VVER與M310機組堆內核測系統對比

陳彥發

摘 要：VVER機組為我國引進的俄羅斯的先進壓水堆，是目前我國建成的最先進的核電站。M310是我國在引進吸收的基礎上不斷改進形成的成熟的二代堆型，是目前我國商運機組的主力機型。堆內核測系統用來測量反應堆功率、堆芯中子通量的分布、堆芯燃料組件出口溫度和水位等重要信息，對核電廠的安全運行起著重要的作用。兩種堆型的堆內核測系統在設計理念和功能上有很大的不同，本文比較了二者之間反應堆堆內核測系統的異同，并分析了各自的優缺點。

關鍵詞：堆內核測；VVER；ICIS；分析比較

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.130

1 前言

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。

反應堆堆內核測系統作為安全級儀控系統的重要組成部分，堆芯核測系統的功能是提供堆芯的中子通量的分布、堆芯內不同位置的溫度和壓力容器水位的測量。在VVER機組和M310機組中堆內核測系統的設計上有很大的區別，在可以實現的功能上也有很大的區別。在VVER機組中堆內核測系統簡稱ICIS，在M310機組中簡稱為RPN系統。

2 堆內核測系統的對比分析

在M310的RIC系統中，堆芯中子測量由控制柜、分配柜、探測器驅動機構、選擇器、電動閥、密封組件等和5個微型裂變室組成。微型裂變室中充滿了濃度為98%以上的235U。其工作原理和堆外核測系統中使用的微型裂變室一樣。在高壓電廠的作用下裂變產物將氬氣電離，可以通過產生的電流的大小來反應堆芯內部的中子通量。微型裂變室通過在壓力容器底部的50個開孔中進入。通過組選擇器和路選擇器的配合可以將5個裂變室送到50個導向管中完成整個堆芯內部的測量。在RIC系統中堆芯的中子測量只要是為了校準堆外核測系統，它不是實時運行的。一般一個月繪制一次全堆的中子通量圖。在繪制的過程中要求反應堆的功率盡可能的穩定的運行。燃料組件出口溫度的測量是通過安裝在壓力容器組件的4個熱電偶將40支K型熱電偶插入到燃料出口處。熱電偶測得溫度信號分為A＼B兩列送到堆芯冷卻監測機柜ICCMS進行最低過冷裕度的計算。堆芯液位的測量通過布置在壓力容器外部的壓力變送器實現。壓力變送器受主泵動作帶來壓差，安全殼能溫度，儀表安裝等多方面的影響容易產生擾動，特別是事故后島內環境更加惡劣，會帶來更多的不確定性。

在VVER機組的ICIS系統功能更加的全面。用于反應堆堆芯、一回路和二回路的中子-物理及熱工水力特性參數的在線監測，包括堆功率場分布監測，堆芯局部參數（燃料元件的線性功率密度QL和偏離泡核沸騰比DNBR）超過允許值時形成保護信號傳遞給TXS系統，處理自給能探測器噪聲信號以便于監測堆芯燃料元件表面沸騰。

在VVER中中子測量采用了上部插入的方式。54個中子溫度測量通道，每個通道由7個自上而下的自給能探測器和相應熱電偶組成。在VVER中自給能探測器的材料為銠，在VVER中不但可以測量燃料元件出口的溫度，還可以對燃料元件入口和反應堆上封頭腔體的溫度進行測量。在壓力容器水位測量中，在3個中子溫度測量通道中設計了帶加熱板的熱電偶。在安裝和拆卸的過程中需要借助專門的機械結構為中子溫度組件提供導向和支撐。導向結構在換料期間將探測器組件整體提升至離開燃料組件，為探測器組件提供連續的導向和保護。整個探測器組件始終保持在硼水下，減少了維修人員所受的輻射劑量。

在ICIS中最大的特點是中子探測器一直插入堆芯實時對中子通量的分布進行測量，采用自給能探測器不需要外部施加偏置電壓，增加了系統的穩定性，使測量結果不受外部偏置電壓的影響。

采用上部開孔插入的方式并且將中子測量和溫度水位的測量集成到一個探測器上來完成大大的減少了反應堆壓力容器的開孔的，減少了一回路冷卻劑泄露的風險。更為重要的是在ICIS中還可以根據測量的數據計算QL和DNBR，防止堆芯過熱造成的燃料元件芯塊和包殼融化，起到保護堆芯的作用。在VVER中還將QL和DNBR的保護引入到反應堆保護系統中，如果二者數值超過預先設定的限值將會引發緊急停堆。

3 總結

M310的堆內核測系統比較起來還是比較落后的，相比其它的堆型不能實時的測量堆芯的中子通量分布。在設備組成上來看需要5套中子探測器的驅動及組選路選裝置和一回路泄露檢測裝置和電動手動隔離閥組成，安裝調試時設備較多工期較長故障率較高。探測器運行頻率較低容易出現卡澀、驅動鏈條脫扣等情況。系統設計導致壓力容器開孔過多，特別是在壓力容器下部開了50個孔為一回路比較薄弱的邊界，容易造成一回路冷卻劑泄露。在后續維修方面，每次大修都需要維修人員手動將指套管抽出維護，并且活化的裂變室暴露在導向管中維修人員所受劑量較高。

通過比較我們可以看出，在VVER機組中不僅減少了探測器驅動裝置，是系統調試和維護工期大大減少。更重要的是在功能上更加的先進可以實時的監測反應堆的功率和堆內功率的分布情況。并可以根據計算的最大線性功率密度和偏離泡核沸騰比對反應堆進行直接的保護，系統的安全性也得到了很大的提高。

正是由于VVER機組的這種安全性和先進性，我國在開發自身第三代核電機組華龍一號時充分借鑒了VVER的種種優點。將中子通道采用上部插入的方式，可以實時、連續測量堆芯中子通量分布、燃料組件出口處溫度、反應堆壓力容器上封頭溫度以及反應堆冷卻劑水位，這和M310相比是個很大的進步。但是相比VVER機組仍有很多方面有很大的欠缺，比如講測量水位的探測器獨立的設置增加了壓力容器開孔的數量。計算得到的QL和DNBR僅僅用來產生報警還不能實時的參與反應堆的停堆保護，這些都是接下來華龍一號可以改進的方向。

參考文獻：

[1]周旭華等.堆外探測器讀數與堆內功率分布的關系研究[J].核電子學與探測技術，2010，30（02）：166-170.

[2]Neutron flux monitoring equipment AKNP-30R operating manual.