一種診斷反應(yīng)堆中子探測器失效的方法
【專利摘要】一種診斷反應(yīng)堆中子探測器失效的方法，通過對探測器測量值的直接比較法、測量值間比較法、測量值與響應(yīng)重構(gòu)值比較法分三個階段對探測器測量值進行失效診斷；三種判斷方式的結(jié)合使用使得本發(fā)明所描述的探測器失效診斷方法不僅可以對探測器完全失效進行有效診斷，同時可以對探測器測量值偏離正常值的失效做出準確診斷，并具備區(qū)分探測器失效及局部功率振蕩的能力；通過去除失效探測器測量值，保證堆芯功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)不使用故障探測器測量值，為在線監(jiān)測系統(tǒng)提供可靠輸入?yún)?shù)；本發(fā)明中探測器失效診斷方法不受探測器類型、在線監(jiān)測方法、探測器失效類型的限制，失效診斷用時短、診斷迅速、診斷結(jié)果準確可靠。
【專利說明】
一種診斷反應(yīng)堆中子探測器失效的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆堆芯運行和安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種診斷反應(yīng)堆中子探 測器失效的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保障反應(yīng)堆堆芯的安全、提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟效益，需要對反應(yīng)堆堆芯功率分 布進行在線監(jiān)測。即對反應(yīng)堆功率分布進行時間和空間上的連續(xù)監(jiān)測。由于功率分布不易 直接監(jiān)測，核電廠一般通過監(jiān)測堆芯內(nèi)中子通量密度來間接監(jiān)測堆內(nèi)功率分布。
[0003] 多數(shù)反應(yīng)堆配有堆內(nèi)中子測量系統(tǒng)(堆內(nèi)固定式探測器或可移動式探測器），用以 監(jiān)測堆內(nèi)中子通量密度;也有反應(yīng)堆利用堆外中子測量系統(tǒng)(堆外中子探測器)實現(xiàn)對堆內(nèi) 中子通量的監(jiān)測。相比較于堆外探測器測點少、精度較低易受外界擾動的特點以及堆內(nèi)可 移動式探測器不能連續(xù)提供測量信息的特點，堆內(nèi)固定式探測器以其較高的精度及測量信 息的連續(xù)性等特點得到越來越廣泛的應(yīng)用，并被用于反應(yīng)堆功率分布在線監(jiān)測中。
[0004]探測器測量值的真實與準確對于堆芯功率分布在線監(jiān)測有重要的影響。而探測器 的失效是一類反應(yīng)堆中經(jīng)常出現(xiàn)的狀況，特別是對于堆內(nèi)固定式探測器，其長時間處于高 輻照條件下，失效概率增高。因此，在利用探測器測量值進行三維堆芯功率分布在線監(jiān)測計 算時，對探測器進行的失效診斷是十分必要的。
[0005] 探測器失效故障一般有以下幾類:完全失效，即探測器無讀數(shù)；固定偏差失效，即 失效探測器測量值與正常值有一固定常數(shù)的偏差;信號漂移，即探測器測量值與正常值有 一隨時間線性變化的偏差;精度下降，即測量值在一定范圍內(nèi)方差發(fā)生變化。目前，對于堆 芯功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，探測器測量值作為其輸入信號，系統(tǒng)多數(shù)帶有對于輸入信號的 自檢測功能，但該檢測通常只能對于探測器發(fā)生完全失效時作出響應(yīng)，而不能檢測到探測 器發(fā)生其他類型的失效。