一种压水堆核电厂棒控故障下的反应性控制方法与流程

本发明涉及核电厂堆芯安全，尤其涉及一种压水堆核电厂棒控故障下的反应性控制方法。

背景技术：

1、三代压水堆核电厂在运行期间使用控制棒和硼酸来调节堆芯中反应性的变化。在正常运行期间，堆芯反应性变化很缓慢，使用控制棒来补偿反应性的变化；在功率变化较大或者氙浓度变化较大时，堆芯反应性变化较快，采用控制棒和硼浓度相互配合来补偿堆芯中反应性的变化，此时若出现棒控系统故障导致控制棒不可移动，只能使用硼酸来控制堆芯中反应性的变化，且需要将堆芯平均温度控制在合适的范围内，就需要精确的计算出硼浓度的调整量。

2、三代压水堆核电厂通常采用机械补偿的运行模式，通过控制堆芯平均温度的变化来控制堆芯反应性的变化，最终起到控制堆芯控制的作用。在补偿堆芯反应性时优先使用控制棒，当控制棒到达其运行范围的上下限时，需要通过调节硼浓度的方式将控制棒调整到要求的控制棒棒位下。在功率变化较大或者氙浓度变化较大时，控制棒需要频繁的动作来补偿反应性的变化，这就提高了控制棒故障产生的可能性，控制棒故障后无法动作时堆芯中较大反应性的变化需要持续的调节硼浓度的方式来补偿，以保证堆芯平均温度处于要求的控制范围之内。

3、cn114121325a公开了一种压水堆核电厂的正常运行及瞬态恢复的反应性管理计划编制方法，所述反应性管理计划编制方法包括正常运行反应性计划编制方法与运行瞬态反应性计划编制方法；所述运行瞬态反应性计划编制方法包括可预期运行瞬态反应性计划编制方法与非预期瞬态反应性计划编制方法；所述反应性管理计划编制方法的初始状态为反应堆处于满功率运行状态；所述反应性管理计划编制方法的调变因素包括功率水平、氙浓度、控制棒位置或硼浓度中的至少两种的组合，为运行人员在操作反应堆时可能遇到的各种工况提供了完善且有效的指导与支持。

4、cn114220560a公开了一种压水堆核电厂硼控调峰方法及系统，采用硼控调峰运行的模式，在保证应有的安全裕量和调峰能力前提下，取消用于控制反应堆功率的控制棒组，仅设置控制轴向功率偏差的r棒组和停堆棒组的棒组，减少控制棒组数量，降低核电建造成本，由于采用硼控调峰模式，使得堆芯功率分布的扰动变小，提升了安全裕量，提高了核电厂的额定功率，增加了核电厂的发电量，提高了核电厂的经济效益，从而实现了降成本的目的。

5、cn115116630a公开了一种小型直接循环反应堆堆芯反应性控制方法，该控制方法不使用可溶硼毒物，仅通过控制棒与可燃毒物配合进行堆芯反应性控制。该方法仅依靠控制棒和可燃毒物棒进行反应性控制，使得堆芯在整个寿期内的剩余反应性不宜过大且需要保证足够的循环长度，在任何时刻依靠控制棒可以实现快速停堆并提供足够的停堆裕量，同时该反应性控制方法在堆芯整个寿期内，均满足卡棒准则。

6、但上述反应性控制方法还存在对堆芯平均温度调控准确性较差，调控不灵活等问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种压水堆核电厂棒控故障下的反应性控制方法，基于堆芯运行数据和压水堆核电厂机组的运行数据，通过反应性平衡计算，精确得出需要向压水堆堆芯一回路注入除盐水的体积或硼酸的体积，对堆芯平均温度进行灵活调控，避免反应性非预期引入事件的发生。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种压水堆核电厂棒控故障下的反应性控制方法，所述的反应性控制方法包括如下步骤：

4、(1)确认机组控制棒处于故障状态；

5、(2)根据当前燃耗下堆芯运行数据，判断压水堆核电厂机组所处阶段，进而确定硼浓度调整方式；

6、(3)确定棒控故障不可移动时，堆芯平均温度的控制范围；

7、(4)获取压水堆核电厂机组的运行数据；

8、(5)计算每次硼浓度调整量；

9、(6)计算需要向压水堆堆芯一回路注入除盐水的体积或硼酸的体积。

10、本发明所述的压水堆核电厂棒控故障下的反应性控制方法根据当前燃耗下堆芯运行数据，判断压水堆核电厂机组所处阶段，进而确定硼浓度调整方式；并结合压水堆核电厂机组的运行数据，计算得出需要向压水堆堆芯一回路注入除盐水的体积或硼酸的体积，保证压水堆堆芯堆芯平均温度处于核电厂要求的温度范围之内，避免反应性非预期引入事件的发生，保障机组的稳定运行。

