零功率反应堆研究进展与展望

零功率反应堆是开展反应堆物理研究重要的基础性实验平台,其结构简单,灵活可变,堆芯活性区能够针对特定的研究对象进行调整,以验证核设计软件与核数据库的准确性,获得堆芯物理重要参数实验数据,检验反应堆测量控制设备的有效性。本文简要描述零功率反应堆的特征与用途,回顾国内外研发历程,并介绍当前研究进展以及对未来的展望。

结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法

提出了受随机地震作用的结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法。为了提高动力可靠度计算的效率,利用反应功率谱峰值点对应频率处输入激励幅值的变化对失效概率的影响,提出了利用反应功率谱增大输入激励幅值的方差,达到重要抽样的目的;根据随机振动理论,平稳随机反应功率谱曲线与频域内反应绝对值平方曲线的期望值是相似形,而频域内反应绝对值平方曲线的期望值可以通过Fourier变换很方便的求出,所以也可利用频域内反应绝对值平方曲线的期望值增大输入激励幅值的方差;重要抽样密度函数可表示为幅值分量概率密度函数连乘的形式,其所采用的输入激励幅值的方差可通过少量的结构分析次数得出。通过对三自由度线性结构及十自由度随机结构的计算,表明该文算法是提高动力可靠度计算效率的有效途径,也是求解随机结构动力可靠度的有效途径。

核电厂反应堆功率控制系统接口问题解析

反应堆功率控制系统通过提升或下插控制棒实现反应堆核功率的控制。反应堆功率控制系统与控制棒之间接口匹配性直接决定控制棒提降棒功能可否正常实现,进而影响核电机组正常运行及核安全。某核电厂反应堆功率控制系统通过步进电机控制模块向步进电机驱动器发出组合控制指令,使得步进电机正转或者反转,带动控制棒上提或者下插。描述调试期间步进电机控制模块与步进电机驱动器转动、转向和脉冲三个信号回路接口不匹配现象,分析问题产生的原因,提出增加转动信号软闸门、步进电机驱动器降频细分、核功率控制器输出设置低频死区、改变步进电机驱动器转向设置等解决方案,保证了控制棒远程提/降棒功能的正常实现,为后续核电机组类似问题提供参考与借鉴。

基于故障树方法的核电厂数字化反应堆功率控制系统可靠性分析

运用故障树方法对某核电厂反应堆功率控制系统的可靠性进行了评价计算,包括不确定性分析以及敏感性分析。定义了"失去调节"和"失去调节"顶事件,分别建立了对应的故障树,分析各类硬件和软件对系统安全性的影响程度,指出在"失去调节"事件中,软件共模故障、驱动机构、传感器以及操作员操作敏感度比较高,对系统可靠性影响较大。在"失去有效控制"事件中,软件共模故障和操作员操作的敏感度比较高,对系统可靠性影响较大。

自然循环转强迫循环时反应堆功率瞬态特性研究

采用一套完整的仿真分析系统,研究了船用核动力装置一回路自然循环向强迫循环过渡时反应堆功率变化的瞬态特性.计算结果表明,初始反应堆功率水平对过渡过程有着重要的影响,较高的初始功率水平有可能威胁反应堆的安全.针对过渡过程中的潜在风险,提出了手动下插控制棒的人为干预措施.分析结果表明,该干预措施可以有效地改善过渡过程的安全性.

华龙一号反应堆功率控制系统优化设计

反应堆功率控制系统是核电厂重要的仪控系统,对保证核电厂的正常运行起着重要作用.为确保该控制系统在核电厂运行过程中的良好控制品质及减少现场调试时间,有必要在设计阶段通过仿真研究对控制系统的控制参数进行优化设计.基于分析三代核电"华龙一号"反应堆功率控制系统的功能,提出了控制系统结构,同时对控制通道相关环节的相互影响因素进行了说明.以此为基础,利用核电厂数字化仿真工具,通过系统建模仿真对控制参数进行敏感性分析.根据不同参数取值下的系统静态和动态响应特性,最终确定一套较优的控制参数.所获得的控制参数已用于国内华龙一号首堆反应堆功率控制系统设计,可指导核电厂现场调试和电厂运行.

