一种VVER堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法与流程

本发明属于反应堆设计技术领域，涉及一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法。

背景技术：

目前，在vver反应堆堆型中实际应用的是18个月的单循环装载方案，例如俄罗斯的巴拉科夫核电站、我国连云港市的田湾核电站1、2机组，寿期长度达到480个等效满功率天(effectivefullpowerdays,efpd)。

而西屋公司为ap1000反应堆堆型的平衡循环设计了两种装载方案，第一种是标准的18个月单循环装载方案，第二种是16个月和20个月交替的双重平衡态方案，即双循环方案。在长短交替的双循环方案中，16个月运行循环完成后转入20个月循环，然后再返回16个月循环，如此循环。设计16个月和20个月的双重平衡循环可以使核电厂能在供电需求的高峰时运行，而在低需求期间安排换料，这样就避免了在夏季较长的用电高峰时停堆。该长短交替型平衡循环燃料循环平均成本与18个月循环接近。

但是，对于vver反应堆堆型，设计16个月和20个月长短交替型的平衡循环与18个月的平衡循环相比，难度更大。因为长短交替型的平衡循环既要满足循环长度的目标，同时还要使得各种堆芯安全参数满足限值准则；且由于是长短交替型的平衡循环，每个循环装载的新料组件数量不一样，因此，在燃料利用率上也需要考虑，尽量增大卸料组件的平均燃耗值，减少换料组件数目。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，以能够使vver堆型实现16个月和20个月长短交替的平衡循环。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，

所述的堆芯装载方法在16个月的短周期循环开始前用55-65组新燃烧组件装载替换反应堆中燃烧时间最长的旧燃烧组件，在20个月的长周期循环开始前用75-85组新燃烧组件装载替换反应堆中燃烧时间最长的旧燃烧组件，装载替换前后保证新旧燃烧组件的总数量为160-170组不变；

所述的新燃烧组件包括三种不同的²³⁵u富集度；

装载替换后的新燃烧组件与燃烧过的旧燃烧组件交替排布，且全部²³⁵u富集度次高的新燃烧组件排布在堆芯内区，部分²³⁵u富集度最低的新燃烧组件排布在堆芯次外区，其他²³⁵u富集度最低的新燃烧组件和全部²³⁵u富集度最高的新燃烧组件交替排布在堆芯最外区。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中所述的²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的类型为u49g6；所述的²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的类型为u49z4；所述的²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的类型为u44z4。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中所述的²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.90-4.95％；所述的²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.82-4.88％；所述的²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.32-4.36％。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中：

所述的²³⁵u富集度最高的新燃烧组件中燃烧棒数目为300-310根，燃烧棒²³⁵u富集度为4.93-4.97％，其中含钆燃料棒数量为5-7根，含钆燃料棒的²³⁵u富集度为3.58-3.62％，含钆燃料棒的gd2o3质量百分比含量为4-6％；

所述的²³⁵u富集度次高的新燃烧组件中燃烧棒数目为284-292根，燃烧棒²³⁵u富集度为4.93-4.97％，其中含钆燃料棒数量为22-26根，含钆燃料棒的²³⁵u富集度为3.58-3.62％，含钆燃料棒的gd2o3质量百分比含量为6-10％；

所述的²³⁵u富集度最低的新燃烧组件中燃烧棒数目为284-292根，燃烧棒²³⁵u富集度为4.38-4.42％，其中含钆燃料棒数量为22-26根，含钆燃料棒的²³⁵u富集度为3.58-3.62％，含钆燃料棒的gd2o3质量百分比含量为6-10％。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中在短周期循环开始前装载替换的新燃烧组件中，²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的数量为21-27组；²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的数量为15-21组；²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的数量为15-21组。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中在长周期循环开始前装载替换的新燃烧组件中，²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的数量为21-27组；²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的数量为15-21组；²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的数量为34-40组。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中所述的堆芯装载方法在16个月的短周期循环开始前用60组新燃烧组件装载替换反应堆中燃烧时间最长的旧燃烧组件，在20个月的长周期循环开始前用79组新燃烧组件装载替换反应堆中燃烧时间最长的旧燃烧组件，装载替换前后保证新旧燃烧组件的总数量为163组不变。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中所述的²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.925％；所述的²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.855％；所述的²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.344％。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中：

所述的²³⁵u富集度最高的新燃烧组件中燃烧棒数目为306根，燃烧棒²³⁵u富集度为4.95％，其中含钆燃料棒数量为6根，含钆燃料棒的²³⁵u富集度为3.6％，含钆燃料棒的gd2o3质量百分比含量为5％；

