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CN111149175A - 核仪表隔离输出信号标度方法和采用相同方法的系统 - Google Patents

核仪表隔离输出信号标度方法和采用相同方法的系统 Download PDF

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CN111149175A CN201880063833.9A CN201880063833A CN111149175A CN 111149175 A CN111149175 A CN 111149175A CN 201880063833 A CN201880063833 A CN 201880063833A CN 111149175 A CN111149175 A CN 111149175A
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Abstract

一种确定核反应堆(18)的堆芯设计参数的方法(100、200)，包括：使用经校准的信号源作为到与核反应堆相关联的NIS机柜(20、22、24)的输入来校准(110、210)来自所述NIS机柜的隔离电压输出；将在校准中使用的经校准的信号源的值和对应的来自校准的输出电压的值记录(120、220)在校准调整后的机柜校准数据表中；使用连接到来自NIS机柜的隔离电压输出的计算装置，在改进的信号转换等式中使用校准调整后的机柜校准数据表中的值中的至少一些值，来将电压输出信号转换(130，240)为经转换的探测器信号；以及使用所述计算装置，采用(140，260)所述经转换的探测器信号来确定所述堆芯设计参数。

Description

核仪表隔离输出信号标度方法和采用相同方法的系统
相关申请的交叉引用
本专利申请在35U.S.C.§119(e)下要求于2017年8月18日提交的美国临时申请号62/547389的优先权权益，其内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及确定核反应堆堆芯设计参数并进一步验证这种堆芯设计参数是否在预期范围内，并且如果不在预期范围内，则采取进一步动作的改进方法。
背景技术
如图1和2中示意性所示，核仪表系统(NIS)10是安全相关系统，其利用三种探测器类型-通常为源范围12、中间范围14和功率范围16-以在反应堆功率的大约11个十年内提供对核反应堆18的充分监测。每个NIS探测器12、14、16可以用作反应性计算机(未示出)的输入，以计算核反应堆的各种堆芯设计参数，例如参见美国专利No.4877575，其内容通过引用并入本文。
来自每个探测器12、14、16的信号表示与中子通量成正比的值，并且用于求解逆点动力学方程或其它反应性等式。反应性计算机可以直接连接到探测器12、14、16；然而，这种连接使得探测器12、14、16不能执行其安全相关功能。因此，期望在可能时使用隔离输出(即，来自NIS机柜20、22、24的输出)，从而探测器12、14、16可以保持其安全相关功能。
来自NIS机柜20、22、24的隔离输出通常是基于探测器电流或脉冲范围的0-5V或0-10V输出。例如，但不限于，Westinghouse(西屋)补偿离子室中间范围探测器的输出范围为10-11至10-3安培，并且处理机柜产生0-5V或0-10V的输出。将电流或脉冲信号转换成电压输出信号的对数电流放大器通常可以仅具有在整个探测器跨度中的若干点处调节电压输出的校准的潜力。例如，Westinghouse中间范围探测器中使用的对数电流放大器的一种类型具有8个十年10-11至10-3安培范围的跨度，但是仅可以在三个点(即10-11、10-7和10-4安培)处调节输出。虽然这对于正常的核电站操作需求是足够的，但是对于在诸如利用反应性计算机执行的高精度测量中的使用不是那么理想，因为在整个范围中远离上述可调节点的其它几十年可能仍然不在预期的容差内。反应性表示反应堆功率的变化率，因此如果探测器信号的变化率未被适当地校准，则对应的反应性计算将被不正确地计算。
因此，在用于执行这种测量的方法和系统中存在改进的空间。
发明内容
本发明的实施例利用校准调整后的(as-left)校准信息来改善来自NIS机柜的隔离电压输出的精度，以支持进行最准确且精确的测量。
作为本发明的一个方面，提供了一种确定核反应堆的堆芯设计参数的方法。该方法包括：使用经校准的信号源作为到与核反应堆相关联的NIS机柜的输入，校准来自所述NIS机柜的隔离电压输出；将用于校准的经校准的信号源的值和对应的来自校准的输出电压的值记录在校准调整后的机柜校准数据表中；使用连接到来自NIS机柜的隔离电压输出的计算装置，将校准调整后的机柜校准数据表中的至少一些值用于改进的信号转换等式中来将电压输出信号转换为经转换的探测器信号；以及使用计算装置，采用经转换的探测器信号来确定堆芯设计参数。
