一种高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法、装置及设备与流程

本发明涉及高温气冷堆堆芯物理领域，具体涉及一种高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法、装置及设备。

背景技术：

1、球床式高温气冷堆采用不停堆换料模式，且具有较大的负温度负反馈以及特有的反应性控制方式，相应地其反应性相关影响因素与压水堆差异较大，包含了换料引入的反应性、功率运行消耗的反应性、棒位变化引入的反应性、堆芯温度变化引入的反应性、xe毒等毒物变化引入的反应性，稳态堆芯下，可以忽略xe毒及sm毒等毒物变化对反应性的影响。

2、高温气冷堆从装料开始到平衡堆芯的过渡过程，堆芯状态在持续发生变化，会经历由一定比例低富集度燃料元件和石墨球组成的状态，随后用低富集度燃料元件按照一定比例逐步置换石墨球，直至堆芯全部由低富集度燃料元件组成，随后进一步用高富集度燃料元件按照一定比例逐步置换低富集度燃料元件，直至堆芯全部由高富集度燃料元件组成，即达到平衡堆芯状态。

3、高温气冷堆不同堆芯换料状态、运行功率水平、堆芯温度均会对燃料单球价值、功率运行消耗反应性、温度系数、毒物价值等反应性相关参数造成影响。因此，在高温气冷堆运行过程中，为避免上述参数偏差过大，对反应性计算造成影响，有必要在条件具备的情况下，结合堆芯状态及运行情况，通过反应性平衡关系对堆芯反应性相关参数进行评估，目前缺少高温气冷堆堆芯反应性平衡评估的方法不能对堆芯反应性相关参数进行准确的评估。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法、装置及设备，以解决现有技术缺少高温气冷堆堆芯反应性平衡评估的方法，不能对反应性相关参数进行评估导致堆芯反应性计算有偏差的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法，所述方法包括：

3、通过待评估高温气冷堆堆芯的控制棒价值，建立换料、功率运行、棒位变化、堆芯温度、毒物变化五个变量之间的反应性平衡关系；

4、在稳态条件下，控制换料暂停及维持堆芯温度不变，基于控制棒价值及反应性平衡关系得到功率运行引入的反应性，并结合稳态运行时间得到功率运行的燃耗反应性；

5、在稳态条件下，控制保持控制棒棒位不变及堆芯温度不变，基于燃耗反应性及反应性平衡关系得到换料引入的反应性，并结合稳态运行期间的换料量得到燃料元件的单球反应性；

6、在稳态条件下，控制保持控制棒棒位、换料暂停不变及功率运行稳定，基于燃耗反应性及反应性平衡关系得到对堆芯温度变化引入的反应性，并结合稳态运行期间的堆芯温度变化量得到反应堆的温度系数；

7、在非稳态条件下，基于所述控制棒价值、燃耗反应性、单球反应性以及温度系数得到不同时间点的棒位变化引入的反应性、功率运行引入的反应性、换料引入的反应性温度变化引入的反应性，结合所述反应性平衡关系得到毒物变化引入的反应性的动态变化情况。

8、本实施例提供的高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法，通过分析高温气冷堆反应性相关影响因素，在已知控制棒价值的情况下建立影响因素对应的多个变量之间的反应性平衡关系，可以在稳态条件下评估功率运行的燃耗反应性、燃料元件的单球反应性、反应堆的温度系数，以及在非稳态条件下评估毒物的反应性动态变化情况。通过反应性平衡关系对各种运行工况下的堆芯反应性进行评估，以满足不同堆芯状态及运行情况下对反应计算的需求。

9、在一种可选的实施方式中，反应性平衡关系为：

10、ρ棒位+ρ换料+ρ燃耗+ρ温度+ρ毒物＝0            (1)

11、其中：

12、ρ棒位表示棒位变化引入的反应性，控制棒上提引入正反应性(+)，控制棒下插引入负反应性(-)；

13、ρ换料表示换料引入的反应性，换料引入正反应性(+)；

14、ρ燃耗表示功率运行引入的反应性，功率运行引入负反应性(-)；

15、ρ温度表示堆芯温度变化引入的反应性，高温气冷堆温度系数为负，堆芯温度下降引入正反应性(+)，堆芯温度上升引入负反应性(-)；

16、ρ毒物表示堆芯毒物变化引入的反应性，在稳态条件下毒物变化对反应性的影响为0，在非稳态条件下引入反应性情况与运行状态有关。

17、本发明实施例在已知控制棒价值的情况下，通过高温气冷堆反应性相关影响因素相应的变量之间的反应性平衡关系，进而可得到毒物的反应性变化情况。

18、在一种可选的实施方式中，在稳态条件下，控制换料暂停及维持堆芯温度不变，基于控制棒价值及反应性平衡关系得到功率运行引入的反应性，并结合稳态运行时间得到功率运行的燃耗反应性，包括：

19、获取待评估的反应堆在预设功率平台达到稳定的功率水平；

20、控制换料暂停以及维持堆芯温度不变，并维持稳定运行及记录稳定运行时间；

21、获取稳定运行开始和结束的控制棒棒位，结合控制棒价值得到棒位变化引入的反应性ρ棒位，并基于控制棒位变化引入的反应性与在所述稳定的功率水平下运行消耗的反应性平衡，并根据此时的反应性平衡关系得到功率运行引入的反应性；