所述的²³⁵u富集度次高的新燃烧组件中燃烧棒数目为288根，燃烧棒²³⁵u富集度为4.95％，其中含钆燃料棒数量为24根，含钆燃料棒的²³⁵u富集度为3.6％，含钆燃料棒的gd2o3质量百分比含量为8％；

所述的²³⁵u富集度最低的新燃烧组件中燃烧棒数目为288根，燃烧棒²³⁵u富集度为4.4％，其中含钆燃料棒数量为24根，含钆燃料棒的²³⁵u富集度为3.6％，含钆燃料棒的gd2o3质量百分比含量为8％。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，其中：

在短周期循环开始前装载替换的新燃烧组件中，²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的数量为24组；²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的数量为18组；²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的数量为18组。

在长周期循环开始前装载替换的新燃烧组件中，²³⁵u富集度最高的新燃烧组件的数量为24组；²³⁵u富集度次高的新燃烧组件的数量为18组；²³⁵u富集度最低的新燃烧组件的数量为37组。

本发明的有益效果在于，利用本发明的vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法，能够使vver堆型实现16个月和20个月长短交替的平衡循环，平均循环长度不小于510个等效满功率天(长短循环相加后的平均值)，从而可以使核电厂能在供电需求的高峰时运行，而在低需求期间安排换料，避免在夏季较长的用电高峰时停堆。

附图说明

图1为示例性的本发明的vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法中短周期循环开始前装载新燃烧组件后不同燃烧组件的排布图。

图2为示例性的本发明的vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法中长周期循环开始前装载新燃烧组件后不同燃烧组件的排布图。

图1和图2中每组燃料组件用一个六边形表示。六边形中最上方一排的数字代表燃料组件编号(位置)；中间一排左面的数字代表此燃料组件的循环数，右面的数字代表此燃料组件在上一循环的位置；下面一排的数字代表此燃料组件的类型。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

示例性的本发明的vver堆型长短交替的平衡循环的堆芯装载方法如下所述。

在16个月的短周期循环开始前用60组新燃烧组件装载替换反应堆中燃烧时间最长的旧燃烧组件，在20个月的长周期循环开始前用79组新燃烧组件装载替换反应堆中燃烧时间最长的旧燃烧组件，装载替换前后保证新旧燃烧组件的总数量为163组不变。

装载替换后的新燃烧组件与燃烧过的旧燃烧组件交替排布，且类型为u49z4的新燃烧组件排布在堆芯内区，部分类型为u44z4的新燃烧组件排布在堆芯次外区，其他类型为u44z4的新燃烧组件和全部类型为u49g6的新燃烧组件交替排布在堆芯最外区。三种类型燃烧组件的特性如下表1所示。

表1三种类型燃烧组件的特性

在短周期循环开始前装载替换的60组新燃烧组件中，u44z4和u49z4分别为18组，u49g6为24组；装载替换的60组新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.73％。

在长周期循环开始前装载替换的79组新燃烧组件中，u44z4为37组，u49z4为18组，u49g6为24组；装载替换的79组新燃烧组件的²³⁵u平均富集度为4.64％。

在如上进行堆芯燃料管理方案设计时，需要遵守相关设计准则。燃料管理设计准则考虑的因素包括焓升因子、棒线功率密度、慢化剂温度系数及卸料燃耗最大燃耗等。设计准则具体如下：

(1)燃料棒功率峰因子kr≤1.60；

(2)最大线功率密度ql≤448w/cm(对于uo2燃料)和ql≤360w/cm(对于u-gd燃料)；

(3)慢化剂温度系数为负数；

(4)卡一束最大价值控制棒时，反应堆紧急停堆至热停堆状态后，堆芯冷却的重返临界温度不大于120℃；

(5)对于tvs-2m燃料组件，最大设计燃耗限值不超过60mwd/kgu。

在如上所述堆芯装载方法的基础上，短周期循环开始前装载新燃烧组件后和长周期循环开始前装载新燃烧组件后，不同燃烧组件的排布分别如图1和图2所示。

利用如上所述的示例性的堆芯装载方法，可以避免vver反应堆在夏季较长的用电高峰时停堆，并且满足运行510天的电力需求。该长短交替的装载方案满足设计限值的要求，适用于所有vver型的核电站机组。从如下表2的计算结果可以看出，采用该堆芯装载方法，反应堆在运行过程中组件功率峰因子、棒功率峰因子等参数均比现有实际工程(田湾3、4号)中采用的18个月的堆芯装载方案更加优化，并且燃料利用率更高。

表2采用本发明堆芯装载方法与传统18个月的堆芯装载方案的结果对比

显然，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，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。