中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方法

技术领域

本发明属于压水堆堆芯燃料管理领域，尤其涉及中国压水堆核电站百万千 瓦机组18个月换料方法。

背景技术

在压水堆核电站反应堆堆芯燃料组件布置中，传统的反应堆堆芯内的装载 模式是高泄露(OUT-IN)模式，即将堆芯燃料组件按照富集度不同分为3个 富集区，富集度最高的燃料组件放在堆芯的外区，另外两种富集度较低的燃料 组件以国际象棋盘的方式布置在堆芯内区。在换料时通常是年度换料，每次换 料更换1/3堆芯燃料组件，将燃耗最深的燃料组件取走，新燃料组件放入外区， 其余已燃耗燃料组件则在堆芯内区重新布置，重新布置的依据是尽量使堆芯径 向功率分布均匀。

这种传统的堆芯装载模式，首循环中的初始堆芯燃料组件富集度较低，实 现的循环长度较短，约为330等效满功率天(Effective Full Power Days，EFPD)， 燃耗低，燃料利用经济性不是很好。而在后续循环中换料时采用OUT-IN的装 载模式，该装载模式的缺点是由于新燃料组件布置在堆芯外区导致中子泄露率 高，从而使压力壳寿命降低以至于影响了整个核电站的寿命。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换 料方法，旨在解决传统的堆芯燃料组件采用OUT-IN模式布置以及年度换料每 次更新1/3燃料组件的方法，导致燃料组件循环周期短、燃耗低的问题。

本发明实施例是这样实现的，中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料 方法，所述方法包括下述步骤：

首循环中，提高初始堆芯燃料组件的富集度，改变可燃毒物的布置方式， 在首循环中达到18个月的循环长度；

后续循环中，从第二循环开始进一步提高燃料组件地富集度，快速过渡到 平衡循环，采用18个月换料，每次更换1/2～1/3堆芯的燃料组件，并采取IN-OUT 的装载模式，将新燃料组件置于堆芯内区，已燃耗过的燃料组件置于堆芯外区， 实现低泄漏装载，提高燃料经济性。

本发明实施例采用上述中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方法， 使首循环实现了473等效满功率天的循环长度，延长了循环周期；实现了较低 的功率峰因子，满足国际安全准则；提高了燃耗，在后续循环中实现了完全低 中子泄露装载，有相当高的经济性和运行灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方 法中首循环堆芯燃料组件布置的示意图，它表示出四分之一堆芯的布置；

图2是本发明实施例提供的中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方 法中平衡循环堆芯燃料组件布置的示意图，它表示出四分之一堆芯的布置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例，首循环中，将高富集度的燃料组件置于堆芯外区，将低富 集度的燃料组件置于堆芯内区；后续循环中，将新燃料组件置于堆芯内区，已 燃耗过的燃料组件置于堆芯外区。通过提高燃料组件的富集度，改变可燃毒物 的数目，实现了完全低泄露装载。

压水堆核电站反应堆堆芯由157组全M5材料的AFA 3G燃料组件构成， 堆芯燃料活性段高度为365.76cm，等效直径304.04cm，高径比为1.203。每个 全M5 AFA 3G燃料组件燃料棒按17×17方阵排列，去除24根导向管和1根仪 表管，共264根燃料棒。

在本发明实施例中，第一循环(首循环)堆芯燃料组件都是新组件，按235U 的富集度不同分为三个富集区。三个富集区的富集度可以分别为2.0％、3.1％和 3.9％，燃料组件数分别为45、56和56个，如表一所示。富集度最高的燃料组 件装在堆芯外区，另外两种富集度较低的燃料组件按棋盘式布置在堆芯内区， 即燃耗浅的组件被燃耗深的组件包围着以展平堆芯功率分布。

表一

图1是本发明实施例提供的中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方 法中首循环堆芯燃料组件布置的示意图，由于全堆芯的燃料组件布置遵循1/4 旋转对称，图中仅给出了四分之一堆芯的布置；其中n表示可燃毒物棒的数目。

横坐标从外圈向里圈依次由A-H排列，纵坐标从里圈向外圈依次由08-15 排列，在堆芯的H15、G15、G14、F14、E14、H13、E13、D13、C12、C11、 B11、B10、B09、A09、C08、A08的位置摆放235U富集度为3.9％的燃料组件， 其中在坐标G14、H13、E13、C11、B09、C08的位置摆放燃料组件含有带16 根可燃毒物棒的燃料组件。

