新型核電廠堆外核測系統校正因子探究

【摘要】核電廠的堆外核測系統（NIS）主要功能為監測反應堆功率和提供反應堆保護信號。NIS系統信號傳遞及處理過程較為復雜，在與實際功率對應的過程中是利用校正因子經過多次轉換實現。在反應堆啟動和運行過程中，需要進行相關試驗以修改校正因子，使NIS系統真實反映反應堆內的實際情況。因此探究NIS系統各校正因子的設置過程，保證校正因子設置的正確性，對于確保NIS相關功能的實現具有重要的意義。

【關鍵詞】核電廠；堆外核測；校正因子

1、引言

核電廠的堆外核測系統（NIS）可在整個功率運行量程內，通過監測中子的泄漏率來監測反應堆功率。NIS系統提供反應堆功率水平、功率分布和功率變化率的顯示，提供反應堆啟動和超功率保護。本文以國內某新型核電廠為例，詳細探究核測系統相關校正因子的設置過程。

2、NIS系統概述

堆外核測系統是PMS的一個子系統，由4個相同且獨立的序列組成。每個序列包含源量程、中間量程、功率量程三個通道。每個序列主要設備包括探測器、前置放大器、核測機柜、核測處理器等，其結構示意圖見圖2-1所示。

3、堆外核測系統信號處理過程

3.1源量程信號處理

源量程探測器產生的脈沖信號進行處理的基本處理流程大致如圖3-1所示。

3.2中間量程信號處理

中間量程探測器產生的脈沖信號，在前置放大器中進行放大后分成兩路，一路經過脈沖幅度甄別后送至NIC機柜；另一路生成MSV（Mean Square Voltage，均方電壓）信號，再分成兩路送至NIC機柜。中間量程探測器信號基本處理流程大致如圖3-2所示。

3.2.1脈沖信號處理

選擇模塊輸出的計數率CRSE，需要轉換成功率CRPI，公式為：

脈沖功率轉換系數KCRI可以通過MTP設置。假定100%功率時探測器處中子通量為5×109nv，而探測器的靈敏度為0.2cps/nv，可得出1cps相當于10-7%功率，則KCRI=0.2。

3.2.2 MSV信號處理

選擇模塊輸出的MSV電壓MSVS，需要轉換成功率MSVP，即對MSV信號進行平方運算，得到泊松分布統計計數的平均值，然后再乘以轉換系數，公式為：

MSVP = K1MS*（MSVS）2

MSV功率轉換系數K1MS可以通過MTP設置，需要根據100%功率時IRPM輸出的MSV電壓進行確定。

3.2.3功率加權運算

由于脈沖信號和MSV信號采用兩種不同的方式進行處理，不能直接通過閾值比較器進行選擇，而需要進行加權運算，使兩種信號在一定區段內平穩切換。設定兩種信號的過渡區段下限為KSLC、上限為KSUC，當脈沖信號CRSE在過濾區段內時，權重因子WRSF的計算公式為：

權重因子WRSF的范圍為0～1，表示MSV信號所占權重，而脈沖信號所占權重為（1-WRSF）。如果CRSE≤KSLC，則WRSF=0；如果CRSE≥KSUC，則WRSF=1。中間量程輸出功率信號SIRP的計算公式為：

3.2.4熱功率校準

中間量程輸出的功率信號SIRP，可以通過增益/偏置環節，確保與熱功率一致，公式為：

式中，NE002為中間量程最終功率輸出。增益系數G和偏置系數O可以通過MTP設置。初始增益系數為1、偏置系數為0。一般保持偏置系數為0，僅調整增益系數。

3.2.5啟動率計算

NIS處理器在計算中間量程功率信號的同時，也計算功率變化率，即啟動率SUR。啟動率計算公式為，τ60和τ61可以通過MTP設置。

脈沖功率信號計算得到啟動率CRRC，MSV功率信號計算得到啟動率MSRC，同樣進行加權運算得到最終SUR，公式為：

3.3功率量程信號處理

功率量程通道不含前置放大器，其信號基本處理流程大致如圖3-3所示。

3.3.1功率轉換

上部和下部通道經過V/I轉換后的電流值，需要分別轉換成功率，公式為：

式中：NE004和NE003—上部和下部V/I轉換后的電流值，單位μA；

UDPI和LDPI—上部和下部功率轉換后的功率值，單位%功率；

KISC—電流/功率轉換系數，單位%/μA。上部和下部通道采用同一個電流/功率轉換系數，可以通過MTP設置，需要根據堆芯實際情況進行確定。

假定100%功率時探測器處中子通量為6.15×108nv，此時上部和下部通道的功率輸出應均為50%，而探測器的靈敏度為6×10-13A/nv，此時探測器輸出電流I=（6.15×108nv）×（6×10-13A/nv）=3.69×10-4A=369μA，可得到電流轉換系數KISC=50÷369=0.1355。

3.3.2密度補償

功率轉換系數僅需要在裝料后或者更換探測器后進行一次設置，后期利用增益/偏置環節進行周期性校準。修正后的功率PRPP-UU和PRPP-LU，需要進行密度補償。

密度補償系數FNA計算公式為：

式中，A和B是固定參數，ρ（P，TDC）是下降段冷卻劑密度。P是穩壓器壓力的理論值PoNOM和測量值PPZR中的較大值，TDC=TCOLD（1+τ37s）/[ （1+τ38s） （1+τ39s）]，其中TCOLD是冷端溫度測量值，參數τ37、τ38、τ39可以通過MTP設置，初始值分別是6.0、1.5、1.5。如果將TE121和TE125設置為280.55°C，則FNA值為1。

上部和下部通道分別計算出密度補償系數，即FNAU和FNAL。將功率值除以密度補償系數，即得到密度補償后的功率PRPP-UP和PRPP-LO。

3.3.3 功率計算

以UDIRD10和LDIRD10分別表示送至NIS處理器的上部和下部電壓，總功率PRPP為：

軸向功率偏差DION為：

總結：

根據電廠技術規格書的監督要求，堆外核測系統需要在啟動過程及運行后一定間隔時間內進行熱平衡計算、AFD比較和AFD校準等相關試驗。試驗的主要目的是在MTP或SD中重新設置NIS系統的相關校正因子，使得堆外核測系統的測量信號能真實反映堆內實際情況。由于NIS系統具有監測AP1000功率和提供保護信號的重要功能，因此探究校正因子設置過程，保證校正因子正確性，對于NIS系統的正常實現，AP1000機組的安全穩定運行具有重要意義。

參考文獻：

[1]核電培訓教材《堆外核測系統結構和功能》.

作者簡介：

尹志濤，中核遼寧核電有限公司，工程師，生產準備處技術支持科。