一种压水堆反应堆临界过程控制方法及系统与流程

本发明涉及反应堆启动控制，具体涉及一种压水堆反应堆临界过程控制方法及系统。

背景技术：

1、反应堆临界控制方法是反应堆启动控制技术的重要控制技术之一，对核动力装置的正常快速投入运行具有非常重要的作用。反应堆临界过程具有非线性、快响应、高风险的特点，这些因素使得反应堆临界控制异于常规传统控制过程，自动控制方法较为复杂。此外，反应堆临界阶段，堆芯功率水平低，反应堆功率水平测量较为困难，反应堆功率无法作为有效的控制量作为控制方案的输入，增加了控制的难度。

2、传统的核反应堆临界过程控制方法，在引入反应性变化前，测量反应堆中子通量水平；通过提棒、稀释或者装卸料，向反应堆引入反应性；等待中子通量水平稳定，待倍增周期大于2000秒；基于临界外推计算,获取外推临界参数判断临界状态。

3、专利“用于反应堆的功率控制装置及功率控制方法”，用于核反应堆的功率控制装置及功率控制方法，功率控制装置包括：输入模块，设置为接收用户输入的目标功率值；测量模块，设置为测量核反应堆的实际功率值；控制模块，设置为基于所述目标功率值和所述实际功率值计算相对功率偏差，并基于所述相对功率偏差获取控制棒的运行信息；以及驱动模块，设置为基于所述运行信息驱动控制棒运行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：由于目前反应堆临界过程为手动控制，操作人员负担较重、人因风险大，传统的通过临界外推计算控制核反应堆临界过程的方法，无法准确的判断反应堆到达临界前以及到达临界时状态，难以实现反应堆启动过程的精准控制；本发明目的在于提供一种压水堆反应堆临界过程控制方法及系统，在现有的压水堆反应堆临界过程控制技术上，进行方法上的改进，通过控制棒的棒位和反应堆周期分阶段的控制控制棒的提棒，解决了反应堆临界过程中的自动控制问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供一种压水堆反应堆临界过程控制方法，包括：

4、第一阶段：实时采集第一特征信息，所述第一特征信息包括控制棒的棒位和反应堆周期，基于第一特征信息实时控制控制棒连续提棒，连续引入反应性，到一定量后直至反应堆进入临界周期识别区；

5、第二阶段：在反应堆进入临界周期识别区后，实时采集第二特征信息，所述第二特征信息包括控制棒的棒位、反应堆周期和反应堆周期变化率；基于第二特征信息实时控制控制棒先快步进提棒，再慢步进提棒，线性引入反应性，直至反应堆达到临界。

6、本方案工作原理：反应堆临界过程中操作复杂、人因风险较大，传统的通过临界外推计算控制核反应堆临界过程的方法，无法准确的判断反应堆到达临界前以及到达临界时状态，难以实现反应堆启动过程的精准控制；本发明目的在于提供一种压水堆反应堆临界过程控制方法及系统，在现有的压水堆反应堆临界过程控制技术上，进行方法上的改进，通过控制棒的棒位和反应堆周期分阶段的控制控制棒的提棒，解决了反应堆临界过程中的自动控制问题。

7、在压水堆由次临界达到临界状态过程中，反应堆临界的判断是非常重要的，在实际的临界过程中，不能通过测量反应性来确定反应堆是否达到临界状态，而本方案根据测量的反应堆周期变化情况及控制棒的棒位来计算反应性的引入，从而判断反应堆是否达到临界状态。

8、考虑在外加中子源的临界过程中，反应堆周期不是趋于无穷大的，会存在一定时间的正周期；由于在引入反应性之前，反应堆内的中子密度处于稳定状态，反应堆周期趋于无穷大，在临界附近时反应堆周期会进入到临界周期识别区(反应堆周期t∈(t1,t2))，且反应堆越接近临界，反应堆周期在临界周期识别区的时间越长；当反应堆在临界周期识别区保持超过一定时间，即可判定反应堆已达临界。

