驗(yàn)證核反應(yīng)堆容器內(nèi)檢測器輸出信號的方法
【專利說明】驗(yàn)證核反應(yīng)堆容器內(nèi)檢測器輸出信號的方法
[0001]本專利申請要求2013年2月20日提交的、美國專利申請?zhí)枮镹0.13/771，115的優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請要求2012年11月13日提交的美國臨時專利申請?zhí)朜0.61/725，591的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體上涉及一種驗(yàn)證核反應(yīng)堆容器內(nèi)檢測器的方法，尤其涉及這樣的一種方法，用于驗(yàn)證固定堆芯內(nèi)通量檢測器和堆芯出口熱電偶的輸出信號。
【背景技術(shù)】
[0003]壓水反應(yīng)堆具有大量的細(xì)長燃料組件，安裝在直立反應(yīng)堆容器內(nèi)。加壓冷卻劑通過燃料組件循環(huán)，以吸收由燃料組件中包含的裂變材料的核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。安裝在反應(yīng)堆容器外部的堆芯外檢測器系統(tǒng)測量燃料組件產(chǎn)生的平均功率。但是，同樣重要的是，要注意不超過通過堆芯的用以確保不超過運(yùn)行極限的功率分布。功率分布受許多因素的影響，如，控制棒插入燃料組件的程度。
[0004]已經(jīng)開發(fā)了用以確定壓水反應(yīng)堆中功率分布的系統(tǒng)。一種稱為BEACON?堆芯監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)，可從賓夕法尼亞州，蔓越莓小鎮(zhèn)，西屋電氣公司得到許可，使用一組相互耦合但獨(dú)立的計(jì)算機(jī)軟件程序，在一個或多個工程工作站同時執(zhí)行以在反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生在線三維功率分布。BEACON?系統(tǒng)連同三維分析一起使用堆芯內(nèi)通量圖，以產(chǎn)生連續(xù)測量的三維功率分布。可從賓夕法尼亞州，蔓越莓小鎮(zhèn)，西屋電氣公司獲得許可的BEACON?系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括堆芯監(jiān)測和堆芯分析，堆芯分析包括預(yù)測功能，如在線停堆裕度評估、估計(jì)臨界狀態(tài)計(jì)算和負(fù)載機(jī)動模擬。
[0005]通過在某些、但不是所有的燃料組件中貫穿測量管(instrumentat1n thimble)的可移動檢測器，生成許多核電站的通量圖。在其他核電站中，固定堆芯內(nèi)檢測器被定位在測量管內(nèi)，并提供在整個堆芯徑向分布位置的軸向增量間隔開的通量讀數(shù)。固定堆芯內(nèi)檢測器連續(xù)地提供信號輸出，信號輸出用于描繪堆芯三維功率分布。在單獨(dú)的燃料組件中產(chǎn)生的功率也可以通過冷卻劑在通過該組件的過程中的焓的變化來確定。反過來，焓是燃料組件溫度上升、冷卻劑壓力和冷卻劑某些性質(zhì)的函數(shù)。冷卻劑壓力保持比較恒定，但實(shí)際上，冷卻劑壓力是一個測量量，并且冷卻劑的性質(zhì)是已知的。溫度的上升由入口溫度傳感器來測量，其測量在冷卻劑循環(huán)返回到反應(yīng)堆堆芯時的冷卻劑溫度?？梢跃_地測量通到燃料組件的平均入口冷卻劑溫度。燃料組件中的某些，但不是全部，都配有出口熱電偶。儀表組件中的焓變化可以通過測量燃料組件的溫度上升來計(jì)算。如果該組件的冷卻劑流速是準(zhǔn)確已知的，則可準(zhǔn)確獲得該組件中產(chǎn)生的功率。壓水反應(yīng)堆中的燃料組件不具有像沸水反應(yīng)堆那樣的外殼通道，其防止冷卻劑在相鄰組件之間交叉流動。
[0006]交叉流動的效果的特征在于混合因子，混合因子被定義為所測量的組件功率和通過熱電偶從所測量的焓上升確定的功率的比率。這些混合因子取決于堆芯中的熱電偶位置和反應(yīng)堆功率級。這些測得的混合因子用于更新功率分布的三維解析節(jié)點(diǎn)模型。功率分布的不確定性是通過從每個熱電偶產(chǎn)生混合因子的標(biāo)準(zhǔn)偏差來進(jìn)行評價(jià)。BEACON?系統(tǒng)會將這些不確定性施加到測量功率結(jié)果。
[0007]因此，該BEACON?堆芯監(jiān)測系統(tǒng)提供連續(xù)監(jiān)測反應(yīng)堆堆芯三維測量功率分布，并考慮可用裕量達(dá)到各種極限的準(zhǔn)確評估，例如，峰值線釋熱率、核熱通道因子、和偏離泡核沸騰比(DNBR)。為執(zhí)行此監(jiān)測功能，BEACON?系統(tǒng)依賴于作為測量信息源的自供電中子堆芯內(nèi)檢測器和/或堆芯出口熱電偶的準(zhǔn)確性和可靠性。如果這些儀表中的一個出現(xiàn)損壞、故障、或提供無效信號，則目前還沒有辦法在BEACON?系統(tǒng)中自動檢測。然而，無效的檢測器信號可使操作裕量不準(zhǔn)確，進(jìn)而可導(dǎo)致技術(shù)規(guī)范監(jiān)視不合格、對核電站進(jìn)行不必要的操作限制、并且將時間浪費(fèi)在診斷問題的原因上。