一种用于反应堆功率测量前级校准的微电流源

针对反应堆功率测量前级插件的校准,设计了一种精密微电流源。该微电流源采用高精度的设计方法,使用数字化控制和软件校准,实现了0.0~200.0μA的微电流输出。测试表明：该微电流源能够稳定工作,并具有0.05%FS的步进,误差小于±0.005%FS。

基于SIMULINK的核反应堆功率调节系统建模与仿真

在建立核反应堆点堆动力学模型基础上,通过SIMULINK工具搭建反应堆功率调节系统模型,进行反应性扰动试验,对模型的仿真性能进行验证。仿真模型实现了期望的反应堆功率自动调节的要求和结果。本文工作为进一步开展反应堆控制系统设计奠定了技术基础。

基于ControlNet现场总线的反应堆功率数字冗余控制系统

介绍了在ControlNet现场总线网络环境下,采用数字化控制器、网络技术、热备冗余等技术对反应堆控制棒的控制与棒位监测系统(简称棒控棒位系统)原有的CMOS电路进行数字化设计,实现反应堆功率控制,提高了系统的可靠性及数据处理能力、集中监控能力。此外,模块化的硬件与软件设计,既使得故障定位更加方便,又增强了程序的可读性和实用性,减少了程序扫描时间,保证了系统响应速度。

零功率反应堆传递函数的实验测量

为研究零功率反应堆的传递函数,先以点堆动态方程为出发点,推导零功率反应堆对外加反应性扰动输入响应的传递函数理论表达式。然后,对外加反应性扰动为三角波时进行傅里叶分析,得到传递函数与输入频率及反应性之间的关系。最后,选取DF-Ⅵ快中子临界装置进行验证实验。在测量了扰动的反应性后,给出确定频率的外加扰动为三角波时的传递函数实验值,实验值与传递函数的理论计算值相符合,证实了零功率反应堆传递函数的理论表达式是正确的,反之,也可从已知的传递函数求出扰动的反应性。

基于单组缓发中子模型的反应堆功率T-S模糊控制

基于T-S模糊模型,针对单组缓发中子点堆动力学方程,设计了T-S模糊控制器来实现对反应堆功率的控制.仿真结果表明,所设计的T-S模糊模型控制器能够较好的控制反应堆功率的输出,取得较好的控制效果.

变流量工况下^（16）N监测反应堆功率的研究

本文从理论上对交流量工况下利用１６Ｎ监测压水堆功率进行了分析，推导出反应堆一回路中１６Ｎ放射性强度与冷却剂流量之间的关系，得出交流量工况下１６Ｎ测量反应堆功率的简化公式，提出了交流量工况下１６Ｎ监测反应堆功率的方法，并报告了应用该方法在ＨＦＥＴＲ（高通量工程试验反应堆）上的研究及试验结果。

中国先进研究堆功率反应性系数测量

中国先进研究堆(CARR)功率反应性系数测量试验的目的是获得CARR堆芯满装载时功率反应性系数,为CARR安全运行提供数据参考。试验采用控制棒棒栅效率刻度法。3次试验的测量结果均为负值且与温度反应性系数不矛盾,满足验收准则的要求。文中对引起偏差的原因进行了深入分析,考虑到CARR日后运行的实际情况,选用第3次试验的测量结果为CARR堆芯满装载时的功率反应性系数。

核电厂反应堆功率控制系统浅析

为更好的学习各反应堆的功率控制模式,通过对HTR-PM高温气冷堆,VVER-1000压水堆,CPR1000压水堆,AP1000等反应堆功率控制系统的分析和比较,研究表明,HTR-PM反应堆功率控制系统的控制模式最简单,具有较大的优越性,但HTR-PM的反应堆功率控制系统尚未真正的实际运行,其控制理念的实现尚需要不断优化和改进。