9、进一步优化方案为，所述基于第一特征信息实时控制控制棒连续提棒，连续引入反应性，直至反应堆进入临界周期识别区，包括方法：

10、s1，以第一棒速提升d组控制棒，直至d组控制棒的棒位达到d组阈值时进入步骤s2；

11、s2，以第二棒速提升e1组控制棒，判断e1组控制棒的棒位是否达到e1组阈值，若是，则进入步骤s3，否则进入步骤s4；

12、s3，以第三棒速提升e2组控制棒，判断e2组控制棒的棒位是否达到e2组阈值，若是，则反应堆进入临界周期识别区，并结束引入反应性；否则进入s5；

13、s4，判断此时反应堆周期是否到达周期阈值，若是，则反应堆进入临界周期识别区，并结束引入反应性；否则返回步骤s2；

14、s5，判断此时反应堆周期是否到达周期阈值，若是，则反应堆进入临界周期识别区，并结束引入反应性；否则返回步骤s3。

15、在此过程中，监测反应堆周期，当周期小于80秒时，则应停止此过程。

16、进一步优化方案为，所述第一棒速大于第二棒速和第三棒速。

17、进一步优化方案为，所述第一棒速为3档棒速，第二速度和第三速度均为2档棒速。

18、进一步优化方案为，所述快步进提棒，包括方法：

19、m1，步进提升c组控制棒；

20、m2，判断当前反应堆周期是否小于周期给定值t1，且反应堆周期减小的速率大于周期速率给定值dt1，若是，则进入步骤m3，否则进入步骤m4；

21、m3，保持c组控制棒的当前提棒，直到反应堆周期大于周期给定值t2时，完成当前提棒，进行下一步提棒；

22、m4，判断当前反应堆周期是否在周期约束区间内，若是则进入步骤m3，否则，判断当前提棒高度是否小于高度阈值h，若是，则快步进提棒完成；否则进入m5；

23、m5，判断当前c组控制棒的棒位是否达到估计临界棒位，若是则快步进提棒完成，否则返回m1。

24、进一步优化方案为，所述周期约束区间为(30s,80s)。

25、进一步优化方案为，所述慢步进提棒，包括方法：

26、g1，步进提升c组控制棒；

27、g2，判断此时的反应堆周期是否小于周期给定值t4，且反应堆周期减小的速率大于周期速率给定值dt2，若是，则进入g3，否则进入g4；

28、g3，保持c组控制棒的当前提棒，判断反应堆周期是否满足临界条件：反应堆周期稳定在临界周期阈值区间内超过30s；若是则反应堆达到临界，否则进入g5；

29、g4，判断反应堆周期是否稳定在临界周期阈值区间内，若是，则进入步骤g3，否则，返回步骤g1；

30、g5，判断反应堆周期是否大于周期给定值t3，若是，则完成当前提棒，进行下一步提棒；否则返回g3。

31、进一步优化方案为，所述临界周期阈值区间为(30,80)s。

32、本方案提供一种压水堆反应堆临界过程控制系统，用于实现上述的一种压水堆反应堆临界过程控制方法，包括：

33、采集模块，用于实时采集第一特征信息，所述第一特征信息包括控制棒的棒位和反应堆周期；

34、第一控制模块，用于基于第一特征信息实时控制控制棒连续提棒，连续引入反应性，直至反应堆进入临界周期识别区；

35、所述采集模块还用于在反应堆进入临界周期识别区后，实时采集第二特征信息，所述第二特征信息包括控制棒的棒位、反应堆周期和反应堆周期变化率；

36、第二控制模块，用于基于第二特征信息实时控制控制棒先快步进提棒，再慢步进提棒，线性引入反应性，直至反应堆达到临界。

37、进一步优化方案为，所述采集模块包括棒位测量装置和周期测量装置；

38、所述第一控制模块和第二控制模块均连接反应堆，所述棒位测量装置用于测量控制棒的棒位，所述棒位测量装置连接第一控制模块和第二控制模块；所述周期测量装置用于测量反应堆的周期，所述周期测量装置连接第一控制模块和第二控制模块。

39、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

40、本发明提供的一种压水堆反应堆临界过程控制方法；在现有的压水堆反应堆临界过程控制技术上，进行方法上的改进，将反应性的引入控制分为两个阶段，通过控制棒的棒位和反应堆周期分阶段的控制控制棒的提棒，根据测量的反应堆周期变化情况及控制棒的棒位来计算反应性的引入，从而判断反应堆是否达到临界状态；解决了反应堆临界过程中的自动控制问题。

41、本发明提供的一种压水堆反应堆临界过程控制方法；针对反应堆临界过程具有非线性、快响应和高风险的特点，以反应堆源区周期为控制输入，设计了一种基于操作人员或专家经验的专家控制规则，根据不同的阶段设计自动控制规则，提出自动控制方案，实现反应堆临界的自动控制，提升反应堆启动控制的自动化和智能化水平。