壓水堆核電廠啟停過(guò)程中堆外核測(cè)儀表應(yīng)用分析

陳思明 石雪峰 修璐倩

摘 要：依據(jù)壓水堆核電廠堆外核測(cè)儀表的測(cè)量原理，分析各級(jí)儀表在反應(yīng)堆啟停過(guò)程中的變化趨勢(shì)，給出儀表在反應(yīng)堆臨界、提升功率中的應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：壓水堆；核測(cè)儀表；反應(yīng)性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.089

1 壓水堆核電廠堆外核測(cè)儀表

堆外核測(cè)儀表系統(tǒng)（RPN）的功能是連續(xù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率、功率水平和功率分布的變化。為此目的，RPN使用了設(shè)置在反應(yīng)堆壓力容器外的一系列測(cè)量中子注量率的探測(cè)器。

測(cè)量的模擬信號(hào)向反應(yīng)堆操縱人員提供在堆芯裝料、啟堆、停堆和功率運(yùn)行期間的反應(yīng)堆狀態(tài)信息。在反應(yīng)堆啟停過(guò)程中，RPN系統(tǒng)在控制室和反應(yīng)堆廠房中給出中子注量率音響指示和報(bào)警。RPN系統(tǒng)包括源量程，中間量程及功率量程三級(jí)通道用于反應(yīng)堆控制。

源量程由兩個(gè)相同而獨(dú)立的通道組成，提供在停堆及啟動(dòng)期間的冗余注量率信號(hào)，探測(cè)器測(cè)量通量范圍10-1～2×105n/cm2.s，可覆蓋的量程范圍相當(dāng)于10-9%～10-3%FP。

中間量程由兩個(gè)相同而獨(dú)立的通道組成，可提供冗余中子注量率信號(hào)。探測(cè)器測(cè)量2×102～2.65×1010n/cm2.s，可覆蓋范圍10-6%～100%FP。

功率量程由四個(gè)相同的獨(dú)立通道組成，可提供來(lái)自堆芯六段的冗余中子通量信號(hào)和一個(gè)平均通量信號(hào)。探測(cè)器測(cè)量5×102～2×109n/cm2.s范圍的中子通量，即10-6～200%FP。

所有儀表的量程可提供運(yùn)行期間所需要的超功率反應(yīng)堆的停堆保護(hù)。儀表量程互相覆蓋以保證由源量程開(kāi)始通過(guò)中間量程到達(dá)高功率水平的連續(xù)反應(yīng)堆控制和保護(hù)。通過(guò)比較來(lái)自四個(gè)功率量程通道的中子注量率測(cè)量值，當(dāng)水平傾斜超過(guò)了目標(biāo)值時(shí)，出發(fā)報(bào)警。連續(xù)的啟動(dòng)運(yùn)行或功率逐步提高需要在較低量程水平的停堆由操縱人員手動(dòng)閉鎖以前，從下一個(gè)較高量程儀表通道送來(lái)一個(gè)允許信號(hào)。當(dāng)降功率時(shí)停堆保護(hù)自動(dòng)復(fù)位。

2 堆外核測(cè)儀表工作原理

源量程探測(cè)器為硼襯基正比計(jì)數(shù)管，計(jì)數(shù)管內(nèi)充以氬氣（Ar）和少量的二氧化碳（CO2）。核反應(yīng)產(chǎn)生的鋰離子和α粒子使氬氣電離，產(chǎn)生電子和正離子。在外電場(chǎng)的作用下，電子和正離子分別向陽(yáng)極和陰極運(yùn)動(dòng)，形成電脈沖（稱(chēng)α脈沖）。γ射線也產(chǎn)生電脈沖，但其幅值較小，可用甄別放大器將它和反應(yīng)堆內(nèi)其它的γ射線產(chǎn)生的小幅度脈沖濾除，只放大α脈沖，從而得到只與中子通量成比例的計(jì)數(shù)。

中間量程探測(cè)器為γ補(bǔ)償電離室，它由兩個(gè)電離室組成。外環(huán)電離室的內(nèi)壁涂硼，稱(chēng)涂硼電離室。γ補(bǔ)償電離室有3個(gè)電極：與高壓正極相連的稱(chēng)正高壓電極，與補(bǔ)償電壓的負(fù)極相連的稱(chēng)負(fù)高壓電極，兩電離室之間的極板通過(guò)負(fù)載電阻R接地，稱(chēng)為收集電極。各電極之間是絕緣的。探測(cè)器的電流信號(hào)被放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)（0到10V）后傳輸?shù)街虚g量程通道的CPU進(jìn)行計(jì)算和處理，同時(shí)被放大后的電流信號(hào)還被用于產(chǎn)生ATWT信號(hào)。

