棒位的动态修正因子相乘即可得到对应棒位的堆芯稳态反应性。

（公式5）

式中 为堆芯反应性， 为动态反应性，dsf为动态修正因子，i为棒位。

经处理最终堆芯反应性随棒位变化曲线如下：

图2 U2C3动态刻棒反应性处理结果

图3 U1C5动态刻棒反应性处理结果

1. 3. 结果对比分析

两次试验测量结果与理论计算值和调硼法测量值（D棒组）符合良好，满足物理试验监督要求中规定的棒价值测量值与理论值偏差小于10%的验收准则要求。验证试验结果如表1、表2所示。

表1 海南核电U2C3动态刻棒验证试验结果

表2 海南核电U1C5动态刻棒验证试验结果

4. 结论

经上堆验证，动态刻棒试验方法与海南核电1、2号机组各系统兼容良好，具有良好的适用性。动态刻棒方法所测得的控制棒价值与调硼法有着相当的精度，能够满足物理试验监督要求所规定的与设计值偏差10%以内的验收要求。

参考文献

[1]吴磊，动态刻棒方法研究及其试验验证，成都：核动力工程，2015:14-15

[2]王释伟，AP1000动态刻棒法研究，宁波：先进核电站技术研讨会，2013:109-110

[3]彭思涛，动态刻棒技术自主化初步研究，成都：核动力工程，2014：215-217

[4]胡汝平，动态刻棒技术的应用，深圳：核科学与工程，2015

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