摘要：BEACON系统是一个在国外核电厂中获得了普遍应用的堆芯监测系统，它能够直接计算峰值线功率密度、最小DNBR等参数，并为操作员提供一定的指示和报警。当BEACON系统可用的时候，堆芯监测变得特别简单，操作人员仅仅需要定期核对相关参数在技术规格书规定的限值之内就可以。因为停堆裕度以及堆芯功率分布参数能够直接测量，降低了间接测量时需要维持的运行裕量，使运行方式非常灵活，使电厂的效益得到提高。
关键词：BEACON；AP1000；核电机组；运行；应用
介绍BEACON系统的结构以及工作原理，研究BEACON系统的应用怎样改变了反应堆操纵员进行堆芯监测的方式，为在AP1000核电机组运行中应用BEACON系统进行堆芯监测提供帮助。
1 BEACON系统
BEACON系统是经美国核管会认可的堆芯监测系统，它能够根据AP1000堆内核测系统提供的实时堆芯参数以及电厂过程参数，反映堆芯的三维功率分布，可以使反应堆工作人员进行堆芯监测以及堆芯分析。这个系统已经在美国核电厂获得了普遍应用。
BEACON系统的工作原理如下：
第一，生成堆芯参考功率分布。BEACON系统在持续获得相关电厂状态输入参数的条件下，通过用于堆芯核设计的领先节块程序来求解两群中子扩散方程，这样可以生成堆芯参考功率分布。
第二，生成校正因子。把堆内探测器信号和所在位置的堆芯参考功率分布数据加以对比，产生一些校正因子。
第三，生成测量功率分布。通过样条拟合的方法，把生成的校正因子扩展到整个三维堆芯，所以堆芯里面没有探测器的地方也得到了相应的校正因子。结合堆芯参考功率分布以及校正因子，就能够得到堆芯测量功率分布数值。
第四，生成堆芯功率分布限值。在获得堆芯三维测量功率分布值以后，BEACON系统可以使用计算程序，计算出最小DNBR以及峰值线功率密度。
此外，BEACON系统还可以按照控制棒位、硼浓度、堆芯功率等参数来计算反应堆停堆裕度。
BEACON系统根据AP1000堆内核测系统提供的实时堆芯参数以及相关电厂过程参数，直接计算出停堆裕度以及堆芯功率分布参数，这不仅能够方便工作人员对这些参数加以检测，还能够帮助工作人员很好地利用堆芯设计裕量。
2 AP1000堆内核测系统
与以前的核电厂使用移动式中子探测器测量堆芯轴向以及径向的中子通量分布不一样，AP1000的堆内核测系统使用固定式堆内中子探测器。AP1000堆芯里面一共有42个堆内仪表套管组件，每个仪表套管组件包括7个钒热中子固定式自给能探测器，最长的钒热中子探测器横跨堆芯活性区，其他的6个探测器的上面和最长的探测器上面是一样高的，但长度逐渐递减。这样安排，能够测量出随堆芯高度变化的7段区域的轴向功率分布[1]。
AP1000堆内核测系统使用钒热中子自己能探测器，发射体材料钒俘获中子后形成短寿命的β反射性同位素。活化了的发射体在β衰变的时候发射高能电子，通过测量这个电流就能够测出中子通量密度。自给能探测器使用辐射能量直接使电极充电，所以不需要外电源。相对于对外中子探测器，钒热中子自给能探测器的响应速度非常慢，无法用作反应堆保护信号。此外，只有在反应堆功率大于20％的时候，钒热中子自己能探测器的测量信号才有效。
AP1000堆内核测系统的自给能探测器信号经由电厂总线传输到数据显示以及处理系统，然后传输到BEACON系统。固定式堆内核测系统的应用，使 BEACON系统能够持续得到实时堆芯参数，为持续绘制堆芯三维功率分布图做好了铺垫[2]。
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3 停堆裕度的监测方式
对停堆裕度的界定是：假设起最大作用的一组控制棒卡在堆外，别的全部的控制棒都插入堆芯的时候反应堆的次临界度。在反应堆功率运行的时候对停堆裕度产生作用的因素关键有：燃耗、可燃毒物损耗等。停堆运行的时候影响停堆裕度的因素关键有控制棒棒位、冷却剂平均温度以及硼浓度。
