一种方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法

技术领域

本发明属于反应堆设计技术领域，涉及一种方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法。

背景技术

在核反应堆中，堆芯的功率象限倾斜必须小于2％。在燃料组件发生破损时，为保证功率分布对称性要求，在弃用破损组件的同时，也会弃用破损组件对称位置的组件，以保证堆芯功率分布的对称性，这样会导致核燃料组件的浪费。而如果用其他燃料组件代替破损燃料组件，新燃料组件可能与原对称位置组件的系统有效中子增殖因子(keff)很可能存在差距，造成功率分布对称性不满足要求。

目前，现有的相关技术包括中国专利申请(申请号CN201310270683.8，公布日2013年11月20日)公开的一种VVER核电站反应堆堆芯非对称装载方法，由本发明的发明人之一徐敏提交，是一种通过经验来调整堆芯组件的布置方法。

为了核电站反应堆堆芯非对称装载方法能够得到更系统的应用，本发明的发明人在一种VVER核电站反应堆堆芯非对称装载方法的基础上，提供了一种系统有效中子增殖因子(keff)等效、可燃毒物含量等效的方法来设计非对称装载的方案，从数值计算角度来为非对称装载提供辅助，更能系统地解决非对称装载的问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法，通过系统有效中子增殖因子等效的方法来设计非对称装载的方案，从数值计算角度为非对称装载提供辅助，更能系统地解决非对称装载的问题，提高堆芯的燃料经济性。

为实现此目的，本发明提供一种方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法，所述方法包括如下步骤：

S1、当至少一组燃料组件发生破损的情况下，在新循环开始时，采用新燃料组件替换破损的燃料组件，其余燃料组件继续保留使用；

S2、以keff等效为目标，对燃料组件进行分组重排；

S3、在全堆芯范围内重新调整燃料组件的位置，使堆芯象限功率倾斜保持在安全运行水平。

进一步，所述对燃料组件进行分组重排是指将所述新燃料组件和继续保留使用的所述其余燃料组件分为4个燃料组件组合，分别对应堆芯四个象限。

进一步，所述keff等效是指各个所述燃料组件组合的keff总和之间的差距最小，以改善由于非对称装载引起的象限功率倾斜。

进一步，所述步骤S2中，还包括以下步骤：以可燃毒物含量等效为目标，对燃料组件进行分组重排。

进一步，所述在全堆芯范围内重新调整燃料组件的位置是指将4个所述燃料组件组合分别放入堆芯布置图的四个象限，并计算堆芯内各燃料组件相应的焓升因子和堆芯象限功率倾斜，在各个象限范围内调整所放入的燃料组件的位置，使堆芯象限功率倾斜保持在安全运行水平。

进一步，所述可燃毒物含量等效是指各个所述燃料组件组合的钆含量总和之间的差距最小，以改善由于可燃毒物不对称引起的象限功率倾斜。

进一步，所述keff等效与所述可燃毒物含量等效的权重各为0.5。

本发明的有益效果在于，采用本发明所提供的方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法，通过keff等效、可燃毒物含量等效的方法来设计非对称装载的方案，用于改善由于非对称装载引起的象限功率倾斜及可燃毒物不对称引起的象限功率倾斜，从数值计算角度来为非对称装载提供辅助，更能系统地解决非对称装载的问题。采用本发明所提供的方法进行不对称堆芯装载，在燃料组件破损时，不必弃用破损组件的对称位置的组件，能够在保证堆芯安全运行的前提下，提高堆芯的燃料经济性。

附图说明

图1为本发明所述方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法流程图。

图2为本发明实施方式中所述一个组件破损时，方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方案示意图。

图3为本发明实施方式中所述调整后方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方案中各组件的焓升因子图。

图4为本发明实施方式中所述调整后方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方案的象限功率倾斜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1～4所示，本实施方式提供的一种方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方法，包括如下步骤：

S1、当至少一组燃料组件发生破损的情况下，在新循环开始时，采用新燃料组件替换破损的燃料组件，其余燃料组件继续保留使用；

本实施方式中，以M310机组为例，该堆型共有157组燃料组件，下一循环新燃料组件为68组。假设上一循环某一组件发生破损，该破损组件的反应性较大，原计划放入下一循环。采用新燃料组件代替上一循环破损的组件，这样，放入堆芯的组件包括88组辐照过的燃料组件，一组替换的新燃料组件，68组新燃料组件。

由于新燃料组件的位置在堆芯中总是1/4对称的，放置在堆芯中心对称位置的组件对堆芯对称性无影响。因此，需要对87组辐照过的燃料组件和一组新燃料组件组成的88组燃料组件进行排列组合，使堆芯装载方案满足要求。在本实施方式提供的方案中，替换破损燃料组件的新燃料组件富集度为3.2％。

S2、以系统有效中子增殖因子(keff)等效和/或可燃毒物含量等效为目标，对燃料组件进行分组重排；

取上述的88组燃料组件在满功率零氙状态下的keff以及钆含量，以每个燃料组件组合的keff总和等效和/或可燃毒物含量中核等效为目标，将88组燃料组件分为燃料组件数目相等的4个燃料组件组合。

所述keff等效是指各个燃料组件组合的keff总和之间的差距最小，用于改善由于非对称装载引起的象限功率倾斜。

所述可燃毒物含量等效是指各个燃料组件组合的钆含量总和之间的差距最小，用于改善由于可燃毒物不对称引起的象限功率倾斜。

本实施方式中，以各个燃料组件组合的keff总和之间的差距最小及各个燃料组件组合的钆含量总和之间的差距最小为目标，对88组燃料组件在4个燃料组件组合之间进行分组重排，以改善由于非对称装载及由于可燃毒物不对称引起的象限功率倾斜。

所述分组重排的过程涉及多目标优化，本实施方式在优化过程中，采用线性加权模型，并将各个燃料组件组合的keff总和之间的差距最小、各个燃料组件组合的钆含量总和之间的差距最小的权重各设为0.5。得到重新排列后的4个燃料组件组合。

S3、在全堆芯范围内重新调整燃料组件的位置，使堆芯象限功率倾斜保持在安全运行水平。

将4个所述燃料组件组合分别放入堆芯布置图的四个象限，并计算堆芯内各燃料组件相应的焓升因子和堆芯象限功率倾斜，在各个象限内调整放入其中的相对应燃料组件组合内的燃料组件的位置，即在各个象限范围内调整所放入的燃料组件的位置，使堆芯象限功率倾斜保持在安全运行水平。

其中，在进行焓升因子调整时，对布置在各个象限中对称位置的燃料组件采用焓升因子对称的模式进行调整，并以布置在各个象限中对称位置的燃料组件以焓升因子对称等效为目标进行调整，即以各个象限中处于对称位置的燃料组件的焓升因子差距最小为目标进行调整。

在进行堆芯象限功率倾斜调整时，对布置在堆芯布置图中各个象限的燃料组件的调整是非对称的。直至达到满足安全运行水平要求的最优燃料管理方案。

根据本实施方式所提供的方法形成的一个组件破损时，方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方案示意图如图2所示，其中，R08位置装载的是替换破损燃料组件的新燃料组件。调整后方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方案中各组件的焓升因子如图3所示。调整后方形组件核电站反应堆堆芯非对称装载方案的象限功率倾斜如图4所示。

上述实施方式只是对本发明的举例说明，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。