因此，需要發(fā)明一種快速可靠的診斷探測器失效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種診斷反應(yīng)堆中子 探測器失效的方法，應(yīng)用于堆芯功率在線監(jiān)測計算中，通過直接比較、測量值間比較以及測 量值與重構(gòu)值比較三階段的判斷，使在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠快速地診斷探測器測量值是否存在 異常，并保證在在線監(jiān)測系統(tǒng)中不使用診斷出異常的探測器測量值。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案予以實施：
[0008] -種診斷反應(yīng)堆中子探測器失效的方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1:讀取反應(yīng)堆堆芯幾何尺寸、堆芯材料布置、探測器總數(shù)目、探測器通道數(shù) 目、探測器名稱；
[001 0] 步驟2:從反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的中子探測器處讀取中子探測器測量值及探測器位置;根 據(jù)步驟1中探測器總數(shù)目，判斷探測器測量值數(shù)目是否等于探測器總數(shù)目，若等于，進行下 一步;若不等于，則根據(jù)未讀取到探測器測量值的探測器位置，確定失效探測器名稱；
[0011] 步驟3:根據(jù)步驟2中讀入的探測器測量值，判斷每一個測量值是否為0值或負值， 若為〇值或負值，則去掉該值;得到一組去掉〇值或負值的探測器測量值，稱為，第一次失效 診斷后的探測器測量值；
[0012] 步驟4:在步驟3中的探測器測量值基礎(chǔ)上，判斷每一個探測器測量值是否超出所 有測量值的平均值的Μ倍或1/Μ倍，其中Μ>1，若超出，則去掉該值;得到一組去掉超出所有測 量值的平均值Μ倍或1/Μ倍的探測器測量值，稱為，第二次失效診斷后的探測器測量值;Μ的 選擇根據(jù)不同堆芯類型、不同的探測器類型均有所不同，由用戶自定義；
[0013] 步驟5:根據(jù)步驟4中的探測器測量值及步驟1中讀入堆芯幾何、堆芯材料布置參 數(shù)，進行堆芯功率分布在線監(jiān)測計算以及探測器響應(yīng)重構(gòu)值計算；
[0014] 步驟6:根據(jù)步驟5中堆芯功率分布在線監(jiān)測計算結(jié)果，得到一組探測器響應(yīng)重構(gòu) 值結(jié)合步驟3中所得的探測器測量值，對所有位置的探測器進行探測器測量值與重構(gòu)值的 相對誤差計算;計算公式為：
[0016] 步驟7:根據(jù)步驟6所得所有探測器位置的相對誤差，判斷探測器響應(yīng)重構(gòu)值與探 測器測量值相對誤差是否大于Ν%，其中Ν>10,若大于，則去掉該探測器測量值;得到一組去 掉了探測器響應(yīng)重構(gòu)值與探測器測量值相對誤差大于Ν%的探測器測量值，稱為，經(jīng)過第三 次失效診斷后的探測器測量值;Ν的取值與堆型、探測器類型有關(guān)，由用戶自定義；
[0017] 步驟8:根據(jù)步驟7中得到的探測器測量值，再次進行步驟5、步驟6、步驟7的計算， 直至在步驟7的判斷中不再出現(xiàn)新的失效探測器；
[0018] 步驟9:根據(jù)步驟8,輸出探測器失效診斷結(jié)果，及堆芯功率分布在線監(jiān)測計算結(jié) 果、探測器響應(yīng)值計算結(jié)果。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下突出優(yōu)點：
[0020] 1.探測器失效診斷為反應(yīng)堆堆芯功率分布在線監(jiān)測提供可靠的輸入?yún)?shù)，不僅可 以診斷出探測器完全失效故障，也可以診斷出探測器偏離正常值的失效。
[0021] 2.結(jié)合堆芯功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，對失效探測器測量值予以正確處理，保證堆 芯在線監(jiān)測系統(tǒng)不使用故障探測器測量值進行功率分布的重構(gòu)。
