核電站RPN源量程濾波參數的分析及優化

黃顯潤 林大衛

【摘 要】核儀表系統（RPN）源量程通道用于核電站反應堆起停堆及裝卸料期間堆外中子通量測量。論文分析了某核電站RPN源量程濾波參數設置的原理及其對源量程計數率輸出的影響，并且對濾波參數進行優化改進，確保源量程通道在機組裝卸料期間能快速準確地響應堆芯的真實狀態，保證堆芯的安全監測。

【Abstract】The nuclear instrument system （RPN） source range channel is used to measure the external neutron flux during the starting and stopping， loading and unloading of the reactor in new nuclear power station. The paper analyzes the principle of the setting parameters of RPN source range filter in a nuclear power plant and its influence on the output of the source range counting rate. And the filter parameters are optimized and improved to ensure that the source range channel can quickly and accurately respond to the real state of the reactor core during the assembly and unloading period， and to ensure the safety monitoring of the reactor core.

【關鍵詞】核儀表系統;源量程;濾波參數;優化

【Keywords】nuclear instrument system; source range; filter parameters; optimization

【中圖分類號】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）12-0159-02

1 引言

核儀表系統（RPN）采用堆外中子通量測量的方式，對堆芯功率、堆芯功率變化和堆芯功率分布進行測量。RPN系統提供反應堆保護、核功率控制和堆芯功率監視等信號。其中，RPN源量程測量通道用于熱停堆、冷停堆以及裝卸料等狀態的監測與保護，是反應堆啟停時的重要測量儀表。RPN源量程中子計數率測量范圍從0～106cps，相當于堆功率從10-9～10-3%Pn。特別是在機組裝卸料期間，要求源量程能夠快速響應，準確反應當時反應堆的真實狀態。在某核電站RPN數字化系統中，發現RPN源量程通道在低計數率時信號輸出響應緩慢，無法快速、準確地響應反應堆的堆芯狀態，影響機組的安全監測。

2 RPN源量程測量通道簡介

RPN源量程測量通道包括兩路測量信號，分別為RPN014MA及RPN024MA。每路測量通道分別由探測器、連接盤、傳輸電纜及機柜信號處理板件組成，處理完成的計數脈沖信號送至下游接口進行顯示及產生保護動作。

3 RPN源量程計數率的濾波功能

RPN源量程在裝料初期由于中子通量水平較低，容易受外界干擾信號影響。基于這方面的考慮，為避免外界閃發的干擾信號對真實的中子通量信號造成干擾（計數率顯示波動大），在RPN源量程通道的初始設計中，設置計數率滾動濾波功能。濾波參數閾值SRC_PAR001的默認值為8000。

濾波參數閾值SRC_PAR001的濾波功能是：①真實的中子通量信號在濾波參數閾值以下，進行計數率滾動濾波計算;真實的中子通量信號達到濾波參數閾值以上，濾波功能失效。②存在濾波效果，下游接口顯示的是滾動平均值，中子通量變化時，響應時間變慢;濾波效果失效后，下游接口顯示的是即時的中子通量信號。

濾波參數閾值SRC_PAR001的默認值是系統設計廠家公司根據多個核電站機組上RPN源量程通道真實的計數率情況進行分析后設定的，用來平衡計數率擾動和響應時間。該濾波參數為系統內的可調工程參數，可以根據機組的實際情況設定不同的濾波閾值。

4 RPN源量程計數率的計算原理

4.1 初始計數率icr和中間計數率ICR的計算原理

RPN系統中的源量程計數率輸出板件ICTO有著預置計數時間和預置計數個數兩種計數模式，其中預置計數時間TMAX=5.12s，預置計數個數NMIN=7936，即當TMAX或NMIN達到閾值時，刷新指示器SRC_CI005置1，開始計算新的計數率。

故當第一組燃料組件裝入后，經過T=T1+T2=133.12+261.12=394.24s≈6.5min后，主控室KIT/EN記錄儀等才能正常顯示源量程計數率，供主控操縱員、燃料操作員監測當時堆芯的狀態。

5 RPN源量程濾波參數的影響

根據源量程的系統設計，RPN源量程濾波參數SRC_PAR001設置為8000時，每裝一組燃料要正常顯示當時堆外真實的中子計數率，需要通過濾波計算6.5min后才會通過KIT/EN記錄儀等正常顯示出來，主控操縱員及燃料操作員才能知道每組燃料組件裝入后中子通量的變化情況。當第一組燃料組件裝入后，源量程通道如果無法快速反應，將造成燃料操作員無法準確判斷燃料組件的可用性及裝入的正確性，主控操縱員無法監測反應堆的真實狀況，儀表人員無法判斷源量程通道的可用性。

RPN源量程設計中源量程中子通量高報警則是采用中間計數率ICR進行判斷的，一旦出現中子通量高報警，而此時顯示的可能仍然上一次循環的計數率，無法準確判斷是堆外中子通量的異常變化導致，還是RPN報警系統的偶發故障。

源量程中子通量高報警是指某一刻的堆外中子通量超過正常通量的3倍而觸發的報警。稀釋事故分析表明，只要停堆狀態下高通量閾值的設定始終至多等于停堆狀態下正常通量的3倍，那么在出現故障，反應堆重返臨界前，主控操作員就擁有足夠的干預時間。正確判斷源量程中子通量高報警的正常與否，影響著機組狀態的正常監測。

6 RPN源量程濾波參數的優化方案

根據RPN源量程系統設計文件中的RPN源量程濾波計數率的計算公式，對輸入計數率60cps干擾進行仿真，在不同濾波參數的設置下，計數率顯示輸出響應情況，可以看出在濾波參數設置為1時，計數率能快速響應。同時，分析對比同堆型其他電站的RPN數字化系統設計，發現其在源量程計數率計算時并未有該濾波參數，并且在多年運行中源量程通道能正常快速響應，且無異常波動。

結合對RPN源量程計數率的理論分析、仿真數據以及同堆型系統的設計方案，對RPN源量程濾波參數SRC_PAR001進行優化，由8000設置為1，源量程計數率計算不采用濾波功能。

7 RPN源量程濾波參數優化的應用

分析某核電站RPN系統數字化設計，并對源量程濾波參數進行優化，由8000設置為1。優化后，在大修裝料期間，源量程通道能夠快速、準確地響應堆外中子通量，未出現響應緩慢的現象，且計數率未出現異常波動。

8 結語

本文分析某核電站RPN源量程濾波參數設置的原理及其對源量程計數率輸出的影響，成功對濾波參數進行優化改進，由8000設置為1，確保了源量程通道在機組裝卸料期間能快速準確地響應堆芯的真實狀態，保證堆芯的安全監測[1]。

【參考文獻】

【1】戴立操，肖東生，李鵬程，等.半數字化核電廠控制室事故后HRA操縱員診斷模型[J].工業工程與管理，2018，11（1）：11-16.