22、根据功率运行引入的反应性和稳定运行时间得到功率运行的燃耗反应性。

23、本发明实施例基于建立好的反应性平衡关系，在反应性评估的过程中，由于功率运行消耗的反应性与时间相关，是评估其他参数的基础，因此需要首先对功率运行消耗的反应性进行评估。通过某一稳定功率平台，在换料暂停的情况下，通过提棒维持堆芯温度不变，则棒位变化引入的反应性与该功率水平下运行消耗的反应性平衡。在已知控制棒价值情况下得到该功率水平下运行所消耗的反应性，进而得到功率运行的燃耗反应性。

24、在一种可选的实施方式中，所述在稳态条件下，控制保持控制棒棒位不变及堆芯温度不变，基于燃耗反应性及反应性平衡关系得到换料引入的反应性，并结合稳态运行期间的换料量得到燃料元件的单球反应性，包括：

25、控制反应堆在预设功率平台达到稳定状态；

26、控制调整换料速度维持堆芯温度稳定并保持控制棒棒位不变；

27、记录稳定运行时间，通过稳定运行时间以及燃耗反应性得到功率运行消耗的反应性ρ燃耗；

28、根据反应性平衡关系得到换料引入的反应性ρ换料，并结合稳定运行期间的换料量得到燃料元件的单球反应性。

29、本发明实施例通过某一稳定功率平台，保持控制棒棒位不变，通过调整换料速度维持堆芯温度不变，则功率运行消耗的反应性与换料引入的反应性平衡。在已知燃耗反应性的情况下得到换料所引入的反应性，进而得到燃料元件的单球反应性。

30、在一种可选的实施方式中，在稳态条件下，控制保持控制棒棒位不变、换料暂停及功率运行稳定，基于燃耗反应性及反应性平衡关系得到对堆芯温度变化引入的反应性，并结合稳态运行期间的堆芯温度变化量得到反应堆的温度系数，包括：

31、控制反应堆在预设功率平台达到稳定状态；

32、控制维持控制棒棒位不变以及换料暂停，并控制调整一回路流量使反应堆功率维持稳定；

33、记录稳定运行时间，通过稳定运行时间以及燃耗反应性得到ρ燃耗；

34、记录稳定运行时间开始与结束时的堆芯温度，得到堆芯温度变化量；

35、根据反应性平衡关系得到温度降低引入的反应性ρ温度，结合稳定运行期间的堆芯温度变化量得到反应堆温度系数。

36、本发明实施例通过某一稳定功率平台，保持控制棒棒位不变，在换料暂停的情况下，堆芯温度会相应降低，通过调整一回路流量使功率维持稳定，则功率运行消耗的反应性与堆芯温度降低引入的反应性平衡。在已知燃耗反应性的情况下，则可得到堆芯温度降低引入的反应性，进而得到反应堆的温度系数。

37、在一种可选的实施方式中，在非稳态条件下，基于所述控制棒价值、燃耗反应性、单球反应性以及温度系数得到不同时间点的棒位变化引入的反应性、功率运行引入的反应性、换料引入的反应性温度变化引入的反应性，结合所述反应性平衡关系得到毒物变化引入的反应性的动态变化情况，包括：

38、控制反应堆功率从初始功率调整至目标功率；

39、达到目标功率后维持换料速度，使换料引入的反应性与功率运行消耗的反应性平衡；

40、持续运行直至反应堆功率、温度、棒位和换料均达到稳定状态，并在其过程中基于预设间隔时间获取棒位、功率、换料量和堆芯温度；

41、基于控制棒价值、燃耗反应性、燃料元件单球反应性、反应堆温度系数，进而得到各自变化引入的反应性；

42、基于反应性平衡关系得到不同时间点的堆芯毒物变化引入的反应性，进而得到堆芯毒物变化引入的反应性随时间的变化关系。

43、由于毒物变化引入的反应性与功率水平变化有关，功率变化会对堆芯温度、棒位、积分功率造成影响，因此需要最后对毒物变化引入的反应性进行评估。已知控制棒价值、燃耗反应性、单球反应性以及温度系数，在非稳态情况下，通过建立以上四个参数及毒物反应性的动态平衡关系，从而得到毒物的反应性的动态变化情况。

44、第二方面，本发明提供了一种高温气冷堆堆芯反应性平衡评估装置，所述装置包括：

45、反应性平衡关系建立模块，用于通过待评估高温气冷堆堆芯的控制棒价值，建立换料、功率运行、棒位变化、堆芯温度、毒物变化五个变量之间的反应性平衡关系；

46、功率运行消耗反应性评估模块，用于在稳态条件下，控制换料暂停及维持堆芯温度不变，基于控制棒价值及反应性平衡关系得到功率运行引入的反应性，并结合稳态运行时间得到功率运行的燃耗反应性；

47、换料引入反应性评估模块，用于在稳态条件下，控制保持控制棒棒位不变及堆芯温度不变，基于燃耗反应性及反应性平衡关系得到换料引入的反应性，并结合稳态运行期间的换料量得到燃料元件的单球反应性；

48、温度变化引入反应性评估模块，用于在稳态条件下，控制保持控制棒棒位不变、换料暂停及功率运行稳定，基于燃耗反应性及反应性平衡关系得到对堆芯温度变化引入的反应性，并结合稳态运行期间的堆芯温度变化量得到反应堆的温度系数；

49、毒物反应性动态评估模块，用于基于所述控制棒价值、燃耗反应性、单球反应性以及温度系数得到不同时间点的棒位变化引入的反应性、功率运行引入的反应性、换料引入的反应性温度变化引入的反应性，结合所述反应性平衡关系得到毒物变化引入的反应性的动态变化情况。

50、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法。

51、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法。

52、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的高温气冷堆堆芯反应性平衡评估方法。