調硼法測量控制棒組微積分價值的計算方法

宋揚　呂標劍

【摘 要】壓水堆核電廠在運行過程中，控制棒組具有移動速度快、操作可靠、準確度高的特點，是反應堆緊急控制和功率調節所不可缺少的控制手段。考慮棒組測量的準確性及便利性，控制棒微積分價值主要采用調硼法進行測量求得。本文根據調硼法試驗過程中所記錄的反應性數據，提出一種新的處理方法：將反應性數據代入計算模型，通過合理的分析及計算，得出所測棒組的微積分價值。該方法具有計算過程簡便、可重復性高、結果可信度高的特點。本文也為后續核電站對反應性管理提供新思路。

【關鍵詞】調硼法；控制棒微積分價值；計算方法

0 前言

調硼法測量控制棒組微積分價值，可以驗證理論計算的正確性，為運行提供相應的運行參數[1]。通常數據處理方法為：對記錄紙的反應性曲線進行劃線，利用記錄紙格柵與反應性通道量程的對應關系，換算出棒位改變所對應的反應性，進而得到棒組的微積分價值。本文提出一種計算模型，輸入記錄的反應性及棒位數據，便可得棒組的微積分價值。并對福清核電3號機組熱態零功率工況下，調硼法記錄的反應性數據進行處理，得到該方法的運用實例，計算結果與理論值的相對偏差為2.2%，遠小于10%的驗收準則，達到試驗驗收條件。

1 調硼法測量控制棒組價值

調硼法測量控制棒價值的原理是：當反應堆處在零功率試驗范圍內穩定臨界時，對回路的硼濃度進行勻速稀釋或硼化，通過分步插入或提出被測控制棒來補償反應性的變化[2]。試驗期間盡量保持通量水平在±50%滿量程上下（上限<90%，下限>15%），使用反應性儀監督反應性變化，多筆記錄儀保存數據并在記錄紙手工記錄棒位變化。當被測控制棒插（或提）到某一預定的位置上停止調硼，等待回路硼濃度均勻（>30min）。等待過程中用控制棒維持堆芯臨界。

調硼結束后，對回路中的硼濃度進行分析取樣，測量結果需滿足均勻化條件，并保留樣品。根據記錄紙上的反應性曲線和相應的控制棒棒位變化量，結合試驗日志，便可得到每次動棒前后的反應性變化量，從而得到該段棒位的平均微分價值，對控制棒每一步的微分價值累加便得該棒組的積分價值。

2 數據處理方法

試驗結束后，將記錄儀內保存的反應性數據經轉化后導出處理。

首先，由于試驗前后均需調整堆芯狀態，所以根據記錄紙的標記在導出數據中選出稀釋（或硼化）開始和結束之間的數據，這樣處理利于減少數據處理量，降低結果不確定度。

其次，計算所選區間內相鄰N個反應性數據的斜率，對應于勻速稀釋（或硼化）過程所引起的反應性數據，計算所得的斜率數值較小且分布均勻，而對應于棒位變動過程所引起的反應性數據，計算所得的斜率數值較大且有極值。因此，根據斜率數值及其分布特點，除去稀釋（或硼化）過程對應的斜率數據部分，便得棒位變化過程的反應性斜率數據。考慮棒速、記錄儀計數頻率等影響因素，實際棒位變動過程中記錄有多個反應性數據。

再次，由于某次棒位變化過程的反應性斜率為負值，且與反應性數據對應的起點與終點，該兩點反應性斜率為零。因此，根據棒位變化的反應性數據及其斜率的對應關系，便可計算得到反應性曲線的數據拐點。在某些控制棒棒位變化對應的數據區域，由于控制棒提（插）棒方式等影響因素，導致該方法算出的數據上（下）拐點可能較反應性曲線實際數據拐點有滯后（靠前）現象。因此，計算所得拐點要與反應性曲線作對比，經修正后得到符合實際的數據拐點，且根據數據拐點計算出中間點留作后續的外推值計算。

最后，根據數據拐點將反應性曲線分段，各段數據對應勻速稀釋（硼化）過程反應性變化曲線，由于最初及最末數據段均只有一個拐點，需添加數據擬合起點及終點。根據反應性勻速變化的特點對各段進行一次直線方程擬合，分別計算中間點在其前后兩條擬合方程的外推值，所得外推值相減便為該中間點所在數據區間對應控制棒棒位變化所產生的反應性。根據計算所得的反應性數據及棒位信息，便可得該控制棒微積分價值，計算邏輯順序如圖1所示：

3 結果及分析

根據福清3號機組熱態零功率工況下，調硼法測量R棒組微積分價值的反應性記錄數據。將其導入計算模型后，得出反應性曲線的數據拐點。反應性曲線的上下拐點將其分為若干數據段，與勻速稀釋過程相對應，對各數據段進行擬合得到一次直線方程（見圖2）。反應性曲線開始及結束部分受到的擾動比中間部分多，但本方法中仍進行一次直線方程擬合，對結果影響不大，在可適用范圍內。計算中間點在直線方程的外推值，最終，得到R棒的積分價值，與劃線法得到的數據基本相同。

熱態零功率工況下R棒組理論值：1286pcm。模型結果的相對誤差：

■=2.2%<10%

滿足試驗驗收準則。

4 總結

1）該計算方法簡便，易操作，模型結果與棒組理論值的相對偏差為2.2%，滿足試驗驗收準則；

2）與傳統“劃線法”相比，該方法可以節約大量的試驗時間；

3）為后續機組調硼法結果處理提供新思路，便于反應性管理，減少人因失誤；

4）該模型僅計算調硼法的稀釋（或硼化）過程，并未對末端價值進行處理，后續工作會增加該部分內容。

【參考文獻】

[1]曹欣榮.核反應堆物理基礎[M].原子能出版社，2011（1）：126-127.

[2]鄭福裕.核反應堆物理基礎[M].原子能出版社，2010（9）：83-90.

[責任編輯：田吉捷]