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基于大数据的燃料棒破损诊断方法研究

景福庭 吕焕文 唐松乾 魏江林 李兰 夏明明

景福庭, 吕焕文, 唐松乾, 魏江林, 李兰, 夏明明. 基于大数据的燃料棒破损诊断方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 150-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0150
引用本文: 景福庭, 吕焕文, 唐松乾, 魏江林, 李兰, 夏明明. 基于大数据的燃料棒破损诊断方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 150-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0150
Jing Futing, Lyu Huanwen, Tang Songqian, Wei Jianglin, Li Lan, Xia Mingming. Research on Fuel Rod Damage Diagnosis Method Based on Big Data[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 150-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0150
Citation: Jing Futing, Lyu Huanwen, Tang Songqian, Wei Jianglin, Li Lan, Xia Mingming. Research on Fuel Rod Damage Diagnosis Method Based on Big Data[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 150-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0150

基于大数据的燃料棒破损诊断方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0150
详细信息
    作者简介:

    景福庭(1985—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆辐射安全研究,E-mail: 271296976@qq.com

    通讯作者:

    吕焕文,E-mail: lvhuanwen@126.com

  • 中图分类号: TL375.5

Research on Fuel Rod Damage Diagnosis Method Based on Big Data

  • 摘要: 核电厂燃料棒破损诊断(FRDD)是核电业主和核安全监管关注的重要问题。将大数据和近邻算法用于燃料棒破损诊断,并开发了压水堆燃料棒破损诊断软件,采用核电厂燃料棒破损的运行实例和理论例题进行了软件验证。验证结果为:①燃料棒破口尺寸类别分析方面,80%的分析结果与例题保持一致;②破损燃料棒数目分析方面,分析结果与例题的最大偏差为1根。基于大数据和近邻算法的压水堆燃料棒破损诊断方法,可以给出更接近实际破损情形的诊断结果,及时发现燃料棒的破损以及破损状态的变化,为反应堆燃料棒破损后的运行决策和辐射防护提供可靠依据,在确保安全的前提下提升核电厂运行的经济性。

     

  • 图  1  燃料棒破损诊断流程图

    Figure  1.  Flowchart of Fuel Rod Damage Diagnosis Process

    图  2  不同燃料富集度时134Cs/137Cs与燃耗深度的对应关系

    Figure  2.  Correspondence between 134Cs/137Cs and the Burnup at Different Fuel Enrichment Levels

    图  3  基于近邻算法的燃料棒破损尺寸分析流程图

    Figure  3.  Flowchart of Fuel Rod Damage Size Analysis Based on Nearest Neighbor Algorithm

    图  4  破损燃料棒数目的分析对比图

    Figure  4.  Analytical Comparison Chart of the Number of Damaged Fuel Rods

    表  1  燃料棒破损诊断数据库(实测值)的格式 MBq/t

    Table  1.   Format of Fuel Rod Damage Diagnosis Database (Measured Values)

    机组循环编号 131I比活度 132I比活度 133I比活度 134I比活度 135I比活度 85 Krm比活度 87Kr比活度 88Kr比活度 133Xe比活度 135Xe比活度 破损标记
    U1C1 2.41×101 5.97×102 3.08×102 1.10×103 5.66×102 6.83×101 1.70×102 1.69×102 5.56×102 5.91×102 0
    U1C2 4.23×10−1 1.67×101 9.35×100 4.18×101 2.17×101 4.90×100 3.21×100 2.97×101 1.67×101 2.21×101 0
    U1C3 1.27×102 1.48×102 2.12×102 2.37×102 2.15×102 1.49×102 1.67×102 3.31×102 2.01×103 8.47×102 1
    …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
      注:①0—没有破损;1—存在破损
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    表  2  燃料棒破损诊断数据库(理论值)的格式

    Table  2.   Format of Fuel Rod Damage Diagnosis Database (Theoretical Values)

    破损状态 裂变产物的R/B(理论值)
    线功率密度/
    (W·cm−1)
    等效破口
    尺寸/μm
    燃耗深度/
    [GW·d·t−1(U)]
    131I 132I 133I 134I 135I 85 Kr m 87Kr 88Kr 133Xe 135Xe
    185 1 2 6.30×10−4 4.92×10−6 2.45×10−5 3.63×10−7 4.78×10−6 1.35×10−3 2.94×10−4 7.70×10−4 2.99×10−2 1.07×10−3
    185 10 2 6.86×10−3 6.42×10−5 3.14×10−4 4.76×10−6 6.22×10−5 5.31×10−3 2.18×10−3 3.92×10−3 3.36×10−2 5.97×10−3
    185 50 2 3.45×10−2 2.65×10−3 7.59×10−3 2.50×10−4 2.44×10−3 6.96×10−3 4.55×10−3 5.85×10−3 2.90×10−2 8.49×10−3
    …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
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    表  3  燃料棒破损诊断验证例题的破损状态