[0008]因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，該方法自動地通過對來自每個檢測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的評估，以確定該檢測器輸出是否有效。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是一旦輸出已被核實(shí)為是無效的，則自動從堆芯計(jì)算因素中移除單個檢測器輸出。
[0010]另外，本發(fā)明的目的是確保直到驗(yàn)證了可接受數(shù)量的剩余檢測器有效輸出可用來安全地忽略無效的檢測器輸出，才會從堆芯計(jì)算考慮因素中移除檢測器輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]這些和其它目的是通過用于一種驗(yàn)證多個反應(yīng)堆內(nèi)檢測器的核反應(yīng)堆儀表輸出信號的方法來實(shí)現(xiàn)的，所述多個反應(yīng)堆內(nèi)檢測器具有相對于核反應(yīng)堆堆芯在大致相同軸向高度徑向分隔開的多個檢測器元件，每個檢測器元件具有表示在檢測器元件所在的徑向和軸向位置處測量的反應(yīng)堆運(yùn)行參數(shù)的輸出信號。該方法包括以下步驟:基于反應(yīng)堆的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行在基本上相同軸向高度處的三個或更多個檢測器元件的期望輸出的預(yù)測計(jì)算。該方法取得由在大致相同軸向高度處的三個或更多個檢測器元件分別產(chǎn)生的實(shí)際信號與相應(yīng)的期望輸出的比率。然后該方法針對多個不利的核電站運(yùn)行條件，生成所產(chǎn)生的實(shí)際信號與相應(yīng)的期望輸出的比率的預(yù)期范圍。然后進(jìn)行判斷由在基本上相同軸向高度的三個或更多個檢測器元件中的任一個產(chǎn)生的實(shí)際信號的比率是否超出比率范圍。如果由三個或更多個檢測器元件中的任一個產(chǎn)生的實(shí)際信號的比率超出比率范圍，則該方法對基本上相同軸向高度的在比率范圍內(nèi)的檢測器元件的比率進(jìn)行樣條擬合，并且識別具有超出范圍的比率的任意檢測器元件的比率是否與在相應(yīng)的徑向位置的樣條擬合相似。如果超出比率范圍的比率不與在相應(yīng)的徑向位置的樣條擬合比率相似，則該方法移除比率超出范圍并且也不與來自反應(yīng)堆堆芯計(jì)算考慮因素的樣條擬合比率相似的檢測器元件。
[0012]優(yōu)選地，產(chǎn)生比率的預(yù)期范圍的步驟由離線蒙特卡洛分析法確定，并且不利的運(yùn)行條件包括棒下降和功率水平不匹配中的一個或更多個。不利的運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)量考慮到隨機(jī)檢測器耗損和傳感器信號噪音。
[0013]在一個實(shí)施例中，該方法包括對比率范圍進(jìn)行正規(guī)化以考慮總測量信號和總預(yù)測信號的差異的步驟。優(yōu)選地，在將嫌疑檢測器從反應(yīng)堆堆芯計(jì)算中移除之前，在嫌疑檢測器的給定區(qū)域內(nèi)必須有用戶指定數(shù)量的經(jīng)過驗(yàn)證的檢測器。此外，在另一個實(shí)施例中，在將嫌疑檢測器從反應(yīng)堆堆芯計(jì)算考慮因素中移除之前，必有在大致相同的軸向高度上的多個檢測器元件中的信號已經(jīng)過驗(yàn)證或者其他方式已知為工作的預(yù)定部分的檢測器元件。
【附圖說明】
[0014]當(dāng)聯(lián)系附圖一起閱讀時，可以從優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中進(jìn)一步理解本發(fā)明，在附圖中:
[0015]圖1為可應(yīng)用以下描述的實(shí)施例的核反應(yīng)堆系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0016]圖2為可應(yīng)用以下描述的實(shí)施例的核反應(yīng)堆容器和內(nèi)部部件的正視圖，部分為剖面；
[0017]圖3為以垂直縮短形式示出的燃料組件的正視圖，部分為剖面，為清楚起見部分剖開；
[0018]圖4A為堆芯內(nèi)測量管組件的平面圖，該組件適合在圖3中所示的燃料組件的中央測量管內(nèi)；
[0019]圖4B為圖4A的堆芯測量管組件的向前外鞘的內(nèi)部的示意圖；