[0022] 3.對于探測器失效診斷帶有自檢測功能，可以區(qū)分出探測器失效與堆芯局部功率 降低或升高等運行特征。
[0023] 4.探測器失效診斷用時短，診斷迅速，為堆芯功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān) 測提供保障。
【附圖說明】
[0024]圖1是探測器失效診斷流程圖。
[0025] 圖2是堆芯功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)流程圖。
[0026] 圖3是諧波展開法在線監(jiān)測流程圖。
[0027] 圖4是軸向第10個探測器失效時探測器測量值。
[0028] 圖5是軸向第10個探測器失效時探測器測量值及重構(gòu)值。
[0029] 圖6是堆芯軸向局部功率降低探測器測量值。
【具體實施方式】
[0030] 探測器失效診斷流程圖如圖1所示。如圖所示，探測器失效的診斷過程不僅發(fā)生在 堆芯功率分布在線監(jiān)測計算之前，即對探測器測量值單獨直接判斷、測量值間比較，為在線 監(jiān)測提供可靠輸入信號;也發(fā)生在在線監(jiān)測計算過程中，即測量值與重構(gòu)值比較，將探測器 失效診斷與在線重構(gòu)功率分布計算相互迭代進行，在對探測器失效的診斷過程中也同時考 慮了周圍探測器測量值間的聯(lián)系，使得探測器失效診斷帶有區(qū)分探測器失效與堆芯局部功 率振湯的功能。
[0031] 具體實施方法包括以下方面：
[0032] 1.讀取反應(yīng)堆堆芯幾何尺寸、堆芯材料布置、探測器總數(shù)目、探測器通道數(shù)目、探 測器名稱；
[0033] 2.從反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的中子探測器處讀取探測器測量值及中子探測器位置;根據(jù)步 驟1中探測器總數(shù)目，判斷探測器測量值數(shù)目是否等于探測器總數(shù)目，若等于，進行下一步； 若不等于，則根據(jù)未讀取到探測器測量值的探測器位置，確定失效探測器名稱。
[0034] 3.根據(jù)步驟2中讀入數(shù)據(jù)，對探測器測量值進行第一次失效診斷，對每個探測器測 量值做單獨判斷，判斷探測器測量值是否為〇或負值，由于堆內(nèi)中子探測器是對堆內(nèi)中子通 量進行響應(yīng)，因此不會出現(xiàn)〇值或負值;若出現(xiàn)〇值或負值的情況，則系統(tǒng)自動剔除該位置處 的探測器測量信息，得到經(jīng)過第一次失效診斷后的探測器測量值。
[0035] 4.在步驟3中所得探測器測量值基礎(chǔ)上，對探測器測量值進行第二次失效診斷，進 行測量值間比較，判斷探測器測量值是否超出測量平均值Μ倍或1/M倍，其中M>1，由于堆內(nèi) 中子通量處于一定的范圍內(nèi)，因此探測器測量值也應(yīng)處于一定的范圍內(nèi)，嚴重超出平均值 (過大或過?。┚膳卸樘綔y器失效。若出現(xiàn)超出平均值Μ倍或1/M倍的探測器測量值，則 去除該值，得到第二次失效診斷后的探測器測量值。Μ的選擇根據(jù)不同堆芯類型、不同的探 測器類型均有所不同，由用戶自定義。
[0036] 5.根據(jù)步驟4中所得探測器測量值及步驟1中讀入的堆芯幾何及材料布置參數(shù)，進 行堆芯功率分布在線監(jiān)測計算及探測器響應(yīng)重構(gòu)值計算。
[0037] 6.根據(jù)步驟5所得探測器響應(yīng)重構(gòu)值，以及步驟3中所得探測器測量值，對所有探 測器位置進行探測器測量值與重構(gòu)值的相對誤差計算，計算公式為：
