反应堆功率测量的补偿方法与流程

1.本发明的实施例涉及技术领域，具体涉及一种反应堆功率测量的补偿方法。


背景技术：

2.在反应堆中，反射层可用于控制反应堆的反应性，其需要通过位移改变自身遮挡堆芯的程度来实现对反应性的控制。然而，当反射层上下移动时，空间上的中子注量率水平和分布均会剧烈变化，并且不同位置处中子注量率的变化规律具有显著差异。
3.反应堆的功率一般是采用核探测器测量的，核探测器通过测量反应堆的中子注量率来间接测量反应堆功率。对于通过反射层控制反应性的特定反应堆，核探测器布置在反射层之外，反射层的位移会明显地影响核探测器对反应堆功率的测量结果，造成核探测器测量得到的功率值偏离真实的反应堆功率。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个方面，提供了一种反应堆功率测量的补偿方法。所述反应堆的堆芯外围设置有可移动的反射层，所述反射层外设置有多个核探测器，通过所述反射层的位移来控制所述反应堆的反应性。所述补偿方法用于补偿反射层位移对反应堆功率测量值造成的偏差，其包括：获取所述多个核探测器中工作组探测器和补偿组探测器的功率测量值；根据所述工作组探测器和补偿组探测器的功率测量值之间的比值，确定反射层位置；根据所述反射层位置确定所述工作组探测器的功率补偿系数；利用所述功率补偿系数来补偿所述工作组探测器的功率测量值，得到所述反应堆的当前功率值。
附图说明
5.通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
6.图1是根据本发明一个实施例的反应堆的结构示意图。
7.图2是图1的反应堆的径向结构示意图。
8.图3是图1的反应堆的轴向结构示意图。
9.图4是根据本发明一个实施例反应堆中反射层运动至不同位置的示意图。
10.图5是根据本发明一个实施例的补偿方法的流程示意图。
11.图6是根据本发明另一个实施例的补偿方法的流程示意图。
12.图7a和图7b是根据本发明一个实施例的多个探测器位置处中子注量率的变化关系曲线的示意图。
13.图8是根据图7b中变化关系曲线g(x)确定的函数f1示意图。
14.图9是根据图7b中变化关系曲线g(x)确定的函数f2示意图。
15.需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
16.附图标记说明：
17.10、堆芯；20、反射层；1～6、核探测器。
具体实施方式
18.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.需要说明的是，除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
20.图1示出了根据本发明一个实施例的反应堆的结构示意图。图2和图3示出了图1中反应堆的不同视角的结构示意图。
21.参见图1至图3，反应堆包括堆芯10、反射层20和多个核探测器。可移动的反射层20设置于堆芯10的外围且贴近堆芯10，多个核探测器设置于反射层20外，且分布于反射层20周围的不同位置。其中，核探测器1至核探测器4沿反射层20的周向方向均匀布置，核探测器5布置于堆芯10的上方，核探测器6布置于堆芯10的下方。
22.图4示出了根据本发明一个实施例的反射层位移至不同位置的示意图。反射层20可以在如图4所示的范围内上下位移，即，从反射层20完全脱离堆芯10到完全遮挡堆芯10的范围内位移，从而通过反射层20的位移来控制反应堆的反应性。
23.当反射层20运动至不同位置时，其周围空间上的中子注量率大小和分布会发生明显改变，并且反射层20的位置对不同位置处的中子注量率有着不同的影响关系。因此，由于反射层20的位置的位移造成的影响，即使在反应堆的实际功率水平不变的情况下，各个不同位置处的核探测器(1～6)测量得到的反应堆功率值均会发生变化，导致核探测器(1～6)直接测得的反应堆功率由于反射层20的控制性位移而造成明显的偏离。
24.本发明的实施例提供了一种反应堆功率测量的补偿方法，可以用于补偿反射层位移对反应堆功率测量值造成的偏差，得到较为真实的反应堆功率值。图5示出了根据本发明一个实施例的补偿方法的流程示意图。如图5所述，本实施例中的补偿方法具体包括以下步骤。