    Table  3.   Damage Condition of Fuel Rod in Validation Example Problem for Fuel Rod Damage Diagnosis

    例题编号 破损燃料棒数目/根 等效破口尺寸/μm
    1 0 无破口
    2 1 34
    3 3 5
    4 3 40
    5 5 1
    6 0 无破口
    7 0 无破口
    8 2 35~40,20~25
    9 1 25~35
    10 1 10~15
    11 1 >25
    12 1 >45
    13 1 >45
    14 3 20~30
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    表  4  燃料棒破损诊断验证例题的裂变产物源项 MBq/t

    Table  4.   Fission Product Source Terms in Validation Example Problem for Fuel Rod Damage Diagnosis

    例题编号 131I 132I 133I 134I 135I 85 Kr m 88Kr 133Xe 135Xe
    1 4.89×100 1.33×102 7.57×10 2.49×102 1.38×102 3.59×10 1.03×102 1.59×102 1.58×102
    2 3.77×102 3.48×102 5.98×102 2.79×102 3.45×102 9.06×102 2.16×103 1.90×104 5.61×103
    3 1.02×102 1.46×102 1.39×102 2.28×102 1.51×102 1.14×103 2.32×103 3.47×104 5.80×103
    4 1.50×103 1.44×103 2.83×103 6.71×102 1.40×103 3.01×103 7.20×103 6.41×104 1.89×104
    5 1.89×10 1.56×10 1.92×10 2.04×10 1.61×10 4.41×102 7.75×102 3.18×104 1.98×1033
    6 5.10×10 8.54×100 4.78×100 1.64×10 1.25×10 1.63×100 6.88×100 5.18×100 7.45×100
    7 4.20×10 9.57×100 5.03×100 1.75×10 1.18×10 1.84×100 7.60×100 7.16×100 8.81×100
    8 5.15×10 4.52×102 2.89×102 7.25×102 4.79×102 1.86×102 4.33×102 3.93×103 1.13×103
    9 9.24×10 4.31×102 3.22×102 3.71×102 3.60×102 4.34×102 7.48×102 1.82×104 2.64×103
    10 3.80×100 1.01×102 4.36×10 2.02×102 8.97×10 2.23×10 4.36×10 7.03×102 1.31×102
    11 8.14×10 6.82×102 3.24×102 1.19×103 5.59×102 6.09×102 1.38×103 4.21×103 3.75×103
    12 4.20×10 7.67×102 4.12×102 1.29×103 7.32×102 2.94×102 5.74×102 6.47×103 1.88×103
    13 1.13×102 2.33×103 1.35×103 4.19×103 2.39×103 3.89×102 1.03×103 3.21×103 2.48×103
    14 8.66×102 7.48×102 1.01×103 1.03×103 8.13×102 1.16×103 2.37×103 3.55×104 7.53×103
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    表  5  破损燃料棒的燃耗深度验证

    Table  5.   Validation of Burnup for Damaged Fuel Rods

    例题编号 例题燃耗深度/
    [MW·d·t−1(U)]
    分析燃耗深度/
    [MW·d·t−1(U)]
    偏差/%
    2 1.97×104 1.60×104 −18.78
    3 1.80×104 1.77×104 −1.67
    4 1.00×104 8.10×103 −19.00
    5 1.59×104 1.60×104 0.63
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    表  6  破损燃料棒的等效破口尺寸验证

    Table  6.   Validation of Equivalent Breach Size for Damaged Fuel Rods

    例题编号 破口尺寸类别
    例题 软件分析
    2 较大破口 较大破口
    3 中等破口 中等破口
    4 较大破口 较大破口
    5 小破口 小破口
    8 较大破口 较大破口
    9 较大破口 较大破口
    10 较大破口 较大破口
    11 较大破口 较大破口
    12 大破口 较大破口
    13 大破口 较大破口
    14 较大破口 较大破口
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  • [1] IAEA. Review of fuel failures in water cooled reactors (2006-2015): An Update of IAEA Nuclear Energy Series no. NF-T-2.1[R]. Vienna: IAEA, 2019: 10-11.
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-30
  • 修回日期:  2024-09-03
  • 刊出日期:  2025-01-06

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