高功率脉冲反应磁控溅射CrN_(x)涂层的放电特性与组分结构

高功率脉冲反应磁控溅射技术具有放电等离子密度高、溅射材料离化率高和绕镀性好的特点,已被广泛用于金属氮化物强化涂层的设计制备,但受沉积过程实时在线诊断困难,决定涂层结构性能的关键等离子体特性尚不清晰。基于自主研制的高功率脉冲磁控溅射装备,采用Langmuir探针研究不同N_(2)流量下CrN_(x)涂层的反应等离子体放电特性与组分结构变化。固定溅射功率为3 kW,随着N_(2)流量从10 mL/min增加至75 mL/min,放电峰值功率密度和电子能量分布函数中的高能电子比例均呈现先上升后降低趋势,在55 mL/min N_(2)流量时达到最高值,其峰值功率密度为320 W/cm^(2)。分析表明,当通入过量N_(2)时,靶中毒程度加剧,因表面生成CrN_(x)化合物的二次电子发射系数低于Cr,近基体区电子密度从3.9×10^(17)/m^(3)逐渐下降至2.2×10^(17)/m^(3),低密度离子入射降低了沉积粒子的热扩散迁移长度,使得涂层呈现CrN(220)晶面择优柱状生长。

基于神经网络的核反应堆堆芯热功率预测

由于核反应堆经常变负荷运行,为使堆芯热功率与负荷相匹配,保证核电站的安全运行,需要精确预测反应堆堆芯热功率分布,以做出及时调整。传统方法包括基于核反应机理物理模型和实验模型,难以通过直接分析相关数据,准确预测功率分布。采用某CANDU重水堆核电站真实监测数据,根据数据的分布特征,分别构建了基于满功率日时间序列的LSTM循环神经网络和基于特征再提取的卷积神经网络CNN模型,并对网络结构优化,以此来进行核反应堆堆芯热功率预测仿真研究。相比于传统的BP神经网络,构建的LSTM和CNN模型在预测性能上有显著提升。在LSTM和CNN的预测结果中,绝对误差小于50MW的数据所占比例分别为97.63%和96.31%,相对误差在5%以内的数据所占比例为98.73%和98.42%,平均相对误差均不超过2.65%和2.96%。仿真研究表明,所提基于LSTM和CNN的模型可有效预测核反应堆堆芯热功率分布。

CPR1000核电厂反应堆功率标定系统设计及验证

简要介绍CPR1000核电厂反应堆功率标定系统的运算原理、系统结构、验证过程及结果。采用IAPWS-IF97水和蒸汽物性模型、焓差-热功率原理计算核电厂核蒸汽供应系统热功率与反应堆核功率。该套系统于岭澳核电站3号机组调试启动中成功完成了反应堆功率测量系统、控制系统的实态标定。实际应用表明功率标定系统能够可靠地完成CPR1000核电厂堆芯功率标定。

基于NSGA-Ⅱ算法的核反应堆功率LQG控制器设计

反应堆功率控制系统的设计与核电厂的安全性和经济性息息相关。为提高其功率控制性能,本研究以某压水堆核电厂为研究对象,建立了其非线性动态数学模型,推导了其状态空间模型;采用线性二次型高斯(LQG)最优控制方法,设计了堆芯功率控制器;进一步基于遗传算法NSGA-Ⅱ对LQR权重系数进行了多目标优化;将本文所设计的控制器与传统PID控制器进行了典型工况的仿真对比。结果表明,与传统PID控制器相比,基于NSGA-Ⅱ方法优化的LQG控制器不但响应快速、控制精度高、稳定性好,而且具有良好的鲁棒性,能获得更优越的堆芯功率控制效果。

AP1000反应堆功率控制系统分析

本文详细分析了AP1000反应堆功率控制系统在高、低功率水平下的反应堆功率控制、轴向功率分布的控制,总结了AP1000反应堆功率控制系统的特点,提出了今后运行过程中可能的风险和相应的建议。

海阳核电站反应堆功率控制系统的信号分析和试验

反应堆功率控制系统是核电厂最重要的非安全级控制系统之一。海阳核电站功率控制系统在快速降功率系统、旁排控制系统、汽机功率给定系统的协同下完成各个工况的功率控制。本文分析了主要控制策略及主要试验,帮助核电站相关人员加深对功率控制系统的理解,提高他们对机组状态的响应能力。