25.步骤s11，获取反应堆中多个核探测器中工作组探测器和补偿组探测器的功率测量值。
26.步骤s12，根据工作组探测器和补偿组探测器的功率测量值之间的比值，确定反射层位置；再根据所述反射层位置确定所述工作组探测器的功率补偿系数。
27.步骤s13，利用功率补偿系数来补偿工作组探测器的功率测量值，得到反应堆的当前功率值。
28.采用本发明实施例的补偿方法，相比于直接通过核探测器测得的反应堆功率值由于受到反射层控制性位移影响而造成明显偏差，本实施例利用工作组探测器和补偿组探测器的功率测量值，经过计算得到功率补偿系数，可以用于补偿反射层控制性位移对反应堆功率测量结果的影响，提高了核探测器测量反应堆功率的测量精度。
29.在步骤s11中，可以接收工作组探测器和补偿组探测器的输出信号，并对两者的输出信号进行处理得到工作组探测器的功率测量值和补偿组探测器的功率测量值。
30.在步骤s12中，首先需要对工作组探测器的功率测量值和补偿组探测器的功率测量值进行比例计算。具体地，两者的比值在数值上可以为工作组探测器功率测量值(pa)除以补偿组探测器功率测量值(pb)，即pa/pb；或者，可以是补偿组探测器功率测量值(pb)除以工作组探测器功率测量值(pa)，即pb/pa；或者，可以是工作组探测器功率测量值(pa)与补偿组探测器功率测量值(pb)进行对数运算后的差值，即|log
z p
a-log
z pb|，其中，z为任意底数。
31.在计算得到工作组探测器的功率测量值和补偿组探测器的功率测量值之间的比值后，即可根据该比值通过特定算法来确定反射层位置，根据反射层位置通过特定算法即可确定工作组探测器的功率补偿系数。
32.在步骤s13中，利用计算得到的功率补偿系数来补偿工作组探测器的功率测量值(pa)，具体地，将工作组探测器的功率测量值乘以功率补偿系数，即可得到反应堆的当前功率值。本实施例中利用功率补偿系数补偿后的功率值接近反应堆的真实功率，与反应堆的真实功率之间的偏差较小，从而提高了核探测器测量反应堆功率时的测量精度。
33.在一些实施中，首先需要在反应堆中选定工作组探测器以及补偿组探测器的位置。其中，工作组探测器的输出信号可以用于计算最终的反应堆当前功率值，工作组探测器和补偿组探测器的输出信号共同用于确定功率补偿系数。
34.可选的，工作组探测器的数量可以是一个或者多个，补偿组探测器的数量也可以是一个或多个。其中，多个工作组探测器可以共用一个补偿组探测器，也可以每个工作组探测器对应设置一个补偿组探测器。
35.在一些实施例中，可以根据反应堆功率恒定时反应堆中各核探测器位置处的中子注量率随反射层位置的变化关系，来选定工作组探测器以及补偿组探测器的位置。其中，在反应堆功率恒定时，例如，反应堆在某个恒定的堆功率下，各核探测器位置处的中子注量率随反射层位置的变化关系可以记为函数g(x)，g(x)的自变量为反射层位置，函数值为核探测器位置处的中子注量率。本实施例中，可以根据各核探测器的函数g(x)来选定工作组探测器以及补偿组探测器的位置。
36.需要说明的是，核探测器通过测量中子注量率来间接测量反应堆功率，核探测器位置处中子注量率水平与其测量得到反应堆功率测量值大小相对应。因此，获取的反应堆功率恒定时各核探测器位置处的中子注量率随反射层位置变化关系的函数g(x)，也可以反映各核探测器所测量得到的反应堆功率测量值随反射层位置的变化关系。
37.具体地，在选定工作组探测器和补偿组探测器的位置时需要满足以下条件：当反应堆功率恒定时，工作组探测器位置处的g(x)的函数值变化范围小于所述补偿组探测器位
置处的g(x)的函数值变化范围，即，工作组探测器位置处的g(x)的函数值变化范围应尽量较小，而补偿组探测器位置处的g(x)的函数值变化范围应尽量较大。同时，补偿组探测器位置处的中子注量率随反射层的变化应满足单值函数关系，即，补偿组探测器位置处的g(x)为单值函数。此外，补偿组探测器位置处的g(x)与工作组探测器位置处的g(x)之比也应为单值函数。
