基于仿真模型的堆芯状态监测程序开发

发布时间：2020-09-28 14:50

【摘要】：反应堆的安全运行是整个核电厂安全运行的关键,因此反应堆是操纵员在运行过程中的重点监测对象,但是由于压力容器内传感器的安装条件限制,当前反应堆内传感器的安装位置、类型以及数量都非常有限,操纵员并不能通过已安装的堆内及堆外探测器在线监测包括堆芯三维功率分布、燃料温度、包壳温度以及MDNBR等关系反应堆运行安全的重要状态参数,这导致反应堆操纵员在操作过程中无法全面地实时了解反应堆运行状态,影响了反应堆的运行安全性。本文以福清核电站一号机组反应堆为研究对象,基于反应堆核热耦合仿真模型开发了堆芯状态监测程序。本课题在建模过程中应用THEATRe程序对压力容器内的热工水力过程进行仿真,应用REMARK程序对反应堆堆芯物理部分进行仿真,应用COBRAIIIC程序对堆芯进行子通道热工水力计算,然后将三种仿真程序在GSE公司的SimExec实时仿真平台上进行多尺度核热耦合。耦合程序采用福清核电厂仿真机模拟运行数据作为仿真计算的边界条件,以实现对堆芯内主要状态参数的实时在线仿真计算。最后本文应用C#4.0语言编写了图形化人机界面,将堆芯状态监测程序的计算结果以颜色分布、曲线变化等更加直观、具体的形式展示给操纵员,从而提高操纵员的监测效率。本文使用稳态满功率工况、主蒸汽管道破裂事故和控制棒失控下插事故对堆芯状态监测程序在稳态和瞬态工况下实时在线计算的准确性进行分析和验证,相关结果表明本文开发的堆芯状态监测程序能够在稳态及瞬态工况下对堆芯主要状态参数进行较为准确的实时在线仿真计算,满足操纵员对堆芯状态监测的要求。本文开发的堆芯状态监测程序可以作为核电厂现有反应堆检测系统的补充,辅助操纵员更加全面、高效地对堆芯状态进行在线监测或安全分析,从而提高核电厂的运行安全性,保证核电事业的安全发展。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL351.1
【图文】：

获得了美国核管会批准授权，最早发行于 1989 年[1]。经过 20 余年的成为当今世界上应用最广泛的堆芯在线监测系统，其还将应用在我国P1000 机组。CON 系统的主要工作原理共分为四部分，其核心算法是用于堆芯核程序 SPNOVA[19]，首先第一步先用堆芯物理计算程序求解两群中子扩参考功率分布；之后第二步将堆芯中子探测器信号转化为节点功率值参考功率值相比较，生成一系列参考功率校正因子；第三部将计算出函数进行拟合并扩展至全堆芯，然后对无探测器位置的参考堆芯功率正，从而得到经过实际探测器数据校正后的全堆芯三维功率分布值；到的堆芯功率分布值进一步计算得到最小 DNBR、堆芯功率峰因子等[20]。BEACON 系统除了可以持续监测堆芯三维功率分布，最小 DNB还可以提供实时计算停堆裕度，堆芯数据趋势分析等多种运行支持功 所示。

图 2.2 堆芯状态监测程序计算流程图文使用福清一期核电站仿真机代替实际电站为堆芯状态监测程序提将这些数据作为堆芯状态监测程序实时在线仿真计算的边界条件。程序 REMARK 根据仿真机提供的控制棒棒位及硼浓度数据作为边界核功率以及堆芯三维功率分布，并将计算出的功率分布数据通过数据给传递给 THEATRe 程序和 COBRAIIIC 程序，之后 THEATRe 程序利力容器进口冷却剂流量、温度和出口压力数据作为边界条件并结合 R的堆芯功率分布数据计算出堆芯进口冷却剂流量、温度和出口压力等 COBRAIIIC 程序。COBRAIIIC 程序通过 THEATRe 程序提供的堆芯 REMARK 程序提供的功率分布数据计算出燃料温度、包壳温度、冷态参数，并将燃料温度和冷却剂密度作为热工反馈参数传递给 REMA热耦合反馈计算。最终堆芯状态监测程序将计算出的堆芯主要状态参人机界面上进行显示，以图形化方式展示给反应堆操纵员。

图 2.3 REMARK 计算流程图为了减小求解中子扩散方程的计算时间，REMARK 程序在变量分离法，将中子通量的求解分为形状函数和幅值函数序应用点堆方程对幅值函数进行求解，应用准稳态近似条件用 ADI 算法对求解过程进行了改进，有效提高了计算精度e 程序简介序是美国 GSE 公司基于 SimExec 实时仿真平台开发的系统热真模型在 RELAP 程序的基础上进行适当简化，将分相流模证计算精度的前提下，提高了计算速度，可以对核电厂主要程

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本文编号：2828921