该方法可以进一步包括将测得的堆芯设计参数与预测的堆芯设计参数进行比较，以确定测得的堆芯设计参数是否在可接受限度内。
该方法可以进一步包括根据比较确定测得的堆芯设计参数不在预测的堆芯设计参数的可接受限度内，并响应于此采取进一步的动作。
经校准的信号源可以包括经校准的电流源。
经转换的探测器信号可以包括经转换的探测器电流信号。
使用经转换的探测器信号求解方程可以包括使用经转换的探测器电流信号和一个或多个附加核设计常数作为输入来求解逆点动力学方程。
确定堆芯设计参数可以包括确定等温温度系数、硼终点或控制棒价值中的至少一项。
经校准的信号源可以包括经校准的电流脉冲源。
经转换的探测器信号可以包括经转换的探测器脉冲信号。
计算装置可以包括反应性计算机。
来自NIS机柜的隔离电压输出可以对应于由NIS机柜从监测核反应堆的源范围探测器接收的输入。
来自NIS机柜的隔离电压输出可以对应于由NIS机柜从监测核反应堆的中间范围探测器接收的输入。
来自NIS机柜的隔离电压输出可以对应于由NIS机柜从监测核反应堆的功率范围探测器接收到的输入。
作为本发明的另一方面，一种计算装置适于：接收来自NIS机柜的隔离电压输出；以及使用来自校准调整后的校准数据表中的至少一些值将隔离电压输出转换为经转换的探测器信号，所述校准调整后的校准数据表是根据先前执行的使用经校准的信号源作为NIS机柜的输入对隔离电压输出的校准而创建的；并使用经转换的探测器信号确定堆芯设计参数。
计算装置可以进一步适于将堆芯设计参数与预期的堆芯设计参数进行比较。
附图说明
当结合附图阅读时，可以从以下对优选实施例的描述中获得对本发明的全面理解，其中：
图1和图2示出了用于监测核反应堆的核仪表系统的示意图；
图3示出了根据本发明的示例实施例的用于确定核反应堆的堆芯设计参数的一般方法；
图4是示出根据本发明的示例实施例的核仪表系统的示例中间范围探测部分的组件和信号的示意图；
图5示出了根据本发明的示例性实施例的，使用来自中间范围探测器的输出来确定核反应堆的堆芯设计参数的详细方法；以及
图6是示出根据本发明的示例实施例的标准转换通量信号和定制转换通量信号的比较的图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的示例。相反，提供这些示例以便使本公开内容彻底和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相同的数字始终表示相同的元素。
图3是示出根据本发明的示例实施例的用于确定核反应堆的堆芯设计参数的方法100的一般步骤的流程图。参考图3以及图1，方法100开始于校准来自与核反应堆18相关联的NIS机柜20、22、24之一的隔离电压输出，诸如110所示。通过提供来自经校准的信号源(例如，经校准的电流源、经校准的脉冲发生器)的输入的范围作为到NIS机柜20、22、24的输入并且测量由输入的范围的每个经校准的输入导致的NIS机柜20、22、24的对应电压输出来执行这种校准。
接下来，或者通常与步骤110同时，在步骤110的校准中使用的经校准的信号源的值和对应的输出电压的值被记录在校准调整后的机柜校准数据表中，如120所示。这种表可以是物理(即硬拷贝)表格、可经由软件访问的电子表格的形式，或者任何其它适当的形式。如130处所示，计算装置(例如但不限于，反应性计算机或其他合适的计算装置)在用于将来自NIS机柜20、22、24的隔离电压输出转换成经转换的探测器信号的改进的信号转换等式中利用来自先前确定的校准调整后的机柜校准数据表的这些值中的至少一些。然后，经转换的探测器信号用于确定核反应堆的堆芯设计参数，如140所示。如150所示，可以将这样确定的堆芯设计参数与预期的堆芯设计参数进行比较，以便确定核反应堆18是否如预期那样运行，或者是否存在潜在问题和/或安全问题。如果存在这种偏差，则可以对反应器18执行随后的测试和/或预防措施，诸如一般在160处所示。
已经描述了执行本发明的概念的一般方法，现在将讨论针对来自中间范围探测器14的输出的更具体方法的示例。
对于Westinghouse补偿离子室中间范围探测器，诸如图1中所示的IR探测器14，离开NIS室22的隔离电压输出信号在0-5VDC的范围内，0-5VDC的范围对应于10-11-10-3安培的IR探测器通量测量。目前执行的标准通量信号电流转换由以下等式表示：
Figure BDA0002432332550000051
其中：I(V)是对应于IR通道输出电压V的以安培为单位的探测器通量值
ɑ1是施加的信号增益(通常＝1)
ɑ2是几十年内跨越的探测器通量与输出电压跨度的比(通常＝8/5)
ɑ3是最小的探测器通量十进制(通常＝-11)
ɑ4是当IR通道输出电压等于零时存在的电流偏置的值(通常＝0)
