VVER與M310機組堆外核測系統對比

李榛

摘要：VVER機組為我國引進的俄羅斯的壓水堆，在國內僅在田灣建設。M310為目前在國內大規模商用應用的主力機型。雖然二者之間在設計理念上有很大的區別，但在堆外核測系統的設計上有很多的共同之處，本文比較了二者之間反應堆堆外核測系統的異同，并分析了各自的優缺點。通過它們之間的對比為堆外核測系統的安裝調試提出了相應建議。

關鍵詞：堆外核測；VVER；M310；分析比較

目前在國內建成的核電機組主要有引進的俄羅斯的VVER和引進法國技術并不斷改進形成的M310機組。VVER機組在田灣1、2號已建成商運十余年，而M310機組在國內先后有二十余臺機組投入運行，是國內應用最廣的商用機型。

反應堆堆外核測系統作為安全級儀控系統的重要組成部分，用來測量反應堆的實時功率并監測反應堆的功率變化和堆芯內的功率分布。當監測參數超過設定閾值時為反應堆提供緊急保護信號來保證安全。堆外核測系統布置在反應堆壓力容器周圍，通過測量堆芯泄露的中子注量率來反應堆芯的反應性，進而可以測算出反應堆的核功率。在VVER機組中堆外核測系統簡稱NFME，M310機組中簡稱為RPN系統。

1 堆外核測系統的對比分析

堆外核測系統用來測量從反應堆裝料到滿功率的核功率，功率范圍從1×109%FP到200%FP，覆蓋十幾個數量級。單一類型的探測器無法覆蓋這么廣的量程，在RPN中將堆外核測的探測器根據測量范圍分為源量程、中間量程和功率量程。在NFME中將探測器分為源量程、啟動量程、工作量程1和工作量程2。

RPN系統組成有2個源量程、2個中間量程和4個功率量程。而NFME則相對復雜：3個源量程、4個物理啟動量程、4個啟動量程、4個工作量程和安裝在堆芯圍板內成六邊形布置的換料監測探測器。4個物理啟動量程的探測器在完成首次啟動后更換為工作量程備用。

在RPN中由于壓力容器支撐環的存在探測器圓筒支架不能夠支架安裝于測量位置，因此探測器安裝在可移動小車上。這樣在需要對探測器進行工作時，可以將小車拉出遠離堆坑，盡量減少維修人員的劑量。但是在小車推進與拉出的過程中，與探測器相連的一體化電纜有磨損的風險，并且小車的軌道要保持絕對的無異物以防止小車被卡住。在小車上部有個連接探測器一體化電纜和島內電纜的連接盤，該連接盤長期位于輻射比較大的環境中容易導致探測器信號的漂移。而在VVER中沒有這個連接盤，探測器信號直接從堆腔引出接到環廊的轉換盒中，增加了信號抗干擾的能力。

源量程探測器在停堆期間、堆芯換料和機組啟堆臨界過程中使用。RPN系統源量程采用涂硼正比計數管（型號：CPNB44），在探測器內壁涂10B作為中子吸收物質，探測器內部空間充85%氬氣和15%二氧化碳作為電離氣體和氣體放大效應載體。VVER的源量程探測器均采用BF3正比計數管，電離室內充以三氟化硼氣體，硼吸收中子后產生的α粒子可以使三氟化硼氣體電離。脈沖的頻率與入射中子數量成正比，從而實現對功率的監測。

RPN系統中源量程在中間量程達到P6時，會通過主控的開關切除源量程的高壓，使源量程退出運行。在VVER中由于三氟化硼計數管無法承受高伽馬場，因此借助移動機構當功率低于103%FP時，下放探測器至堆芯正常工作位置，當功率高于102%FP時，操作移動機構向上提升探測器。這種機械式移動機構的缺點是存在發生故障的風險，且移動時會擠壓源量程的電纜使電纜造成系統故障。

堆外核測系統探測器測得的脈沖信號或者電流信號都非常小，且從探測器到信號處理機柜的距離較遠。RPN系統中信號放大器放置在電氣廠房的機柜中。放置在電氣機柜中可以防止現場環境對放大器的損壞和方便機組運行后的維修。但是信號從探測器到機柜的傳輸距離較長無法避免的會受到信號的干擾。在VVER機組中將放大器放置在安全殼外的環廊中。信號經過放大后提高了抗干擾能力，增加了系統的穩定性。

M310機組的堆外核測系統各量程呈90°均勻分布不會產生畸變，可以在各個象限監測反應堆的功率，便于后續信號的處理和運算。源量程退出的方式保留為高壓切除方式，相較VVER中用機械提升的方式更加的合理可靠，不會因為機械裝置的運動導致探測器一體化電纜的損壞。在功率量程探測器中繼續采用6段的電離室從上到下覆蓋整個堆芯，更利于監測軸向功率分布的計算，此種類型的探測器為華龍一號獨有具有突出的優勢。

在RPN系統中每個機柜各有一個源量程、中間量程和功率量程。在運行時除了源量程會在啟動階段時切除高壓退出，中間量程會觸發高定值停堆信號，功率量程會觸發低定值、高定值停堆。這些停堆信號需要在反應堆保護系統中進行屏蔽，增加了保護系統中邏輯的復雜性。在NFME系統中將每個機柜作為一個整體來考慮，每個機柜只觸發一個發送到安全儀控的停堆保護信號，這樣邏輯上更加的簡單，也減少了運行人員在啟動過程中的工作。

2 總結

在RPN和NFME系統在探測器組成與布置、安裝方式和探測器類型、與源量程電壓切除方式等方面有所差異，各有利弊。

RPN和NFME的中間量程為了消除γ射線的干擾均采用了補償電離室。探測器產生的信號為電流信號，且通過補償電離室的方式來消除γ射線產生的干擾信號。這種方式避免了甄別電路對信號靈敏度的影響，簡化了信號處理電路。補償電離室一般情況下可以消除γ射線帶來的干擾，但是在一些γ注量率較高而中子注量率相對較低的場合即使經過補償也仍有將近3%的誤差。兩者可以借鑒AP1000系統中采用裂變室探測器。探測器內部充滿氬氣，內壁涂有235U作為中子吸收物質。采用微型裂變室相對于補償電離室在探測器電極上產生的脈沖幅值和電壓相對于γ射線干擾產生的信號的強度要高的多，在具有較強的γ影響下仍有較高的精度。

參考文獻：

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