38.本实施例中选择g(x)的函数值变化范围较小的核探测器作为工作组探测器，其受到反射层控制性位移影响较小，因此工作组探测器直接测量得到的功率测量值的偏差也较小，在此基础上进行功率补偿，有利于进一步提高精度，得到更加精确的反应堆功率。
39.此外，本实施例中选择g(x)的函数变化范围较大的核探测器作为补偿组探测器，可以在后续计算补偿组探测器与工作组探测器的功率测量值的比值时，提高计算得到的比值的信噪比，防止补偿组探测器与工作组探测器的g(x)的函数值变化范围均较小而造成比值的信噪比较差。同时，本实施例中选定的补偿组探测器的g(x)为单值函数，并且补偿组探测器位置处的g(x)与工作组探测器位置处的g(x)之比也应为单值函数，可以避免采用探测器位置处的g(x)为多值函数或者工作组探测器与补偿组探测器位置处的g(x)比值为多值函数而导致后续无法计算得到函数f1和f2。
40.需要说明的是，本发明实施例中所述的“g(x)函数值变化范围”是指g(x)函数的最大函数值与最小函数值的差值。
41.在一些实施例中，当反应堆的堆芯外围设置有多个可移动的反射层时，选定工作组探测器的位置时还需要考虑核探测器在方向上均匀性。具体地，可以根据各反射层对各核探测器位置处中子注量率的影响关系，来选定工作组探测器的位置，其中，各反射层对工作组探测器位置处的中子注量率的影响关系应尽可能一致，从而在不同的反射层分别位移时，均能够通过相同的算法来计算补偿系数，可以在减小计算量的同时得到接近实际的反应堆功率值，并且在多个反射层一起位移时也能够稳定计算得到准确的补偿系数，进而得到较为精确的反应堆功率值。
42.同样地，在一些实施例中，当反应堆的堆芯外围设置有多个可移动的反射层时，选定补偿组探测器的位置时也需要考虑核探测器在方向上均匀性。具体地，可以根据各反射层对各核探测器位置处中子注量率的影响关系，来选定补偿组探测器的位置，其中，各反射层对补偿组探测器位置处的中子注量率的影响关系应尽可能一致，从而在不同的反射层分别位移以及多个反射层一起位移时，均能够稳定计算得到准确的补偿系数，进而得到较为精确的反应堆功率值。
43.以图1-4所示的反应堆为例，如图2所示，在堆芯10的外围，沿堆芯10的周向方向上均匀布置有3个可移动的反射层(反射层20-1、20-2、20-3)，可以沿堆芯10的径向方向布置4个核探测器(核探测器1～4)，沿堆芯10的轴向方向布置两个核探测器(核探测器5、6)。
44.其中，不同的反射层位移，对于核探测器1至核探测器4中任意一个核探测器位置处的中子注量率的影响关系均不同的，而对于核探测器5或者核探测器6位置处的中子注量率的影响关系是接近甚至一致的。例如，在核探测器6位置处，中子注量率随反射层20-1、20-2的位置变化关系的函数分别为g(x)1和g(x)2，而g(x)1和g(x)2非常接甚至是一致的。因而，在选定工作组探测器或补偿组探测器的位置时，可以选择核探测器5或者核探测器6的位置。
45.进一步地，如图4所示，当反应堆功率设定为额定功率不变时，反射层20从完全脱离堆芯10的位置(如图4中(a)所示)位移至反射层20完全遮挡堆芯10的位置(如图4中(d)所示)的过程中，核探测器1至核探测器6位置处的中子注量率变化曲线(即g(x)函数曲线)如图7a和7b所示，其中，横坐标表示反射层位置，即，堆芯被反射层遮挡的部分的占比，例如，反射层20完全脱离堆芯10时对应的横坐标为0％，堆芯10的一半被反射层20遮挡时对应的横坐标为50％，反射层20完全遮挡堆芯10时对应的横坐标为100％。
46.参见图7a和图7b，核探测器6位置处的g(x)函数值变化范围小于核探测器5位置处的g(x)函数值变化范围，并且核探测器5位置处的g(x)函数为单值函数。因此，可以选定核探测器6作为工作组探测器，核探测器5作为补偿组探测器。
47.此外，在一些实施例中，当选择工作组探测器和补偿组探测器时，还可以根据反应堆中的空间位置来选定补偿组探测器和/或工作组探测器。具体地，在设置工作组探测器和/或补偿组探测器时，其所在的空间位置与其他设备的位置之间不存在干涉，不会影响其他设备的布置。
