CPR1000机组启动物理试验动态刻棒RPN本底电流测量试验窗口优化

0 引言

核电站每次换料大修后，需完成启动物理试验以验证堆芯物理参数与设计的一致性。动态刻棒技术凭借其高效、精确的特点，已成为CPR1000 机组普遍采用的测量方法。然而CPR1000 机组中RPN 功率量程探测器不带γ补偿的中子电离室特性，导致测量电流中包含γ电流贡献，且在动态刻棒期间 RPN 功率量程电流会降低2\~3个量级，电流水平与本底电流水平相当，影响棒价值测量准确性，为此在启动物理试验动态刻棒测量前需进行本底电流测量和补偿。当前CPR1000 机组的做法一般是在准备正式实施动态刻棒测量前将温度调节棒R 棒插入至5 步（次临界度约1000pcm），稳定半小时后通过反应性仪测量并设置本底补偿电流，以消除本底电流带来的误差。本文基于国内某核电厂历次大修启动物理试验期间的测量数据和对启动物理试验期间本底电流变化影响的分析，优化调整启动物理试验期间本底电流测量和补偿的试验窗口，并在国内某核电厂大修启动物理试验正式实施和验证。

1 CPR1000 机组 RPN 本底电流与测量简介

动态刻棒实施过程中遇到的本底电流主要是由于 γ 引起的，由于CPR1000 机组的RPN 功率量程探测器是不带γ补偿的中子电离室，读数中也包含了γ的贡献。RPN 功率量程探测器探测到的γ主要来自堆内的裂变产物和活化产物，对于换料后的CPR1000 机组，RPN 本底电流水平约 10^-10A 量级。在动态刻棒测量棒价值过程中，RPN 功率量程的电流最低可以达到 10^-10A 水平，低于本底电流水平，使得其电流的变化不能真实的反应堆芯中子通量的变化，所以动态刻棒测量需要在反应性仪上设置本底补偿电流，以消除本底电流带来的误差。

RPN 本底电流测量装置如图 1 所示，反应性仪通过上、下部电缆与RPN 功率量程机柜进行连接，反应性仪上配备了2 块皮安表和2 块直流电流源，RPN 功率量程探测器探测到的RPN 功率量程电流（含γ贡献）通过电缆传输至反应性仪，反应性上、下部的皮安表测得该电流后返回结果至反应性仪电脑中。在反应性仪电脑的软件中，具有测量和补偿本底电流的功能模块，可自动测量、调整及补偿本底电流，并遵循特定的调整原则以确保准确性。

2 当前CPR1000 机组动态刻棒 RPN 本底电流测量执行方式

当前CPR1000 机组动态刻棒 RPN 本底电流测量一般是在机组临界后正式实施动态刻棒进行棒价值测量前，将温度调节棒 R 棒插入至 5 步（次临界度 1000pcm 左右），至少稳定半小时后通过反应性仪测量并设置本底补偿电流，然后再提升温度调节棒R 棒重新达临界，整个过程费时且动棒次数较多。

3 技术分析

3.1 启动物理试验期间堆内放射性核素对RPN 本底电流的影响

反应堆换料停堆时间通常在20\~30 天左右，在启动物理试验期间仍然活跃的裂变产物和活化产物的衰变周期是相对较长，而从达临界开始到动态刻棒结束，只需要15 小时左右，在此期间的γ的强度可近似认为是常数。故在启动物理试验期间，裂变产物和活化产物对RPN 本底电流基本无影响。

3.2 本底电流值对棒价值测量结果敏感性分析

以某核电厂某次启动物理试验期间测量数据为例，计算了各组控制棒在不同RPN 本底电流下的棒价值，棒价值相对偏差结果如下图3 所示。可以看到：（1）棒价值大的控制棒对RPN 本底补偿电流设置更敏感；（2）RPN本底补偿电流设置偏小则测量结果偏小，设置偏大则测量结果偏大，即RPN 本底补偿设置带来的偏差具体统一的方向性，且设置偏大比设置偏小对结果的影响更大；（3）RPN 本底补偿电流设置在合理水平的0.86 倍\~1.1 倍时，结果偏差可控制在10%以内，这表明动态刻棒对RPN 本底补偿电流很敏感

3.3 不同状态下的 RPN 本底电流水平

某核电厂启动物理试验RPN 本底电流值统计结果如下表1 所示，可以看到达临界提棒前的 RPN 本底电流与动态刻棒正式实施的RPN 本底电流相对偏差最大为 0.58% ，RPN 本底电流值变化很小。

3.4 不同状态RPN 本底电流对棒价值的影响

统计某核电厂 7 次大修启动物理试验期间9 组控制棒价值测量数据，使用达临界提棒前的RPN 本底电流进行模拟计算，与实测结果的棒价值相对偏差结果如下图 3 所示，棒价值相对偏差很小，最大为 1.16% 。

3.5 启动物理试验过程中去除本底后的 RPN 电流变化

图 4 为某核电厂不同机组和循环启动试验从开始提棒到稀释至次临界度1000pcm 过程中去除本底电流后的 RPN 电流（剩余电流）变化趋电流变化趋势是一致的，且剩余电流基本都小于1E-11A，也即是本底电流变化很小量结果敏感性分析可知，其对棒价值测量结果影响很小，均在提棒过程中剩余电流基本不变，在稀释的过程中缓慢增加。