在堆芯的F13、G12、E12、D12、H11、F11、E11、D11、G10、E10、C10、 H09、F09、D09、G08、E08的位置摆放235U富集度为3.1％的燃料组件，其中 在F13、G12、E12、D12、E11、D11、C10、D09的位置摆放的燃料组件含有 带12根可燃毒物棒的燃料组件；在H11、F11、G10、E10、H09、F09、G08、 E08的位置摆放的燃料组件含有带8根可燃毒物棒的燃料组件。

在堆芯的H14、G13、H12、F12、G11、H10、F10、D10、G09、E09、C09、 H08、F08、D08、B08的位置摆放235U富集度为2.0％的燃料组件，其中在H08 的位置摆放的燃料组件含有带12根可燃毒物棒的燃料组件，在H14、G13、H12、 F12、G11、H10、F10、D10、G09、E09、C09、F08、D08、B08的位置摆放的 燃料组件含有带8根可燃毒物棒的燃料组件。

在后续循环中，当堆芯燃料组件需要换料时，利用带可燃毒物棒的新燃料 组件去替换已燃耗过的燃料组件，并进一步提高235U富集度。本发明实施例中， 可以在第二、三循环中利用235U富集度为4.45％的60组新燃料组件去替换已燃 耗燃料组件，相应的循环长度达到了425EFPD。从第四循环到第六循环，均利 用235U富集度为4.45％的68组新燃料组件去替换已燃耗燃料组件。

具体的堆芯燃料组件布置方式是在首循环的基础上，通过对后续循环的堆 芯装载进行搜索得出的。堆芯装载搜索是在基本安全准则的前提下，综合考虑 了燃料管理性能参数和中子学参数得出的。具体的燃料管理计算结果如表二所 示，中子学参数计算结果如表三所示。

表二

表三

在本发明实施例中，平衡循环使用235U富集度为4.45％的68组全M5 AFA 3G燃料组件去替换已燃耗组件。平衡循环中堆芯燃料组件布置采用完全低泄露 IN-OUT装载方式，即新燃料组件置于堆芯内区，已燃耗的部分组件放在堆芯 外区，从而减少中子的泄漏、提高中子的利用率，达到增长循环寿期的目的。

图2是本发明实施例提供的中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方 法中平衡循环堆芯燃料组件布置的示意图，它表示出四分之一堆芯的布置。

横坐标从外圈向里圈依次由A-H排列，纵坐标从里圈向外圈依次由08-15 排列，在堆芯的H14、G14、G13、F13、E13、E12、D12、G11、D11、C11、 H10、F10、C10、G09、E09、C09、B09、F08、B08位置换上新燃料组件，其 它位置则堆摆已燃耗过的旧燃料组件，图中用字母和数字组合来表示已燃耗的 旧燃料组件在上一循环中的位置。如H10表示该旧燃料组件在上一循环中的位 置是H10。

在本发明实施例中，从平衡循环堆芯换料布置起均采用低中子泄漏IN-OUT 装载方式，每批的换料组件富集度均为4.45％，平衡循环堆芯换料组件数目为 68组，循环长度可达到480 EFPD。

以上初堆芯装载方案满足基本设计参数：FDH≤1.55；FQ≤2.45和基本安全 准则，得到的功率峰因子相当低，为热工安全分析提供足够的裕量，其中FDH 为焓升因子，FQ为热点因子。在后续循环的堆芯装载方案中，按照国际标准提 高了设计参数：FDH≤1.65；FQ≤2.45，同时将换料组件的富集度提高到4.45％， 并对二回路的事故进行系统的评价和分析，确定燃料管理的改变对二回路的事 故分析影响很小。从表二和表三中的计算结果可以得出此设计方案完全满足国 际安全准则。

本发明实施例中国压水堆核电站百万千瓦机组18个月换料方法，首循环 中，提高初始堆芯燃料组件的富集度，改变可燃毒物的布置方式，使自然循环 长度达到473EFPD，与现有技术中压水堆核电站首循环都是年度换料(约 330EFPD)相比，延长了循环周期，提高了燃耗；后续循环中，进一步提高燃 料组件的富集度，快速过渡到平衡循环，采用18个月换料，每次更换1/2～1/3 堆芯的燃料组件，并将新燃料组件置于堆芯内区，已燃耗过的燃料组件置于堆 芯外区，实现了完全低中子泄露装载，有相当高的经济性和运行灵活性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。