核电M310机组功率分布文件拼接的应用

摘要：为确定堆芯内部功率分布，M310机组采用了堆内核仪表系统（RIC），使探测器进入堆内50个通道，获取堆内各位置中子通量密度。利用50个通道获取的数据通过软件处理得到整个堆芯157个组件功率分布，但由于各种原因导致单个功率分布文件中通道数据量不足时，将增加堆芯功率分布测量误差。通过分析功率分布文件的构成，将相同状态下不同功率分布文件进行拼接，增加了测量通道数量，进而增加了堆芯功率分布的准确性，减少功率分布试验的风险。

关键词：M310;功率分布文件;拼接

1 前言

堆芯功率分布测量试验是压水堆核电厂重要的物理试验之一，在反应堆调试启动和换料后启动的各个功率平台以及日常运行期间定期执行。通过堆芯功率分布测量试验可判断堆芯各项参数是否正常，堆芯是否安全。

福清核电1-4号机组反应堆157组燃料组件中有50组组件为中子通量测量扫描通道。堆芯功率分布测量试验使用RIC系统5个微型裂变室探测器按照RIC计算机内部预先设定的扫描顺序对堆芯布置的测量通道进行扫描。探测器上升阶段进行粗测量，初步确定测量量程;探测器抽回过程用上升阶段确定的量程每8mm采集1次注量率测量数据，直到探测器降至堆芯底部。探测器采集的测量数据结合DCS传输的信号形成RIC测量数据文件，通过光盘从RIC计算机导出。

RIC测量数据文件是堆芯功率分布的原始文件，正常进行全堆中子通量测量时，共进行50个通道的中子通量扫描，当全堆的扫描通道数量不足时，功率分布的准确性将降低。实际执行堆芯功率分布测量时，由于通道、探头卡塞或其他原因导致单个RIC测量文件测量通道数不足，但有其他RIC测量文件且RIC无法再次完成全堆芯中子通量测量时，可采用两个或多个RIC文件相结合的手段来进行功率分布处理，防止定期试验超期造成机组退防。

1.1 M310机组功率分布试验简介

M310机组反应堆正常运行期间的日常监督管理中，每30EFPD或延伸燃耗运行期间60天进行一次堆芯功率分布测量，用于检查堆芯功率分布状态与理论设计的一致性，检查和验证堆芯安全性。利用堆内给定位置上中子注量率的测量数据，结合反应堆其他工况数据，利用RIC系统的数据处理软件进行计算，得到堆芯三维的功率分布。

作为安全相关系统定期试验，运行技术规范规定堆功率大于50%Pn，无法在“30个等效满功率天”完成一次通量图测量的允许限期内完成通量图测量要求在24小时内降功率至低于50%Pn的功率水平，并调整高中子注量率自动停堆保护定值为55%Pn。堆芯通量测量系统（指套管部分）中有40%以上通道不可用，则认为堆芯通量测量系统是不可用的，因此通常要求RIC通量图中至少有30个通道数据，实际执行试验时当RIC通量图中少于40个通道数据，需要联系设计单位给出新的不确定因子，而该因子的计算无法确认获取的时间，因此通常的RIC测量的要求是不少于40个通道数据。在遇到测量过程中RIC系统故障时，文件生成了多个且不具备再次试验条件时，必须要将多个文件拼接，以满足40个通道数据的要求。

通道在堆芯的布置图参见下图1。

1.2 M310机组功率分布试验通道扫描顺序

M310机组全堆芯中子通量图测量序列通常采用循环校准，其相关信息如下表所示。RIC文件的构成顺序也是按pass的通道顺序进行写入。

2 功率分布測量文件的构成

功率分布试验过程中RIC机柜和DCS通讯数据以及RIC系统本身的测量数据共同构成了RIC测量文件。RIC测量数据文件分为5个区域，分别是区域A、区域B、区域C、区域D和区域E。其分别对应不同的测量数据，RIC测量文件的合并和编辑修改，就是对照修改的。

2.1 区域A

RIC文件中区域A主要保存运行状态信息，由RIC系统操作人员通过RIC计算机键盘操作，对测量条件作出注释。通常包括如下信息：通量图号、循环、燃耗、硼浓度、功率水平以及控制棒棒位等信息。这个区域的长度是固定的，有51个特征行，以字母或数字格式储存。

2.2 区域B

RIC文件中区域B保存了每个通道每次测量的取值数与扫描顺序。这个区域的长度是固定的，从52到57特征行。区域的第一个特征行为每次测量的点值数512，接下来的数据表征通道扫描顺序。RIC文件合并时，根据需要对测量的通道进行修改。

