一种核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法与流程

本发明涉及核电厂控制棒包壳，尤其涉及一种核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法。

背景技术：

1、控制棒在堆内使用时，随着使用寿命的增长，由于辐照、步跃、流体冲刷等作用，会发生肿胀、磨损等现象。其中控制棒包壳磨损通常在控制棒的整个寿期内都会出现，不同电厂由于堆芯环境、控制棒组件使用策略的不同，磨损风险有所不同。磨损会影响控制棒使用寿命，导致控制棒提前更换，降低电厂运行经济性。过度磨损导致控制棒包壳截面损失率损失过大，可能导致控制棒包壳断裂，危及控制棒的完整性和停堆功能。

2、各电厂普遍存在控制棒磨损的现象。为应对控制棒包壳磨损问题，需要在大修期间对控制棒包壳进行检查，对包壳截面积不足的控制棒进行更换。同时，应注意到大修期间更换控制棒将占用大修关键路径时间，且需要额外的控制棒备件，会增加电厂运营成本。

3、为了缓解控制棒包壳磨损，降低电厂运营成本，核电厂通常采取控制棒堆芯径向倒换策略，即在换料大修时，将控制棒重新布置于堆芯恰当位置，以减少对控制棒磨损位置的持续磨损，缓解控制棒磨损的速率，延长控制棒使用寿命，减少大修更换控制棒的数量，从而降低电厂运营成本，提高电厂的经济效益。

4、合理的控制棒堆芯布置需要对后续循环控制棒包壳截面损失率进行预测，根据预测的控制棒截面损失率来指导控制棒在堆芯的布置。通过合理的控制棒截面损失率计算方法预测控制棒后续循环的截面损失率，其核心是计算每一堆芯位置的控制棒包壳磨损导致的截面损失率增量(δ)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，解决了为控制棒堆芯装载设计提供输入，通过合理的控制棒堆芯布置缓解控制棒包壳磨损导致的截面损失率超出验收准则的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，包括：

4、步骤1：计算控制棒包壳初始截面损失率；

5、步骤2：计算堆芯截面损失率增量；

6、步骤3：预测计算控制棒包壳截面损失率。

7、步骤1中，当控制棒为乏控制棒，且检查有磨损记录时，通过vini＝vm+a计算得到控制棒组件包壳初始截面损失率vini，其中，a为截面损失率测量的不确定度，vm为n-1循环结束检查的包壳截面损失率测量值。

8、步骤1中，当控制棒为乏控制棒，且检查无磨损记录时，通过vini＝a+b计算得到控制棒组件包壳初始截面损失率vini，其中，a为截面损失率测量的不确定度，b为截面损失率测量的记录限值。

9、步骤1中，当控制棒为新控制棒，控制棒组件包壳初始截面损失率vini＝0。

10、步骤2中，当堆芯l位置配插控制棒相同时，该堆芯l位置配插的控制棒均为r1，共运行n个循环，假设n个循环r1均经过了控制棒检查，从第一循环起，寿期末检查截面损失率结果分别为分别计算得到对应的特定循环堆芯l位置的截面损失率增量计算得到最终堆芯l位置的截面损失率增量

11、步骤2中，当堆芯l位置配插控制棒不同时，分别计算不同循环堆芯l位置所配插的不同控制棒计算得到的堆芯l截面损失率增量，假设第n循环堆芯l位置配插的控制棒为rn，该组控制棒上循环末截面损失率测量值为本循环末截面损失率测量值为计算每个循环堆芯l配插的控制棒rn得到的截面损失率增量，并取历次循环截面损失率增量的最大值作为堆芯l位置的截面损失率增量。

12、步骤2中，当堆芯l位置配插控制棒复合时，通过δl＝max[δl1,δl2]计算得到最终的堆芯截面损失率增量，其中，δl1为计算得到相同控制棒对应的堆芯截面损失率增量，δl2为计算得到不同控制棒对应的堆芯截面损失率增量。

13、步骤2中，当堆芯l位置无磨损记录时，通过计算得到最终的堆芯截面损失率增量，其中，m为堆芯l位置配插的控制棒组件重复最多的组件的次数，a为截面损失率测量的不确定度，b为截面损失率测量的记录限值。

14、步骤3中，预测控制棒在第n循环寿期末的截面损失率，根据第n循环该控制棒的初始截面损失率减去第n循环所在堆芯位置的截面损失率增量计算求得。

15、进一步地，预测控制棒在第n循环后i个循环的截面损失率，根据第n循环该控制棒的初始截面损失率减去该控制棒在第n循环、第n循环后1个……至第n循环后i个循环分别所在的堆芯位置的截面损失率增量计算求得，控制棒在第n+i循环，其堆芯位置为ln+i，堆芯位置ln+i对应的截面损失率增量δln+i，预测循环结束控制棒预测截面损失率为