48.在本实施例中，可以利用特定算法来计算得到补偿系数。当选定工作组探测器和补偿组探测器的位置后，可以获取反应堆功率恒定时工作组和补偿组探测器位置处的中子注量率随反射层位置变化关系的函数g(x)，并根据工作组探测器和补偿组探测器位置处的函数g(x)，经过相应的物理计算，来确定反射层位置关系函数f1以及补偿系数关系函数f2。
49.其中，函数f1为工作组探测器与补偿组探测器位置处的中子注量率的比值与反射层位置之间的数值关系式，可以描述补偿组和工作组探测器位置处的中子注量率的差异性变化与反射层位置之间的关系，其自变量为工作组探测器与补偿组探测器的功率测量值的比值，函数值为反射层位置。
50.具体地，函数f1可以为工作组探测器位置处g(x)函数与补偿组探测器位置处的g(x)函数的比值的反函数。当反应堆功率恒定在某个功率值不变时，可以通过计算反射层在不同位置时补偿组与工作组探测器的功率测量值的比值，或者，补偿组和工作组探测器位置处中子注量率的比值，再经过反函数计算，来得到函数f1。
51.以如图1-4所示的反应堆为例，当选定核探测器6作为工作组探测器并选定核探测器5作为补偿组探测器时，工作组探测器和补偿组探测器位置处中子注量率的随反射层位置变化关系曲线如图7b所示。将工作组探测器位置处的g(x)函数记为g(x)a，将补偿组探测器位置处的g(x)函数记为g(x)b，则函数g(x)a/g(x)b的反函数，即为函数f1，函数f1的曲线图如图8所示。
52.函数f2为反射层位置与工作组探测器的功率补偿系数之间的数值关系式，可以描述反射层位置与工作组探测器位置处的中子注量率的关系，其自变量为所述反射层位置，函数值为工作组探测器的功率补偿系数。
53.具体地，函数f2为反射层位于基准点处时位置处的中子注量率与工作组探测器位置处的g(x)函数的比值。在选定补偿的基准点后，可以将反射层位于基准点位置处时工作组探测器位置处的中子注量率除以工作组探测器位置处的g(x)函数，即可得到函数f2。在基准点位置处，函数f2输出的补偿系数为1，即不需要对工作组探测器的功率测量值进行补偿。
54.以如图1-4所示的反应堆为例，当选定核探测器6作为工作组探测器并选定核探测
器5作为补偿组探测器时，工作组探测器位置处中子注量率的随反射层位置变化关系曲线如图7b所示。例如，当选定反射层20完全遮挡堆芯10的位置(即，图7b中横坐标为100％的位置)为基准点时，将工作组探测器位置处的中子注量率g0除以工作组探测器位置处的函数g(x)a，即g0/g(x)a，即为函数f2，函数f2的曲线图如图9所示。
55.本实施例中，在确定函数f2之前，需要选定一个补偿的基准点。核探测器通过测量中子注量率来间接测量反应堆功率，则工作组探测器位置处不同的中子注量率均对应一个不同的反应堆功率值。在工作组探测器位置处，反应堆功率为100％时所对应的中子注量率为n，本实施例中可以根据工作组探测器位置处的函数g(x)，选定工作组探测器位置处中子注量率为n时所对应的反射层位置，作为基准点。反射层位于基准点处时，工作组探测器的功率测量值为100％，当反射层位于其他位置时，即可相对于基准点所对应的100％的功率值，对工作组探测器所测量得到的功率测量值进行补偿。
56.当确定好函数f1、f2后，可以根据f1和f2来计算补偿系数。
57.参见图6，本实施例的补偿方法具体包括步骤s21～步骤s23。其中，步骤s21、s23分别与上述实施例中的步骤s11、s13相同，此处不再赘述。
58.在步骤s22中，首先根据工作组探测器和补偿组探测器的功率测量值之间的比值以及函数f1，确定当前的反射层位置；再根据确定的反射层位置以及函数f2，确定工作组探测器的功率补偿系数。当计算得到补偿系数后，即可对工作组探测器测量得到的功率测量值进行补偿，即，将工作组探测器测量得到的功率测量值乘以确定好的功率补偿系数，得到最终的反应堆当前的功率值。
59.其中，当反应堆中只设置一个反射层时，或者，当反应堆中所有反射层(反射层组)均同步位移时，本发明实施例中经过函数f1计算得到的反射层位置可以直接视为该反射层或反射层组的位置。当反应堆设置有多个反射层时，并且功率运行工况下仅有一个反射层(称为调节反射层)位移而其他反射层固定在正对堆芯的位置不动时，经过函数f1计算得到的反射层位置可以视为该调节反射层的位置。当反应堆中设置有多个反射层，并且功率运行工况下多个反射层均会位移时，经过函数f1计算得到的反射层位置可以视为所有反射层的平均有效位置。
