[发明专利]一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统

说明书

本发明公开了一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统，通过使用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度三种控制方式分段控制，实现反应堆从零功率启动至满功率的过程。在启动过程的初始阶段，以冷却剂温度作为被控量，沿着一条同时保证反应堆安全性和经济性的冷却剂温度提升曲线提升冷却剂温度，在启动过程的中期，冷却剂温度提升至一定值后，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，保证反应堆功率提升速度和反应堆周期不超过限值，保证反应堆的安全性，在启动过程的后期，堆芯温度提升到一定值后，发电元件投入运行，产生电功率，切换至反应堆电功率控制，保证反应堆的经济性。

技术领域

本发明属于核反应堆控制技术领域，具体涉及一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统。

背景技术

核反应堆是一种能以可控方式实现自持链式核裂变反应的装置，并对该装置产生的能量加以利用。而热管堆是一种利用热管导热的方式将反应堆产生的热量导出并加以利用，或将反应堆产生的余热导出至冷阱进行散热的反应堆。空间热管冷却反应堆相对于地面反应堆，其运行环境不同，控制模式也不同。其中最为特殊的是，空间热管冷却反应堆需要在稳定运行在轨道之后才可启动核反应堆。故需要针对空间热管冷却反应堆设计一套完整的启动程序及相关的控制系统。

对于空间热管冷却反应堆，需要在进入预定轨道后尽快启动，为空间飞行器进行供电，同时也需要保证空间热管冷却反应堆在启动过程中的温度变化速率不超过限值，以防止热应力变化造成的损伤。目前对于比较成熟的空间热管冷却反应堆，有一套比较完整的启动程序，但其功率提升过程，通常按照一条功率设定值曲线进行。与此同时，对冷却剂温度和反应堆功率提升速率设置了限值，启动过程中需对冷却剂温度提升速率和反应堆功率提升速率进行监测。启动过程中，以反应堆功率作为被控量，可以保证反应堆功率严格按照设定值进行提升，但无法控制冷却剂温度的变化，只能通过设定最大变化速率加以限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统，分别使用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度作为被控量的三种控制方式，分阶段对反应堆进行控制，能够同时保证反应堆功率提升速率以及反应堆关键参数不超过安全限制。

本发明采用以下技术方案：

一种空间热管冷却反应堆启动调节方法，包括以下步骤：

S1、控制反应堆从零功率启动至满功率；

S2、基于步骤S1的反应堆启动目标，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

S3、基于步骤S2的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

S4、根据步骤S3的优化控制，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

具体的，步骤S1中，采用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度分段控制实现反应堆从零功率启动至满功率。

具体的，步骤S2中，在反应堆启动的初期，反应堆功率在30％满功率以下时，堆芯温度小于等于1500K，关注反应堆功率的提升速率、反应堆周期以及反应堆堆芯温度的变化，使用冷却剂温度控制，以冷却剂温度作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升。