第三代AP1000核電站源量程通道信號(hào)調(diào)理技術(shù)介紹

薛莉炯

摘 要：堆外核測(cè)系統(tǒng)是核電站重要的核安全級(jí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正常運(yùn)行為核電站提供了重要的安全保障。本文重點(diǎn)介紹堆外核測(cè)源量程通道信號(hào)調(diào)理技術(shù)在第三代AP1000核電站中的應(yīng)運(yùn)。

關(guān)鍵詞：堆外核測(cè)；源量程；信號(hào)調(diào)理；死區(qū)補(bǔ)償

1 系統(tǒng)功能概要

第三代核電站堆外核測(cè)儀表系統(tǒng)是核電站重要的核安全級(jí)系統(tǒng)，它是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)中的一部分，是唯一能夠直接監(jiān)測(cè)核電站核功率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的正常運(yùn)行為核電站提供了重要的安全保障

堆外核測(cè)系統(tǒng)有三個(gè)量程，它們被稱(chēng)為源量程，中間量程和功率量程，每個(gè)量程都有自己獨(dú)特的信號(hào)處理方式。AP1000核電站源量程通道信號(hào)調(diào)理方式與二代及二代半核電有較大差別。本文將重點(diǎn)介紹堆外核測(cè)源量程通道信號(hào)調(diào)理技術(shù)在AP1000核電站中的應(yīng)運(yùn)。

2 源量程通道信號(hào)調(diào)理

源量程通道用于低功率階段的中子通量監(jiān)測(cè)，為反應(yīng)堆正常運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的安全保障。探測(cè)器采用高靈敏度的BF3正比計(jì)數(shù)管，管內(nèi)填充BF3氣體。根據(jù)探測(cè)器設(shè)備特性與反應(yīng)堆物理特性，決定了信號(hào)的類(lèi)型與特點(diǎn)，因此需采用專(zhuān)用的信號(hào)調(diào)理技術(shù)。信號(hào)處理流程如下圖所示：

2.1雙甄別閾處理技術(shù)

源量程探測(cè)器工作于低功率階段，此階段內(nèi)γ射線干擾較大，影響了中子通量測(cè)量，因此需特定的甄別處理技術(shù)予以處理。

傳統(tǒng)的二代加核電站普遍采用單甄別閾處理技術(shù)，通過(guò)合理設(shè)置甄別電壓，可甄別掉低于該電壓的γ干擾脈沖。AP1000核電站則采用雙甄別閾處理技術(shù)，設(shè)置高低兩個(gè)甄別閾值，低甄別閾可甄別掉低于該電壓的γ干擾脈沖，高甄別閾值可留下能量較高的γ堆積干擾脈沖，通過(guò)兩者相差，得到更精確的中子脈沖。如下圖所示：

兩個(gè)甄別器將脈沖分成三個(gè)部分： Aγ引起的低脈沖、B中子引起的脈沖、C能量較高的γ脈沖。A和C為干擾脈沖，B是我們需要的中子脈沖。通過(guò)低甄別閾的脈沖為 =B+C，通過(guò)高甄別的脈沖為C。因此中子脈沖為：

中子脈沖=低甄別脈沖-高甄別脈沖=（B+C）-C=B

2.2品質(zhì)因子檢查技術(shù)

在脈沖調(diào)理過(guò)程中，將實(shí)時(shí)計(jì)算脈沖品質(zhì)因子，品質(zhì)因子合格則進(jìn)行下一步處理，若不合格則標(biāo)記為壞點(diǎn)，禁止進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。每個(gè)品質(zhì)因子單元有三個(gè)輸入，低甄別脈沖；高甄別脈沖、高低甄別脈沖之差。品質(zhì)因子為高低甄別脈沖之差與低甄別脈沖之比，若品質(zhì)因子小于其設(shè)定值，系統(tǒng)將產(chǎn)生報(bào)警。

2.3脈沖采樣技術(shù)

源量程通道將探測(cè)到的脈沖信號(hào)分為兩類(lèi)脈沖，一類(lèi)為高頻脈沖，另一類(lèi)為低頻脈沖，高頻脈沖設(shè)置為低頻脈沖的10倍。如此設(shè)置一方面是為滿(mǎn)足保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)處理的量程；另一方面在不同功率水平采用不同的采樣周期，可提高信號(hào)采樣精度。

2.3.1低頻脈沖采樣

在低頻階段，采取兩種采樣方式：1 固定脈沖個(gè)數(shù)采樣（KC）；2固定時(shí)間采樣（KT）。兩種方式同時(shí)采樣，根據(jù)先到原則，哪種方式率先完成一個(gè)周期內(nèi)的計(jì)數(shù)，則選擇該方式。舉例說(shuō)明如下：

例一： 如反應(yīng)堆功率P=1cps，KC設(shè)置為15，KT設(shè)置為10s。

方式一，采樣周期T1=KC/P=15s；

方式二，采樣周期T2=KT即為10s。

根據(jù)先到原則，T2比T1更快，則選擇方式二采樣方式。

2.3.2高頻脈沖采樣

在高頻階段，中子通量較高，不需延長(zhǎng)采樣時(shí)間，可直接將處理器運(yùn)算周期作為脈沖計(jì)數(shù)周期。

2.4高頻脈沖死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)

BF3探測(cè)器產(chǎn)生的脈沖寬度是有限的，且為隨機(jī)產(chǎn)生。在高中子通量階段，兩個(gè)同時(shí)產(chǎn)生的脈沖可能會(huì)非常接近，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法甄別，因此需死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)。在低頻階段，脈沖相距較遠(yuǎn)，重疊可能性較小，不需要死區(qū)補(bǔ)償。

通過(guò)計(jì)算可以得到丟失脈沖權(quán)重，其計(jì)算公式為：

實(shí)際計(jì)數(shù)率=測(cè)量計(jì)數(shù)率CPS /（1-丟失脈沖權(quán)重）。

例如：測(cè)量計(jì)數(shù)率為500，000CPS，，經(jīng)計(jì)算丟失脈沖權(quán)重為0.1，

則修正計(jì)數(shù)率=500000/[1-0.1]=55555.56

其中，多出來(lái)的5555.56cps為恢復(fù)脈沖。若不采用此處理環(huán)節(jié)，將直接導(dǎo)致計(jì)算得到的中子通量與實(shí)際情況不符，對(duì)電站的安全性與經(jīng)濟(jì)性會(huì)造成較大危害。

2.5高低頻脈沖選擇

高頻脈沖與低頻脈沖經(jīng)過(guò)各自的信號(hào)調(diào)理后，將一同進(jìn)入高低頻脈沖選擇器。該選擇器設(shè)置一個(gè)固定參數(shù)，低于該參數(shù)時(shí)選擇低頻脈沖信號(hào)，若高于該參數(shù)則選取高頻脈信號(hào)。經(jīng)過(guò)二選一后，選擇得到的信號(hào)將送往保護(hù)系統(tǒng)參與保護(hù)與專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施功能。該固定參數(shù)將由反應(yīng)堆物理特性與探測(cè)器設(shè)備特性共同決定。

3總結(jié)

總之，以上信號(hào)調(diào)理方式均為AP1000核電站堆外核測(cè)源量程通道中的重要環(huán)節(jié)，源量程通道信號(hào)較為微弱，易受周?chē)h(huán)境干擾。其信號(hào)調(diào)理技術(shù)的運(yùn)用一直以來(lái)都是核電站安全運(yùn)行中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，正確的理解與運(yùn)用該技術(shù)將會(huì)極大的提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而提高了核電站的安全性與經(jīng)濟(jì)性。