这种标准通量信号电流转换提供了可接受的探测器通量的表示，然而，它假设NIS抽屉隔离电压输出的理想(即，完美)校准/对准，这在实际中不是典型的。此外，与用于传统库价值测量技术的单个十年通量测量相比，动态棒价值测量(DRWM)技术(诸如由Y.A.Chao，D.M.Chapman，D.J.Hill，L.R.Grobmyer，“动态棒价值测量”，核技术，第132卷，第3期，第403-412页(Y.A.Chao，D.M.Chapman，D.J.Hill，L.R.Grobmyer，“Dynamic Rod worthMeasurement”，Number Technology Volume 132Number 3，December 2000，p403-412)描述的技术，其内容通过引用结合于此)需要超过3-4个十年的中子通量的高精度通量测量。
为了实现IR探测器通量的最高水平测量精度，本发明的实施例在执行通量信号电流转换时利用NIS抽屉隔离电压输出条件的校准/对准的实际表示。图4是示出根据本发明的示例实施例的核仪表系统10的示例中间范围探测部分50的部件和信号的示意图。图5是示出根据本发明的示例实施例的方法200的各个步骤的流程图。
参考图5，方法200开始于步骤210，校准来自与核反应堆18相关联的NIS机柜(即，中间范围机柜22)的隔离电压输出。这种校准由技术人员使用经校准的电流源来执行。如步骤220所示，在这种校准期间，所使用的输入电流和所得到的输出电压被记录在校准调整后的机柜校准数据表中，诸如下面的表1所示的示例。
表1：用于记载隔离放大器对准检查的样本数据表
Figure BDA0002432332550000061
接下来，如步骤230所示，来自NIS机柜22的隔离电压输出连接到反应性计算机，诸如膝上型计算机或其它适当的计算装置。
接下来，在步骤240中，由前述计算装置利用改进的信号转换等式将电压输出信号转换成并入特定NIS机柜抽屉的校准/对准信息的定制(即，NIS抽屉特定)通量信号电流转换。更具体地，计算装置利用以下改进的信号转换等式：
Figure BDA0002432332550000062
其中：I(V)是对应于IR通道输出电压V的以安培为单位的探测器通量值
Vlow是测得的IR通道输出电压间隔的下限校准调整后的电压
Vhigh是测得的IR通道输出电压间隔的上限校准调整后的电压
Ilow是对应于Vlow的下限探测器电流，即，注入电流+空闲电流(通常为10-11安培)
Ihigh是对应于Vhigh的上限探测器电流，即，注入电流+空闲电流(通常为10-11安培)
作为对这种等式的宽泛检查，考虑标准通量信号电流转换的情况，其中分段等式在整个探测器范围上被减小到一个大的间隔：
Figure BDA0002432332550000071
其中：I(V)是对应于IR通道输出电压V的以安培为单位的探测器通量值
Vlow＝0VDC
Vhigh＝5VDC
Ilow＝10-11安培
Ihigh＝10-3安培
替换上述界限值得到以下等式，其等效于具有默认增益和偏置/偏移系数的标准通量信号电流转换。
Figure BDA0002432332550000072
图6示出了定制通量信号电流转换的实际展示。在最近的核电站启动期间，测量中间范围探测器隔离电压输出数据，并获得相应的校准/对准信息。通过标准(即，上面的等式1)和定制(即，上面的等式2)通量信号电流转换，将测得的电压数据转换为探测器通量数据。然后用Westinghouse反应性计算机使用的标准等式处理经转换的通量信号数据，以计算堆芯反应性(即，具有刚度约束方法的逆点动力学方程)。图6提供了在核电站启动物理测试的部分期间在标准通量信号电流转换和定制通量信号电流转换之间从隔离电压输出转换的通量信号数据的图形比较。
接下来，在步骤250中，反应性计算机使用在步骤240中确定的经转换的探测器电流信号，连同一个或多个附加核设计常数作为输入，来求解逆点动力学方程。
接下来，在步骤260中，反应性计算机用于确定至少一个堆芯设计参数，诸如等温温度系数、硼终点或控制棒价值。这些是在计算机中进行的计算。在一些情况下，使用附加的核电站信号或输入，诸如温度系数在具有反应性的计算中使用用于慢化剂温度的信号。硼终点计算使用测得的反应性和RCS内的硼浓度的值，如通过在化学实验室中进行的滴定样品所确定的。
接下来，在步骤270中，随后将确定的堆芯设计参数与预测的参数进行比较，以确定测得的堆芯设计参数是否在可接受限度内。如果这种测得的参数不在限度内，则可能需要附加的测试、分析或限制。对于任何故障的附加后续步骤将是首先确定是否存在任何测量过程误差，校正该误差，并重新测量或重新分析堆芯参数。如果控制棒价值测量不在限度内并且没有识别出测量过程误差，则控制棒将通过替代的方式测量，诸如通过使用硼化/稀释法或库交换法(两种方法都在ANSI/ANS-19.6.1标准下识别的)。
因此，可以从前面的描述中理解，本发明提供了一种用于执行核反应堆的反应性测量/确定的改进方法。
尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将理解，根据本公开的总体教导，可以对这些细节进行各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不是限制本发明的范围，本发明的范围由随附权利要求及其任何和所有等同物的全部范围给出。