[0039] 7.根據(jù)步驟6所得探測器測量值與重構(gòu)值相對誤差，對探測器測量值進行第三次 失效診斷，進行測量值與重構(gòu)值的比較，判斷探測器測量值與經(jīng)過一次重構(gòu)后得到的探測 器重構(gòu)值相對誤差是否大于Ν%，其中，Ν>10,若出現(xiàn)相對誤差過大的情況，則剔除該位置處 的探測器測量值，得到經(jīng)過第三次失效診斷后的探測器測量值。Ν的取值與堆型、探測器類 型有關(guān)，可由用戶自定義。
[0040] 8.根據(jù)步驟7中得到的有效探測器測量值，再次進行步驟5、步驟6、步驟7、的計算， 直至在步驟7的判斷中不再出現(xiàn)新的失效探測器；
[0041] 9.根據(jù)步驟8,輸出經(jīng)過所有探測器失效診斷步驟后的探測器失效診斷結(jié)果，及采 用剔除了所有失效探測器測量值后的堆芯功率分布在線監(jiān)測計算結(jié)果、探測器響應(yīng)值計算 結(jié)果。
[0042] 在本發(fā)明中，探測器在堆芯中的布置信息由步驟1讀入，根據(jù)步驟1中讀取的探測 器位置信息對步驟2中的探測器測量值做初步的判斷，得到?jīng)]有返回探測器測量值的探測 器位置。
[0043] 步驟3中得到的第一次失效診斷后的測量值為在初始測量值基礎(chǔ)上去除了不合理 的〇值或負值后的測量值。步驟4中得到的第二次失效診斷后的測量值為在第一次診斷后的 測量值基礎(chǔ)上，去除嚴重超出測量平均值的測量值得到。在判斷過程中，若堆芯發(fā)生堆內(nèi)某 位置的功率快速升高，則此時該位置附近的探測器測量值也會同樣快速升高，甚至超出探 測器測量平均值。為防止在此情況下產(chǎn)生對探測器失效的誤判，本發(fā)明提出了對探測器是 否失效的二次診斷方法，即在步驟6中，用于與探測器重構(gòu)值比較的探測器測量值為在步驟 3中得到的第一次失效診斷后的測量值。這樣的目的在于，利用經(jīng)過堆芯功率分布在線監(jiān)測 計算后得到的探測器響應(yīng)重構(gòu)值，對步驟4中第二次失效診斷被判定失效了的探測器進行 再一次的失效診斷，若此時重構(gòu)值與測量值的誤差依然很大，則可最終判斷該位置探測器 失效，若此時重構(gòu)值與測量值誤差很小，則可判斷該位置的探測器測量值雖然超出測量平 均值超過Μ倍或1/M倍，但該探測器并未失效，而是反映了堆芯的真實情況。
[0044] 本發(fā)明在步驟5中堆芯功率分布在線監(jiān)測計算及探測器響應(yīng)重構(gòu)值的計算可采用 任意可靠、快速的堆芯功率分布在線監(jiān)測方法，例如諧波展開法、仿真校正法、耦合系數(shù)法、 最小二乘法、誤差綜合法、內(nèi)部邊界條件法，本發(fā)明對于探測器失效診斷的方法不受堆芯功 率分布在線監(jiān)測方法的限制。一般堆芯功率分布在線監(jiān)測系統(tǒng)的流程圖如圖2所示。以諧波 展開法為例，基于諧波展開法的在線監(jiān)測系統(tǒng)流程圖如圖3所示。
[0045] 步驟8為對于步驟5至步驟7的迭代循環(huán)，每一次步驟7重新得到"第三次失效診斷 后的探測器測量值"均要重新進行一次在線監(jiān)測計算并重新進行"第三次"失效診斷，直至 不再有新的失效探測器被診斷出才認為該診斷過程結(jié)束。
[0046] 本發(fā)明通過三個階段對探測器測量值的判斷，實現(xiàn)對探測器測量值是否存在異常 的快速地診斷，并保證在在線監(jiān)測系統(tǒng)中不使用診斷出異常的探測器測量值。
[0047]為驗證本發(fā)明的有效性，采用典型壓水堆堆芯構(gòu)造探測器失效算例。假設(shè)堆芯中 探測器通道軸向第10個探測器發(fā)生如圖4所示的失效，則采用一般的探測器失效診斷方式 無法診斷該探測器失效，必須將該探測器測量值與與其相鄰的其他探測器測量值一同考慮 才能診斷出該探測器具有明顯失效特征。結(jié)果顯示，采用本發(fā)明進行探測器失效診斷，在本 堆芯算例中，選擇Μ=20，Ν = 30,該構(gòu)造的失效被準確地診斷出。并且，在剔除掉失效探測器 信息后進行堆芯功率分布重構(gòu)后得到的探測器響應(yīng)重構(gòu)值如圖5所示?？梢姳景l(fā)明具有很 高的計算精度和判斷準確性。