停堆裕度的作用：功率运行的时候确保能够安全可靠地停堆，并保持一定的裕量，停堆的时候用来确保主蒸汽管线破裂或误稀释事故的时候事故分析结果的科学性；在换料的时候为将要出现的燃料装载错误提供避免临界的裕量。
所以，不论反应堆处在什么条件下，保持一定的停堆裕度对保持反应堆的安全非常关键。AP1000的技术规格书中设置了和相应运行模式相一致的多条运行限制条件，以确保维持所需要的停堆裕度：
第一，在反应堆功率运行的时候，如果BEACON系统能够使用，可以通过BEACON系统直接计算出停堆裕度并加以监测。如果BEACON系统不可用，就通过停堆棒组的插入限值以及控制棒组的插入限值以确保符合停堆裕度的要求[3]。
第二，当反应堆处在停堆状态的时候，通过调节硼浓度以确保符合停堆裕度的要求，这样可以确保出现主蒸汽管线破裂或误稀释事故的时候事故分析结果的科学性。
第三，当反应堆处在大修的状态的时候，通过调节硼浓度以确保符合停堆裕度的要求，同时隔离全部和反应堆冷却系统连接的非硼化补水路径。这个时候，隔离全部和反应堆冷却剂系统连接的非硼化补水路径。这个时候的一回路硼浓度可以在移动控制棒燃料组件的换料期间出现最严重的燃料装载错误事故的时候还可以满足Keff小于0.95的要求。
4 BEACON系统的应用
工作人员只可以在反应堆功率大于20％的时候使用BEACON系统来监测堆芯功率分布，但BEACON系统的计算以及预测功能在反应堆处在各种功率状态的时候都可以应用。
当BEACON系统可用的时候，可以通过下面的方式监测停堆裕度：
第一，过量停堆裕度。指的是BEACON系统计算出的停堆裕度大于所要求的停堆裕度的数值，它的单位是ppm，以方便工作人员通过调节硼浓度来调节停堆裕度的数值。在反应堆临界以后，BEACON系统可以自动计算出过量停堆裕度数值，并在过量停堆裕度数值比较低的时候向主控室发出报警。
第二，最小功率裕度。指的是把反应堆功率加大到峰值线功率密度、DNBR或焓升热通道因子中任一参数达到技术规格书规定的限值的时候需要增加的功率值，它的单位是％RTP。BEACON系统通过Ovation系统把堆芯监测数据输送到主控室工作人员监测界面。主控室中还会出现BEACON系统的这些报警：最小功率裕度低和低低报警；过量停堆裕度低和低低报警；BEACON系统不可用报警。
AP1000核电机组在反应堆功率运行的时候可以通过BEACON系统直接计算出停堆裕度以及峰值线功率密度、DNBR等堆芯功率分布参数，此外，还直接计算出最小功率裕度以及过量停堆裕度数值并传送到主控室供工作人员进行监视，还要在最小功率裕度以及过量停堆裕度数值低或低低的时候向主控室工作人员发出报警。
结语
当BEACON系统不可用的时候，不会对反应堆的顺利运行造成影响，这个时候工作人员可以使用国内核电厂的做法，通过间接测量控制的方法来确保停堆裕度以及堆芯功率分布参数在运行的许可的范围之内，保证堆芯的安全。
参考文献：
[1]王大勇.BEACON在AP1000核电机组运行中的应用[J].中国高新技术企业，2014，17：26-28.
[2]侯春林.核电厂结构抗震分析中不同规范要求引起的差异及影响研究[D].中国地震局工程力学研究所，2012.
[3]杨雪.AP1000型核电机组运行期间的预期氚排放[J].辐射防护通讯，2012，3201：8-12.
论文作者:王晓伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：功率论文; 反应堆论文; 系统论文; 探测器论文; 参数论文; 热中子论文; 控制棒论文; 《电力设备》2017年第33期论文;