AP1000堆內儀表系統介紹及特點分析

文/孫夢竹 中核遼寧核電有限公司 遼寧興城 125112

1、引言

AP1000核電站在傳統成熟的壓水堆核電技術上，采用非能動理念，建立非能動安全系統，執行預想事故情況下的核安全功能。針對可能發生的嚴重事故，AP1000核電廠設計中設置了多種預防與緩解措施，并采用先進的數字化儀控系統和主控室設計，確保核電廠的安全。

2、AP1000堆內儀表系統

AP1000堆內儀表系統包括：堆內儀表套管組件以及相關的信號處理和數據處理裝置。電廠運行期間，堆內儀表套管組件放置在燃料組件內，通過反應堆壓力容器頂蓋引出到安全殼。自給能探測器和堆芯出口熱電偶的信號通過電纜傳送到不同的數據調試和處理工作站，并能在主控室顯示處理后的數據和結果。

2.1 系統功能

堆內儀表系統作為反應堆冷卻劑系統的壓力邊界，用于在事故工況下將堆芯出口溫度信號送到保護和安全監測系統用于指示和顯示。此外，堆內儀表系統還用于將在線中子通量信號提供給在線功率分布監測系統，將堆芯出口溫度信號發送給多樣化驅動系統用于指示和顯示，并在電廠正常運行期間，發送給OPDMS的信號用于生成堆芯功率分布圖形和列表顯示。

2.2 系統描述

堆內儀表系統通過42根儀表導向管將熱電偶信號傳輸到冷端分線箱，將自給能探測器（SPD）信號傳輸到信號處理機柜。其中，38個熱電偶溫度信號送至PMS作為事故后監測，4個溫度信號送至DAS用于其驅動信號，中子通量信號通過SPS機柜處理后，送至應用/數據聯絡服務器，經過實時數據網絡傳遞至DDS進行信號顯示。

信號處理軟件將堆芯探測器的信號傳送給反應堆堆芯運行最佳評估分析系統。BEACON用這些數據來計算三維堆功率分布，校核堆外核測儀表系統的反應堆超溫ΔT和超功率ΔT停堆整定值，并提取合適的功率分布參數在主控室顯示。

2.3 系統運行

在反應堆熱功率大于20%時，IIS用來提供可靠的反應堆功率的在線數據。當功率在20%以下時，SPD信號數據不能決定堆芯熱余量限值，因為此時功率分布測量不可用。

在功率運行期間，核探測器的模擬信號通過IIS的SPS傳遞，并由電廠監測總線傳輸被數字化后的堆芯流量數據結果。熱電偶與位于安全殼外側PMS和DAS參考連接件相連，堆芯出口溫度信號通過各自的熱電偶進一步處理。

3、VVER、M310機組堆內儀表系統介紹

3.1 VVER堆內儀表系統

以國內某VVER機組為例，堆芯測量系統主要通過ICIS軟件監測電廠參數，通過IR軟件執行預測分析功能。IR軟件用于反應堆降功率、停堆、達臨界等操作過程的模擬、預測，用于編制降功率、停堆、達臨界方案。

堆芯163個燃料組件中共布置有54個中子溫度測量通道，每個中子溫度測量通道沿堆芯高度布置7個自給能探測器，根據燃料組件進出口冷卻劑溫度熱電偶數量、液位監測等的區別，中子溫度測量通道分為三種類型。

3.2 M310堆內儀表系統

M310堆內儀表系統由微型移動式探測器來進行。探測器為微型裂變室，每個裂變室包含一個U-235濃度為90%的二氧化鈾涂層，室內充以氬氣，通過一個驅動和選擇系統，將5個探測器送入50根指套管中的5根，從反應堆壓力容器底部插入堆芯。

反應堆正常運行期間，中子注量率測量系統是間斷式工作的，其設計成最多每周測繪一次全堆的中子注量率圖，最長一個月應測繪一次。

中子注量率測量系統測量的數據和從DCS過來的反應堆運行工況數據，在計算機上用不同軟件進行進一步測量。利用計算上不同軟件完成堆芯注量率的三維分布及為堆外核測儀表提供校準系數。

4、對比及特點分析

（1） AP1000 堆內儀表系統采用固定式測量方式，且套管組件自上而下穿過壓力容器頂蓋插入堆芯，區別于M310采用微型裂變室中子探測器自下而上插入反應堆，反應堆堆底不再開孔，所有需深入堆芯的儀表僅通過壓力容器頂蓋上的開孔來實現，從而提高了壓力容器的完整性，提高整體安全性；

（2） AP1000堆內測量系統采用的釩自給能探測器具有無外接電源、尺寸小、壽命長等特點，特別是其輸出信號強度較大，便于給出精確的堆芯功率分布，并能夠較好地對堆外核測系統測量結果進行校準，但由于釩的衰變特性，釩探測器屬于慢響應探測器，因此，堆內儀表系統測得的堆芯功率不能直接用于控制和保護，而需要采用堆外核測系統；

（3） AP1000堆內測量系統輸出的中子通量信號，經過BEACON可實時給出AP1000反應堆的三維功率分布，而M310堆芯功率分布測量是間斷的，最多一周一次，最少一個月一次，利用計算機軟件（CEDRIC、KARIN、ETALONG）進行計算得出；且BEACON系統具有預測功能，相較于VVER堆內測量系統需要借助外部的IR軟件進行預測，功能更全面，使用更方便。

結論：

AP1000核電技術是我國當今大力發展的核電技術，在今后的自主化核電發展中也將扮演重要角色。AP1000的一個顯著特點就是增強了核電廠的安全性，堆內儀表系統對于準確獲知堆芯功率及其分布、優化堆芯性能十分重要，在結合堆外核測系統的基礎上，能夠保證在超功率情況下進行專設驅動和緊急停堆，這對核電廠安全具有十分重要的作用。目前我國核電技術國產化在穩步推進中，相信不久后AP1000核儀表系統國產化也將迎來勝利的曙光。

[1]王瑞.AP1000核電廠核儀表系統及其特點分析[J].應用科技，2015.7；

[2]肖博，黃顯煊，雷龍.某型“三代”核電機組與M310機組堆芯測量系統[J].科教導刊，2015.5.