[0020]圖4C為圖4A的堆芯測量管組件的后端電連接器的剖視圖；并且
[0021]圖5為本發(fā)明的一個實(shí)施例的步驟的邏輯流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]核反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)的初級側(cè)在壓力下用水冷卻，包括封閉回路，該封閉回路與次級回路隔離并與次級回路為熱交換關(guān)系，次級回路用于生產(chǎn)有用能量。初級側(cè)包括:封閉支撐多個含有裂變材料的燃料組件的堆芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)堆容器、熱交換蒸汽發(fā)生器中的初級回路、加壓器內(nèi)部容積、用于循環(huán)加壓水的泵和管道；管道將每一個蒸汽發(fā)生器和泵分別連接到反應(yīng)堆容器。包括蒸汽發(fā)生器、泵和管道(管道被連接到容器)系統(tǒng)的初級側(cè)的各個部分形成初級側(cè)的環(huán)路。
[0023]為了說明的目的，圖1示出了簡化的核反應(yīng)堆初級系統(tǒng)，包括大致柱形的反應(yīng)堆壓力容器10，其具有封閉核堆芯14的封蓋12。液態(tài)反應(yīng)堆冷卻劑，如水或含硼水由泵16泵入容器10中通過堆芯14，在堆芯14處熱能被吸收并排放到熱交換器18中，典型地被稱為蒸汽發(fā)生器，其中熱量傳遞到應(yīng)用回路(未示出)，如蒸汽驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)。然后反應(yīng)堆冷卻劑返回到泵16，完成初級循環(huán)。典型地，多個如上所述的環(huán)路由反應(yīng)堆冷卻劑管道20連接到單個反應(yīng)堆容器10。
[0024]一個示例性的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)在圖2中更詳細(xì)地示出。除了包括多個平行、豎直共同延伸的燃料組件22的堆芯14之外，為了描述的目的，其他容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為下部內(nèi)部構(gòu)件24和上部內(nèi)部結(jié)構(gòu)26。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，下部內(nèi)部構(gòu)件的功能是支撐、對齊和引導(dǎo)堆芯部件和儀表，以及在容器內(nèi)引流。上部內(nèi)部構(gòu)件抑制或提供用于燃料組件22的次級限制(為簡單起見，其中只有兩個在圖2中示出)，并支持和引導(dǎo)儀表和部件如控制棒28。在圖2所示示例性的反應(yīng)堆中，冷卻劑經(jīng)過一個或多個入口噴嘴30進(jìn)入反應(yīng)堆容器中，通過反應(yīng)堆容器和堆芯管32之間的環(huán)形空間向下流動，在下腔室34中轉(zhuǎn)向180°，向上通過其上容納燃料組件的下部支承板37和下部堆芯板36，并通過和環(huán)繞燃料組件22。在一些設(shè)計(jì)中，下部支承板37和下部堆芯板36由一個單一的結(jié)構(gòu)即具有與37相同的高度的下部堆芯支承板所取代。流過堆芯和周圍區(qū)域38的冷卻劑流通常較大，為大約每秒20英尺的速度每分鐘400，000加侖大的量級。所產(chǎn)生的壓降和摩擦力趨于使燃料組件上升，該運(yùn)動被包括圓形上部堆芯板40的上部內(nèi)部構(gòu)件限制。離開堆芯14的冷卻液沿上部堆芯板40的下側(cè)流動，并向上通過多個穿孔42。然后冷卻劑向上并放射狀地流向一個或多個出口噴嘴44。
[0025]上部內(nèi)部構(gòu)件26可支撐于容器或容器蓋，并包括上部支承組件46。負(fù)載在上部支承組件46和上部堆芯板40之間，主要通過多個支承柱48傳遞。支撐柱在選定的燃料組件22和上部堆芯板40的穿孔42上方對齊。
[0026]可直線運(yùn)動的控制棒28，通常包括驅(qū)動軸50和中子吸收棒的連接柄組件52，由控制棒導(dǎo)管54引導(dǎo)通過上部內(nèi)部結(jié)構(gòu)26并進(jìn)入對準(zhǔn)的燃料組件22。導(dǎo)管固定地結(jié)合到上部支承組件46和上部堆芯板40的頂部。在可能對控制棒插入能力造成不利影響的事故情況下，支撐柱48裝置幫助阻滯導(dǎo)管變形。
[0027]圖3為一般由附圖標(biāo)記22表示的燃料組件的表示為垂直縮短形式的正視圖。燃料組件22為在壓水反應(yīng)堆中使用的類型，并具有結(jié)構(gòu)骨架，在其下端包括下管座58。下管座58在核反應(yīng)堆的堆芯區(qū)域內(nèi)在下部堆芯板36上支撐燃料組件22。除了下管座58，燃料組件22的結(jié)構(gòu)骨架在其上端還包括上管座62，和一些與上部內(nèi)部