压水堆核电厂换料物理启动试验优化研究和应用实践

核电厂设计和运行相关核安全法规、导则要求核电厂换料后必须进行物理启动试验。随着堆芯换料设计日趋成熟,试验程序和试验方法得到充分检验。为提升运行经济性,各核电厂设计和运行人员不同程度地开展了换料后物理启动试验优化的研究与实施。本文基于压水堆核电厂监管要求和核电厂运行要求分析,针对物理启动试验优化提出了定性评价、物理分析和试验验证的系统性论证方法,并以秦山核电厂320 MWe机组为例,进行了完善的研究与可行性论证。实施物理启动试验优化后,核电厂换料大修时间大幅缩短,相比以往可提前约2天进入满功率运行,显著提高了核电厂运行负荷因子,提升了运行经济性。

采用哑棒修复燃料组件的核特性分析方法及其工程应用

在核电厂正常运行过程中,由于一回路杂物的存在或燃料操作失误,出现了少量燃料棒损伤的情况,通过采用哑棒替换损伤燃料棒可修复损伤燃料组件并回堆使用,可避免降低核电厂运行经济性。本文通过模拟采用不锈钢和锆合金哑棒替换破损燃料棒对燃料组件进行修复,分析修复后燃料组件中子学特性及修复燃料组件对堆芯运行核特性参数的影响机理,评估采用哑棒修复燃料组件并回堆使用对堆芯运行安全的影响,对采用哑棒修复燃料组件建立了完整的核设计分析方法和流程。该方法对采用哑棒修复燃料组件的核设计分析具有广泛的适用性,对采用修复燃料组件的堆芯换料设计具有实际的指导意义。该分析方法和流程的建立在国内反应堆物理分析领域尚属首次,目前该技术已应用于恰希玛一期核电厂堆芯换料设计的工程实践。

动态棒价值测量软件包LIGHT的开发与数值验证

动态棒价值测量是一种快速测量控制棒组价值的方法。基于测量过程和相关的反应堆物理数值计算方法,开发了动态棒价值测量软件包LIGHT。LIGHT可产生进行动态棒价值测量所需的参数,包括静态空间因子、动态空间因子和缓发中子参数。针对基准问题和AP1000核电厂进行了数值计算并进行了比较。分析表明,计算结果具有较高的精度,说明建立的计算模型及开发的程序是正确的。

非能动核电厂燃耗信任制方法研究及其应用

在临界安全分析中采用燃耗信任制是实现核电厂乏燃料组件密集化贮存的基础之一。本文针对非能动先进压水堆核电厂研究了燃耗信任制的分析方法,建立了完整的计算体系,并在此基础上针对先进压水堆核电厂燃料组件的设计特征以及机械补偿(MSHIM)运行策略等特点,分析其轴向燃耗和温度分布以及组件径向富集度分布等关键参数对临界安全分析的影响,相关研究结果对乏燃料密集化贮存设计的工程应用具有实际的借鉴意义。

用于堆芯装载方案优化的遗传算法算子设计

为研究与堆芯装载方案优化问题相适应的编码与算子,改善遗传算法的优化效果,在对堆芯装载方案中燃料组件布置和调整方式深入分析的基础上,设计了一种随机子路径交叉算子和一种随机子路径变异算子,并对比分析了设计算子与组合优化中常用的11种交叉算子和6种变异算子的优化效果。为与设计算子相匹配,并使编码满足完备性和拉马克性质,使用分段整数编码表示堆芯装载方案,提出了一种遗传算法新个体的产生策略,即将多个交叉算子用于染色体的不同片段,从而产生新个体,可确保解的合法性。开发了基于MPI并行的遗传算法,研究了不同算子组合在旅行商问题和堆芯装载方案优化问题中的优化效果,分析了不同算子的交叉概率和变异概率等参数。计算结果表明,设计的随机子路径交叉算子和随机子路径变异算子在旅行商问题和堆芯装载方案优化问题中均获得了良好的优化效果。

机械补偿运行对AP1000核电机组的流体温度分层及堆外探测器阴影效应分析

AP1000核电机组采用机械补偿(MSHIM)运行,但关于MSHIM运行对堆外运行参数的研究较少。本文模拟了控制棒插入堆芯以及冷段温度降低的过程,分析了MSHIM运行对AP1000核电机组的流体温度分层及堆外探测器阴影效应。结果表明,M棒组对流体温度分层效应和堆外探测器阴影效应有较明显的影响,AO棒组的影响可忽略;冷段温度降低会导致较明显的堆外探测器阴影效应,该效应对控制棒棒位不敏感。建议相关的启动试验应包含130、14、-66、-116、-296、-436步;在满功率运行时,为避免出现低的功率裕量,棒位-436步可移至棒位130步进行试验。

先进反应性测量系统的研发与应用

相比于传统的反应堆控制棒价值测量方法,快速的动态棒价值测量方法要求反应性测量设备具有更高的精度和性能,以准确获取和处理堆外探测器的电流信号,并需通过额外的堆芯中子学计算对试验过程中的空间效应进行修正。为此本研究开发了一套包含先进物理试验测量仪(APTC)和动态棒价值测量软件包(LIGHT)的先进反应性测量系统(SMART),并对SMART开展了一系列验证试验。结果表明,SMART具备完整的物理启动试验功能,其精度和性能能够满足包括动态棒价值测量在内的物理启动试验的要求;在300 MW压水堆核电厂中的成功应用也充分验证了SMART的工程应用能力。