調(diào)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(yīng)堆緊急控制和功率調(diào)節(jié)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(diào)硼法進行測量求得。本文根據(jù)調(diào)硼法試驗過程中所記錄的反應(yīng)性數(shù)據(jù)，提出一種新的處理方法：將反應(yīng)性數(shù)據(jù)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(fù)性高、結(jié)果可信度高的特點。本文也為后續(xù)核電站對反應(yīng)性管理提供新思路。

【關(guān)鍵詞】調(diào)硼法；控制棒微積分價值；計算方法

0 前言

調(diào)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(yīng)的運行參數(shù)[1]。通常數(shù)據(jù)處理方法為：對記錄紙的反應(yīng)性曲線進行劃線，利用記錄紙格柵與反應(yīng)性通道量程的對應(yīng)關(guān)系，換算出棒位改變所對應(yīng)的反應(yīng)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(yīng)性及棒位數(shù)據(jù)，便可得棒組的微積分價值。并對福清核電3號機組熱態(tài)零功率工況下，調(diào)硼法記錄的反應(yīng)性數(shù)據(jù)進行處理，得到該方法的運用實例，計算結(jié)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(diào)硼法測量控制棒組價值

調(diào)硼法測量控制棒價值的原理是：當(dāng)反應(yīng)堆處在零功率試驗范圍內(nèi)穩(wěn)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(yīng)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(yīng)性儀監(jiān)督反應(yīng)性變化，多筆記錄儀保存數(shù)據(jù)并在記錄紙手工記錄棒位變化。當(dāng)被測控制棒插（或提）到某一預(yù)定的位置上停止調(diào)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(diào)硼結(jié)束后，對回路中的硼濃度進行分析取樣，測量結(jié)果需滿足均勻化條件，并保留樣品。根據(jù)記錄紙上的反應(yīng)性曲線和相應(yīng)的控制棒棒位變化量，結(jié)合試驗日志，便可得到每次動棒前后的反應(yīng)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(shù)據(jù)處理方法

試驗結(jié)束后，將記錄儀內(nèi)保存的反應(yīng)性數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)化后導(dǎo)出處理。

首先，由于試驗前后均需調(diào)整堆芯狀態(tài)，所以根據(jù)記錄紙的標記在導(dǎo)出數(shù)據(jù)中選出稀釋（或硼化）開始和結(jié)束之間的數(shù)據(jù)，這樣處理利于減少數(shù)據(jù)處理量，降低結(jié)果不確定度。

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

再次，由于某次棒位變化過程的反應(yīng)性斜率為負值，且與反應(yīng)性數(shù)據(jù)對應(yīng)的起點與終點，該兩點反應(yīng)性斜率為零。因此，根據(jù)棒位變化的反應(yīng)性數(shù)據(jù)及其斜率的對應(yīng)關(guān)系，便可計算得到反應(yīng)性曲線的數(shù)據(jù)拐點。在某些控制棒棒位變化對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)域，由于控制棒提（插）棒方式等影響因素，導(dǎo)致該方法算出的數(shù)據(jù)上（下）拐點可能較反應(yīng)性曲線實際數(shù)據(jù)拐點有滯后（靠前）現(xiàn)象。因此，計算所得拐點要與反應(yīng)性曲線作對比，經(jīng)修正后得到符合實際的數(shù)據(jù)拐點，且根據(jù)數(shù)據(jù)拐點計算出中間點留作后續(xù)的外推值計算。

最后，根據(jù)數(shù)據(jù)拐點將反應(yīng)性曲線分段，各段數(shù)據(jù)對應(yīng)勻速稀釋（硼化）過程反應(yīng)性變化曲線，由于最初及最末數(shù)據(jù)段均只有一個拐點，需添加數(shù)據(jù)擬合起點及終點。根據(jù)反應(yīng)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(shù)據(jù)區(qū)間對應(yīng)控制棒棒位變化所產(chǎn)生的反應(yīng)性。根據(jù)計算所得的反應(yīng)性數(shù)據(jù)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(jié)果及分析

根據(jù)福清3號機組熱態(tài)零功率工況下，調(diào)硼法測量R棒組微積分價值的反應(yīng)性記錄數(shù)據(jù)。將其導(dǎo)入計算模型后，得出反應(yīng)性曲線的數(shù)據(jù)拐點。反應(yīng)性曲線的上下拐點將其分為若干數(shù)據(jù)段，與勻速稀釋過程相對應(yīng)，對各數(shù)據(jù)段進行擬合得到一次直線方程（見圖2）。反應(yīng)性曲線開始及結(jié)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(jié)果影響不大，在可適用范圍內(nèi)。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(shù)據(jù)基本相同。

熱態(tài)零功率工況下R棒組理論值：1286pcm。模型結(jié)果的相對誤差：

■=2.2%<10%

滿足試驗驗收準則。

4 總結(jié)

1）該計算方法簡便，易操作，模型結(jié)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(tǒng)“劃線法”相比，該方法可以節(jié)約大量的試驗時間；

3）為后續(xù)機組調(diào)硼法結(jié)果處理提供新思路，便于反應(yīng)性管理，減少人因失誤；

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

【參考文獻】

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

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

[責(zé)任編輯：田吉捷]