[發明專利]一種空間熱管冷卻反應堆啟動調節方法及系統

有效

• 申請號: 202110668811.9
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113539527B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 孫培偉;馬騫;魏新宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C7/00
• 分類號: G21C7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種空間熱管冷卻反應堆啟動調節方法及系統，通過使用反應堆功率、反應堆電功率和冷卻劑溫度三種控制方式分段控制，實現反應堆從零功率啟動至滿功率的過程。在啟動過程的初始階段，以冷卻劑溫度作為被控量，沿著一條同時保證反應堆安全性和經濟性的冷卻劑溫度提升曲線提升冷卻劑溫度，在啟動過程的中期，冷卻劑溫度提升至一定值后，切換至反應堆功率控制，以反應堆功率作為被控量，保證反應堆功率提升速度和反應堆周期不超過限值，保證反應堆的安全性，在啟動過程的后期，堆芯溫度提升到一定值后，發電元件投入運行，產生電功率，切換至反應堆電功率控制，保證反應堆的經濟性。

技術領域

本發明屬于核反應堆控制技術領域，具體涉及一種空間熱管冷卻反應堆啟動調節方法及系統。

背景技術

核反應堆是一種能以可控方式實現自持鏈式核裂變反應的裝置，并對該裝置產生的能量加以利用。而熱管堆是一種利用熱管導熱的方式將反應堆產生的熱量導出并加以利用，或將反應堆產生的余熱導出至冷阱進行散熱的反應堆。空間熱管冷卻反應堆相對于地面反應堆，其運行環境不同，控制模式也不同。其中最為特殊的是，空間熱管冷卻反應堆需要在穩定運行在軌道之后才可啟動核反應堆。故需要針對空間熱管冷卻反應堆設計一套完整的啟動程序及相關的控制系統。

對于空間熱管冷卻反應堆，需要在進入預定軌道后盡快啟動，為空間飛行器進行供電，同時也需要保證空間熱管冷卻反應堆在啟動過程中的溫度變化速率不超過限值，以防止熱應力變化造成的損傷。目前對于比較成熟的空間熱管冷卻反應堆，有一套比較完整的啟動程序，但其功率提升過程，通常按照一條功率設定值曲線進行。與此同時，對冷卻劑溫度和反應堆功率提升速率設置了限值，啟動過程中需對冷卻劑溫度提升速率和反應堆功率提升速率進行監測。啟動過程中，以反應堆功率作為被控量，可以保證反應堆功率嚴格按照設定值進行提升，但無法控制冷卻劑溫度的變化，只能通過設定最大變化速率加以限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種空間熱管冷卻反應堆啟動調節方法及系統，分別使用反應堆功率、反應堆電功率和冷卻劑溫度作為被控量的三種控制方式，分階段對反應堆進行控制，能夠同時保證反應堆功率提升速率以及反應堆關鍵參數不超過安全限制。

本發明采用以下技術方案：

一種空間熱管冷卻反應堆啟動調節方法，包括以下步驟：

S1、控制反應堆從零功率啟動至滿功率；

S2、基于步驟S1的反應堆啟動目標，對啟動控制方法進行設計，在反應堆啟動的初期，使用冷卻劑溫度作為被控量；在反應堆啟動的中期，反應堆功率在30％～50％滿功率時，切換至反應堆功率控制，以反應堆功率作為被控量，控制反應堆功率和堆芯溫度上升；在反應堆啟動的后期，使用反應堆電功率作為被控量，繼續提升反應堆功率；

S3、基于步驟S2的反應堆啟動過程，采用串級控制分別對使用冷卻劑溫度作為被控量和反應堆電功率作為被控量的控制方式進行優化；

S4、根據步驟S3的優化控制，在反應堆從零功率至滿功率的啟動過程中，設置反應堆溫度提升安全限值，當冷卻劑溫度上升速度超過限值，安全系統對反應堆啟動的控制系統實施干預，當冷卻劑溫度提升速度降低到指定值后，反應堆繼續啟動。

具體的，步驟S1中，采用反應堆功率、反應堆電功率和冷卻劑溫度分段控制實現反應堆從零功率啟動至滿功率。

具體的，步驟S2中，在反應堆啟動的初期，反應堆功率在30％滿功率以下時，堆芯溫度小于等于1500K，關注反應堆功率的提升速率、反應堆周期以及反應堆堆芯溫度的變化，使用冷卻劑溫度控制，以冷卻劑溫度作為被控量，控制反應堆功率和堆芯溫度上升。