11、本发明所述机组控制棒处于故障状态是指压水堆核电厂机组已发生控制棒故障不可移动问题，且已尝试恢复故障未能成功，控制棒失去调节堆芯平均温度的能力。

12、优选地，步骤(1)所述故障状态包括堆芯功率变化速率≥2％热态满功率，例如可以是2％、2.5％、3％、3.5％、4％、5％或7％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；

13、或氙变化率≥10ppm/小时，例如可以是10ppm/小时、12ppm/小时、15ppm/小时、20ppm/小时、25ppm/小时、30ppm/小时或40ppm/小时等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、优选地，步骤(2)所述堆芯运行数据包括堆芯硼浓度、平均温度和控制棒的棒位变化。

15、优选地，所述压水堆核电厂机组所处阶段包括提升控制棒补偿燃耗且堆芯平均温度变化阶段或下插控制棒补偿燃耗且堆芯平均温度变化阶段。

16、优选地，步骤(2)所述硼浓度调整方式包括稀释或硼化。

17、优选地，当压水堆核电厂机组处于提升控制棒补偿燃耗且堆芯平均温度变化阶段，则通过注入除盐水进行稀释的方式来调整硼浓度。

18、优选地，当压水堆核电厂机组处于下插控制棒补偿燃耗且堆芯平均温度变化阶段，则通过注入硼酸进行硼化的方式来调整硼浓度。

19、优选地，步骤(3)所述堆芯平均温度的控制范围为压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围±(△t-a)。

20、本发明中△t是压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围之外的可变化量，a是堆芯平均温度的控制范围的波动量。

21、优选地，步骤(4)所述压水堆核电厂机组的运行数据包括硼温度系数bt、硼酸浓度c取样和电厂调制的硼酸浓度c硼酸。

22、本发明所述硼温度系数bt从堆芯在线监测系统中获取；硼酸浓度c取样和电厂调制的硼酸浓度c硼酸从电厂数据中获取。

23、优选地，步骤(5)所述每次硼浓度调整量为

24、优选地，步骤(6)所述除盐水的体积计算公式为：

25、

26、v一回路为反应堆一回路的体积。

27、优选地，向压水堆堆芯一回路注入除盐水来调整硼浓度，将压水堆堆芯平均温度调整到压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围+(△t-a)；

28、优选地，所述硼酸的体积计算公式为：

29、

30、v一回路为反应堆一回路的体积，

31、优选地，向压水堆堆芯一回路注入硼酸来调整硼浓度，将压水堆堆芯平均温度调整到压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围-(△t-a)。

32、作为本发明优选的技术方案，所述的反应性控制方法包括如下步骤：

33、(1)堆芯功率变化速率≥2％热态满功率或确认氙变化率≥10ppm/小时，则认为机组控制棒处于故障状态；

34、(2)根据当前燃耗下堆芯运行数据堆芯硼浓度、平均温度和控制棒的棒位变化，当压水堆核电厂机组处于提升控制棒补偿燃耗且堆芯平均温度变化阶段，则通过注入除盐水进行稀释的方式来调整硼浓度；

35、当压水堆核电厂机组处于下插控制棒补偿燃耗且堆芯平均温度变化阶段，则通过注入硼酸进行硼化的方式来调整硼浓度；

36、(3)确定棒控故障不可移动时，堆芯平均温度的控制范围为压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围±(△t-a)；

37、(4)获取压水堆核电厂机组的运行数据：硼温度系数bt、硼浓度c取样和电厂调制的硼酸浓度c硼酸；

38、(5)计算每次硼浓度调整量为

39、(6)计算需要向压水堆堆芯一回路注入除盐水的体积或硼酸的体积；

40、所述除盐水的体积计算公式为：

41、

42、v一回路为反应堆一回路的体积；

43、向压水堆堆芯一回路注入除盐水来调整硼浓度，将压水堆堆芯平均温度调整到压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围+(△t-a)；

44、所述硼酸的体积计算公式为：

45、

46、v一回路为反应堆一回路的体积，

47、向压水堆堆芯一回路注入硼酸来调整硼浓度，将压水堆堆芯平均温度调整到压水堆核电厂要求的堆芯平均温度范围-(△t-a)。

48、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

49、本发明提供的压水堆核电厂棒控故障下的反应性控制方法利用压水堆堆芯运行数据和机组的运行数据，通过堆芯反应性平衡计算，给出了压水堆核电厂在堆芯功率变化较大或者氙浓度变化较大且控制棒故障情况下硼浓度的调整量，并基于实际运行情况计算得出了需要向压水堆堆芯一回路注入除盐水的体积或硼酸的体积，支持操纵员在控制棒故障不可移动的情况下，精确的向堆芯中引入反应性，保障机组的稳定运行。