功率量程探測(cè)器采用非補(bǔ)償電離室，有6個(gè)敏感段，每段產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)探測(cè)器接受到熱中子信號(hào)后產(chǎn)生小電流信號(hào)，這6個(gè)電離小室的電流信號(hào)分別各自的放大器進(jìn)行放大處理，之后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送功率量程通道的模擬量信號(hào)輸入模件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將信號(hào)送給功率量程通道的CPU進(jìn)行計(jì)算和處理。

RPN冗余保護(hù)通道由四個(gè)220V交流可靠電源供電，并且設(shè)置在實(shí)體隔離的4個(gè)保護(hù)柜中。輔助通道利用來(lái)自冗余保護(hù)通道的信號(hào)。它們?cè)O(shè)置于一個(gè)控制柜中，由220V交流應(yīng)急電源供電（LNE，交流控制），該電源完全獨(dú)立于220V交流保護(hù)電源。

3 堆外核測(cè)儀表在反應(yīng)堆啟停中的應(yīng)用

從反應(yīng)堆熱停堆工況到提升功率階段，RPN儀表提供反應(yīng)性相關(guān)參數(shù)以供操縱人員進(jìn)行相關(guān)反應(yīng)性控制。在反應(yīng)堆臨界過(guò)程中，源量程儀表最先投入使用，提供反應(yīng)堆中子計(jì)數(shù)率（單位CPS），反應(yīng)性變化周期這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，依據(jù)這些變化參數(shù)進(jìn)行控制棒和硼化稀釋的反應(yīng)性控制，以使反應(yīng)堆安全可控達(dá)到臨界狀態(tài)。在反應(yīng)堆功率提升過(guò)程中，需要手動(dòng)閉鎖源量程“停堆注量率高”報(bào)警，同時(shí)也閉鎖反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的喇叭鳴響，執(zhí)行該操作后，可以檢驗(yàn)“通道I注量率高報(bào)警閉鎖”和“通道II注量率高報(bào)警閉鎖”報(bào)警動(dòng)作，當(dāng)中間量程的注量率超過(guò)P6時(shí)，手動(dòng)閉鎖源量程反應(yīng)堆緊急停堆。這將切斷源量程探測(cè)器的高壓電源，并禁止“通道I注量率高報(bào)警閉鎖”和“通道II注量率高報(bào)警閉鎖”報(bào)警。此時(shí)，源量程儀表將失效，由中間量程及功率量程儀表提供相關(guān)信息。當(dāng)功率量程的注量率超過(guò)P10時(shí)，需要手動(dòng)閉鎖“中間量程高中子注量率”和“功率量程低整定值”反應(yīng)堆緊急停堆信號(hào)。

從功率運(yùn)行到熱停堆的過(guò)程中，若功率水平低于P10，應(yīng)當(dāng)檢驗(yàn)“功率量程低整定值高中子注量率”和“中間量程高中子注量率”反應(yīng)堆緊急停堆的自動(dòng)恢復(fù)。當(dāng)功率水平低于P6時(shí)，檢驗(yàn)源量程通道高中子注量率反應(yīng)堆緊急停堆的自動(dòng)恢復(fù)，源量程通道探測(cè)器高壓的重新供電及“通道I注量率高報(bào)警閉鎖”和“通道II注量率高報(bào)警閉鎖”報(bào)警的動(dòng)作。在反應(yīng)堆啟停過(guò)程中，RPN系統(tǒng)還提供中子注量率高觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆、中子注量率變化快時(shí)觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆、產(chǎn)生允許信號(hào)，使反應(yīng)堆保護(hù)適應(yīng)實(shí)際運(yùn)行工況，保證反應(yīng)堆的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王哲.核儀表系統(tǒng)手冊(cè)[G].北京：中國(guó)核電工程有限公司，2015.

作者簡(jiǎn)介：陳思明（1985-），男，福建人，本科，工程師，研究方向：核電廠運(yùn)行。