16、与现有技术相比，本发明提供的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法具有以下有益效果：

17、本发明采用等体积增长理论，通过控制棒检查的磨损数据，建立堆芯磨损模型，计算堆芯各位置磨损导致的截面损失率增量，实现对控制棒全面的量化管理。通过磨损检查数据与磨损预测结果，指导合理的控制棒装载方案设计，延长控制棒使用寿命。

18、通过本发明的计算方法，能够得到全堆芯位置磨损导致的控制棒包壳截面损失率增量，根据大修期间控制棒磨损检查结果，计算出控制棒置于目标堆芯位置后经过一个或若干个循环后的预测截面损失率数值。

19、通过本发明，精确预测控制棒后续循环的截面损失率，便于对控制棒进行全寿期寿命管理。

20、进一步地，如发生预期外控制棒组件无法使用同时无控制棒备件的情况下，至少延长大修工期7天以上，而过多的控制棒备件导致电厂成本增加。本发明能够准确预测大修控制棒更换数量，便于电厂合理安排控制棒备件，避免在大修中出现预期外控制棒磨损而因备件不足导致大修延误，确保核电厂换料大修如期完成。

21、进一步地，根据计算控制棒组件在任意堆芯位置下的磨损增量，预测控制棒在特定堆芯布置下的寿期末磨损的严重程度，从而指导控制棒组件定位方案设计。通过合理的定位方案设计，缓解控制棒磨损，延长控制棒使用寿命。根据理论计算，在堆芯磨损严重的前提下，若控制棒平均使用5个循坏，通过本发明控制棒磨损预测方法下，进行合理的控制棒堆芯布置，能够将控制棒使用寿命提高至10个循环。

22、进一步地，通过本方法，重点监督磨损严重的控制棒组件，避免由于控制棒严重磨损导致的控制棒包壳断裂，确保反应堆堆芯运行安全。

技术特征：

1.一种核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤1中，当控制棒为乏控制棒，且检查有磨损记录时，通过vini＝vm+a计算得到控制棒组件包壳初始截面损失率vini，其中，a为截面损失率测量的不确定度，vm为n-1循环结束检查的包壳截面损失率测量值。

3.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤1中，当控制棒为乏控制棒，且检查无磨损记录时，通过vini＝a+b计算得到控制棒组件包壳初始截面损失率vini，其中，a为截面损失率测量的不确定度，b为截面损失率测量的记录限值。

4.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤1中，当控制棒为新控制棒，控制棒组件包壳初始截面损失率vini＝0。

5.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤2中，当堆芯l位置配插控制棒相同时，该堆芯l位置配插的控制棒均为r1，共运行n个循环，假设n个循环r1均经过了控制棒检查，从第一循环起，寿期末检查截面损失率结果分别为分别计算得到对应的特定循环堆芯l位置的截面损失率增量计算得到最终堆芯l位置的截面损失率增量

6.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤2中，当堆芯l位置配插控制棒不同时，分别计算不同循环堆芯l位置所配插的不同控制棒计算得到的堆芯l截面损失率增量，假设第n循环堆芯l位置配插的控制棒为rn，该组控制棒上循环末截面损失率测量值为本循环末截面损失率测量值为计算每个循环堆芯l配插的控制棒rn得到的截面损失率增量，并取历次循环截面损失率增量的最大值作为堆芯l位置的截面损失率增量。

7.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤2中，当堆芯l位置配插控制棒复合时，通过δl＝max[δl1,δl2]计算得到最终的堆芯截面损失率增量，其中，δl1为计算得到相同控制棒对应的堆芯截面损失率增量，δl2为计算得到不同控制棒对应的堆芯截面损失率增量。

8.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤2中，当堆芯l位置无磨损记录时，通过计算得到最终的堆芯截面损失率增量，其中，m为堆芯l位置配插的控制棒组件重复最多的组件的次数，a为截面损失率测量的不确定度，b为截面损失率测量的记录限值。

9.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，步骤3中，预测控制棒在第n循环寿期末的截面损失率，根据第n循环该控制棒的初始截面损失率减去第n循环所在堆芯位置的截面损失率增量计算求得。

10.根据权利要求1所述的核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，其特征在于，对于控制棒在第n+i循环，其堆芯位置为ln+i，堆芯位置对应的截面损失率增量δln+i，预测循环结束控制棒预测截面损失率为

技术总结
本发明涉及核电厂控制棒包壳技术领域，本发明提供了一种核电厂控制棒包壳截面损失率预测方法，包括：计算控制棒包壳初始截面损失率；计算堆芯截面损失率增量；预测计算控制棒包壳截面损失率。本发明采用等体积增长理论，通过控制棒检查的磨损数据，建立堆芯磨损模型，计算堆芯各位置磨损导致的截面损失率增量，实现对控制棒全面的量化管理。本发明通过磨损检查数据与磨损预测结果，指导合理的控制棒装载方案设计，延长控制棒使用寿命。

技术研发人员：杜超,官益豪,黄伟兵,向群,滕良鹏,刘晶,钱仲悠,陈理江,李昂,丁针挺,金岚岚,石浩宇,赵一凡,翁家源
受保护的技术使用者：三门核电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16