[0048]為驗證本發(fā)明對于堆芯探測器失效與局部功率振蕩的區(qū)分能力，設(shè)計如圖6所示 的算例，虛線為假設(shè)堆芯發(fā)生局部功率降低時探測器測量值。應(yīng)用本發(fā)明進行探測器失效 診斷，則沒有探測器被診斷為失效。結(jié)果顯示，應(yīng)用本發(fā)明進行探測器失效診斷時，不會將 堆芯發(fā)生局部功率振蕩造成的探測器的讀數(shù)偏離正常值的工況誤判為探測器失效。說明本 發(fā)明對探測器失效的診斷結(jié)果準確可靠。
[0049]本發(fā)明在探測器失效診斷方面，不受探測器類型、堆芯功率分布在線監(jiān)測計算方 法、失效類型限制，具有可靠的精度及很高的效率，適應(yīng)工程實際中的計算要求。
【主權(quán)項】
1. 一種診斷反應(yīng)堆中子探測器失效的方法，其特征在于:包括如下步驟： 步驟1:讀取反應(yīng)堆堆芯幾何尺寸、堆芯材料布置、探測器總數(shù)目、探測器通道數(shù)目、探 測器名稱； 步驟2:從反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的中子探測器處讀取中子探測器測量值及探測器位置;根據(jù)步 驟1中探測器總數(shù)目，判斷探測器測量值數(shù)目是否等于探測器總數(shù)目，若等于，進行下一步； 若不等于，則根據(jù)未讀取到探測器測量值的探測器位置，確定失效探測器名稱； 步驟3:根據(jù)步驟2中讀入的探測器測量值，判斷每一個測量值是否為O值或負值，若為O 值或負值，則去掉該值;得到一組去掉〇值或負值的探測器測量值，稱為，第一次失效診斷后 的探測器測量值； 步驟4:在步驟3中的探測器測量值基礎(chǔ)上，判斷每一個探測器測量值是否超出所有測 量值的平均值的M倍或1/M倍，其中M>1，若超出，則去掉該值;得到一組去掉超出所有測量值 的平均值M倍或1/M倍的探測器測量值，稱為，第二次失效診斷后的探測器測量值;M的選擇 根據(jù)不同堆芯類型、不同的探測器類型均有所不同，由用戶自定義； 步驟5:根據(jù)步驟4中的探測器測量值及步驟1中讀入堆芯幾何、堆芯材料布置參數(shù)，進 行堆芯功率分布在線監(jiān)測計算以及探測器響應(yīng)重構(gòu)值計算； 步驟6:根據(jù)步驟5中堆芯功率分布在線監(jiān)測計算結(jié)果得到一組探測器響應(yīng)重構(gòu)值，結(jié) 合步驟3中所得的探測器測量值，對所有位置的探測器進行探測器測量值與重構(gòu)值的相對 誤差計算;計算公式為： & （探測器響應(yīng)重構(gòu)值-探測器測量值） 相對誤差』 探測器測量值---·1〇〇% 步驟7:根據(jù)步驟6所得所有探測器位置的相對誤差，判斷探測器響應(yīng)重構(gòu)值與探測器 測量值相對誤差是否大于Ν%，其中N> 10，若大于，則去掉該探測器測量值;得到一組去掉了 探測器響應(yīng)重構(gòu)值與探測器測量值相對誤差大于Ν%的探測器測量值，稱為，經(jīng)過第三次失 效診斷后的探測器測量值;N的取值與堆型、探測器類型有關(guān)，由用戶自定義； 步驟8:根據(jù)步驟7中得到的探測器測量值，再次進行步驟5、步驟6、步驟7的計算，直至 在步驟7的判斷中不再出現(xiàn)新的失效探測器； 步驟9:根據(jù)步驟8,輸出探測器失效診斷結(jié)果，及堆芯功率分布在線監(jiān)測計算結(jié)果、探 測器響應(yīng)值計算結(jié)果。
【文檔編號】G21C17/00GK106024078SQ201610471993
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】吳宏春, 李茁, 曹良志, 鄭友琦
【申請人】西安交通大學(xué)