60.在一些实施例中，可以设置数据处理系统来进行功率补偿。具体地，当设置好工作组和补偿组探测器后，可以将数据处理系统与工作组探测器和补偿组探测器连接，从而获取工作组和补偿组探测器的输出信号。数据处理系统中存储有计算机程序，该计算机程序被执行时可以使数据处理系统执行图6所示的实施例中的补偿方法。当确定好函数f1和f2中，可以将函数f1和f2输入至数据处理系统中，从而能够对功率测量值进行补偿。
61.具体地，当测量反应堆功率时，数据处理系统首先获得工作组和补偿组探测器的输出信号并转化为功率测量值，然后计算得到工作组和补偿组探测器的功率测量值的比值，并输入至函数f1中，使得函数f1输出反射层位置，再将反射层位置输入至函数f2，使得函数f2输功率补偿系数，最后将工作组探测器的功率测量值乘以功率补偿系数，即得到反应堆的当前功率值，并显示在数据处理系统的显示器上。此外，在实时测量反应堆功率时，还可以得到反应堆功率随时间变化的曲线。
62.需要说明的是，各核探测器位置处的中子注量率随反射层位置变化关系的函数g(x)是经过物理计算得到的。当反应堆的堆芯设计和反射层设计完成后，就可以计算反射层
控制性位移对空间内中子注量率的影响关系，即，计算探测器位置处的中子注量率随反射层位置变化关系的函数g(x)。其中，可以利用反应堆设计的相关技术中的物理计算方法来计算得到函数g(x)，本实施例中并不限定具体的计算方法。示例地，可以通过模拟计算反应堆中反射层在不同位置时空间内各个位置处的中子注量率，得到函数g(x)。
63.为补偿反射层位移对移动功率测量的影响，传统的方法中，一般是直接测量反射层的实时位置，再根据反射层的位移对反应堆功率测量的数值进行针对性的补偿。该方法最大的弊端在于反射层或者控制棒的位置测量在一般的核电站和核设施中都是非安全级的测量参数，而反应堆功率测量一般都要求为安全级测量参数。如果采用直接测得反射层位置的方案需要将位置测量从非安全级提升至安全级，并且位置的测量精度也需要相应提升，而现有的技术条件难以满足该要求。
64.相比于传统方法，采用本发明实施例中的补偿方法，不会增加测量参数的类型，不用依赖其他测量系统工作。本发明实施例的补偿方法所使用的测量参数均为核探测器的测量参数，相比于不进行功率补偿时的测量方法，仅增加参数的数量，但不会增加参数的类型。相较于需要利用除核探测器测量参数以外的其他参数的一些潜在方法，本发明实施例的方法具有不增加测量参数类型的优势，对于反应堆功率的测量仍然可由核测量系统独立完成。
65.并且，本发明实施例中的方法，不改变其反应堆功率的测量原理。无论是工作组探测器，还是补偿组探测器，其测量原理均是将核探测器输出的电参数转换为中子注量率后再转换为反应堆功率，不需要借助其他的测量原理。
66.相较于直接将反射层位置进行测量继而补偿反射层位移对反应堆功率测量影响的方法而言，本发明实施例中的补偿方法能够满足对反应堆功率测量设备的安全级要求。
67.此外，本发明实施例中的补偿方法还可以附带获得反射层位置的参数。本发明实施例中的反射层位置参数是通过不同位置的核探测器参数间接计算得到的，其可以应用于多个方面。例如，将本发明实施例中间接计算得到的反射层位置与直接测得的反射层位置参数相互校核，或者，根据该反射层位置的变化情况判断反射层的运动方向，或者，根据该反射层位置和其他参数一起估算反应堆的燃耗深度等。
68.本发明实施例中的补偿方法，利用多个核探测器的功率测量值的差异性变化经过特定算法计算得到反射层位置，再利用反射层位置经过特定算法来补偿反应堆功率测量值的偏差，可以极大地减小反应堆功率测量时由于反射层控制性位移造成的偏差，提高了核探测器测量反应堆功率的测量精度。
69.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
70.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。