Claims (15)

1.一种确定核反应堆(18)的堆芯设计参数的方法(100，200)，所述方法包括：
使用经校准的信号源作为到与核反应堆相关联的NIS机柜(20、22、24)的输入来校准(110、210)来自所述NIS机柜的隔离电压输出；
将在校准中使用的经校准的信号源的值和对应的来自校准的输出电压的值记录(120、220)在校准调整后的机柜校准数据表中；
使用连接到来自所述NIS机柜的隔离电压输出的计算装置，通过将校准调整后的机柜校准数据表中的值中的至少一些值用于改进的信号转换等式中来将电压输出信号转换(130，240)为经转换的探测器信号；以及
使用所述计算装置，采用(140，260)所述经转换的探测器信号来确定所述堆芯设计参数。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将测得的堆芯设计参数与预测的堆芯设计参数进行比较(150，270)，以确定测得的堆芯设计参数是否在可接受限度内。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括根据所述比较确定测得的堆芯设计参数不在预测的堆芯设计参数的可接受限度内，并且响应于此而采取(160)进一步的动作。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述经校准的信号源包括经校准的电流源。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述经转换的探测器信号包括经转换的探测器电流信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用所述经转换的探测器信号求解等式包括使用所述经转换的探测器电流信号和一个或多个附加的核设计常数作为输入来求解逆点动力学方程。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定堆芯设计参数包括确定等温温度系数、硼终点或控制棒价值中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述经校准的信号源包括经校准的电流脉冲源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述经转换的探测器信号包括经转换的探测器脉冲信号。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算装置包括反应性计算机。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述NIS机柜的所述隔离电压输出对应于由所述NIS机柜从监测所述核反应堆的源范围探测器接收的输入。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述NIS机柜的所述隔离电压输出对应于由所述NIS机柜从监测所述核反应堆的中间范围探测器接收的输入。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述NIS机柜的所述隔离电压输出对应于由所述NIS机柜从监测所述核反应堆的功率范围探测器接收的输入。
14.一种计算装置，适于：
接收来自NIS机柜的隔离电压输出；
使用来自校准调整后的校准数据表的至少一些值将所述隔离电压输出转换为经转换的探测器信号，所述校准调整后的校准数据表是根据先前执行的使用经校准的信号源作为所述NIS机柜的输入对所述隔离电压输出的校准而创建的；以及
使用所述经转换的探测器信号来确定堆芯设计参数。
15.根据权利要求14所述的计算装置，其中，所述计算装置还适于将所述堆芯设计参数与预期的堆芯设计参数进行比较。
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