2.3 区域C

RIC文件中区域C保存了在每个PASS测量期间从DCS系统通讯的常规特性参数。区域B包含多少PASS扫描顺序，则区域C有相应数目的DCS常规特性参数。每段包含30个特征行，具体的参数为：热电偶温度、环路入口温度、环路出口温度、反应堆冷却剂压力、热功率、给水流率、给水温度、蒸汽压力、堆外电离室电流、核功率、硼浓度、棒位等。该参数修改不影响功率分布处理结果，因此仅需保持与PASS数目一致。

2.4 区域D

RIC文件中区域D保存了每个扫描通道每间隔8mm的通量测量值。每个通道的数据包含74个特征行。与区域B中通道扫描顺序一一对应，RIC合并时需根据区域B通道进行修改。

2.5 区域E

RIC文件中区域E保存了每个扫描通道每间隔64mm（8个8mm的平均值）的通量测量值，每个通道的数据包含10个特征行。与区域B中通道扫描顺序一一对应，RIC合并时需根据区域B通道进行修改。

3 RIC文件拼接实施

某次功率分布试验在进行第一次测量时由于系统故障，仅测量了29个通道，后续重新执行，由于RIC系统主选故障，导致只能进行39个通道的测量，且由于同一区域内无法测量数据导致试验结果与理论偏差较大。以本次功率分布测量为例进行RIC文件拼接。

拼接前，选定一个母本作为被修改文件，以第一次测量数据作为母本（文件A）。另一个作为待合并文件（文件B）。其实施过程如下：

3.1 文件A中区域A：

对照表3该部分输入无需修改。

3.2 文件A中区域B：

查看对比母本区域B中已测量的通道及待拼接文件的通道。

文件A测量通道：

文件B测量通道：

文件A和B拼接后测量通道数为45个：

文件A修改后区域B的数据为

00520512 11 21 31 41 01 01 11 21 31 41 02 12 22 32 42 03 13 23 33 43 04 14 24 34

005344 05 15 25 35 45 00 16 26 36 46 00 17 27 37 47 00 18 28 38 48 00 19 29 39

005449 00 20 30 40 50 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

3.3 文件A中区域C：

对于区域C参数修改不影响功率分布处理结果，因此仅需保持与PASS数目一致。根据需要在文件A中区域C结束后，新增待合并文件的PASS7-10对应的测量数据即可。

3.4 文件A中区域D：

根据与区域B中通道扫描顺序一一对应原则，将文件B中的区域D文件测量数据补充到母本中即可。

3.5 文件A中区域E：

根据与区域B中通道扫描顺序一一对应原则，将文件B中的区域E文件测量数据补充到母本中即可。

4 RIC文件合并前后结果分析

分别对母本，待合并文件，和合并后文件进行功率分布测量处理，对功率分布测量结果比较如下表：

对比3个文件可以看出，文件A的功率分布处理结果最好，文件B的功率分布处理结果最差，拼接后的文件功率分布介于两者之间接近母本结果。对于三者进行分析：

文件A由于测量數据量较少（25个通道），不满足规范要求最少30个的要求，认为其不可用，虽然其功率分布结果最好但其可信度较差，误差较大。

文件B虽然满足规范大于30个的要求，但由于堆芯某一区域无实测数据，导致其功率分布结果最差，可信度及误差也较大。

合并后文件测量数据量最多（45个通道），且包含了文件A和文件B中的测量数据，因此其可信度较为接近全堆功率分布。

5 结论

通过进行RIC数据合并，并对合并前后的数据进行处理分析可以得出如下结论：

1）可以通过RIC合并来进行功率分布数据处理;

2）利用RIC文件合并某种程度上可以提高功率分布的准确性;

3）当堆芯某一区域集中无测量数据时，该区域的测量结果较差;

4）利用RIC文件合并某种程度上可以防止定期试验超期造成机组退防具有重要意义，有利于核电站安全、经济运行。

参考文献

[1]郑东佳，蔡光明，何子帅.  M310型压水堆机组通道扫描顺序对堆芯功率分布测量试验的影响分析[A]. 中国核科学技术进展报告（第六卷）——中国核学会2019年学术年会论文集第3册（核能动力分卷）[C]. 2019

[2] 张洪.  大亚湾核电站堆芯功率分布测量及其处理[J]. 核科学与工程. 1997 （01）

作者简介：李振振（1990—），男，安徽太和人，本科，工程师，从事反应堆物理工作