壓水堆核電廠啟停過程中堆外核測儀表應用分析

陳思明 石雪峰 修璐倩

摘 要：依據壓水堆核電廠堆外核測儀表的測量原理，分析各級儀表在反應堆啟停過程中的變化趨勢，給出儀表在反應堆臨界、提升功率中的應用方案。

關鍵詞：壓水堆；核測儀表；反應性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.089

1 壓水堆核電廠堆外核測儀表

堆外核測儀表系統（RPN）的功能是連續監測反應堆功率、功率水平和功率分布的變化。為此目的，RPN使用了設置在反應堆壓力容器外的一系列測量中子注量率的探測器。

測量的模擬信號向反應堆操縱人員提供在堆芯裝料、啟堆、停堆和功率運行期間的反應堆狀態信息。在反應堆啟停過程中，RPN系統在控制室和反應堆廠房中給出中子注量率音響指示和報警。RPN系統包括源量程，中間量程及功率量程三級通道用于反應堆控制。

源量程由兩個相同而獨立的通道組成，提供在停堆及啟動期間的冗余注量率信號，探測器測量通量范圍10-1～2×105n/cm2.s，可覆蓋的量程范圍相當于10-9%～10-3%FP。

中間量程由兩個相同而獨立的通道組成，可提供冗余中子注量率信號。探測器測量2×102～2.65×1010n/cm2.s，可覆蓋范圍10-6%～100%FP。

功率量程由四個相同的獨立通道組成，可提供來自堆芯六段的冗余中子通量信號和一個平均通量信號。探測器測量5×102～2×109n/cm2.s范圍的中子通量，即10-6～200%FP。

所有儀表的量程可提供運行期間所需要的超功率反應堆的停堆保護。儀表量程互相覆蓋以保證由源量程開始通過中間量程到達高功率水平的連續反應堆控制和保護。通過比較來自四個功率量程通道的中子注量率測量值，當水平傾斜超過了目標值時，出發報警。連續的啟動運行或功率逐步提高需要在較低量程水平的停堆由操縱人員手動閉鎖以前，從下一個較高量程儀表通道送來一個允許信號。當降功率時停堆保護自動復位。

2 堆外核測儀表工作原理

源量程探測器為硼襯基正比計數管，計數管內充以氬氣（Ar）和少量的二氧化碳（CO2）。核反應產生的鋰離子和α粒子使氬氣電離，產生電子和正離子。在外電場的作用下，電子和正離子分別向陽極和陰極運動，形成電脈沖（稱α脈沖）。γ射線也產生電脈沖，但其幅值較小，可用甄別放大器將它和反應堆內其它的γ射線產生的小幅度脈沖濾除，只放大α脈沖，從而得到只與中子通量成比例的計數。

中間量程探測器為γ補償電離室，它由兩個電離室組成。外環電離室的內壁涂硼，稱涂硼電離室。γ補償電離室有3個電極：與高壓正極相連的稱正高壓電極，與補償電壓的負極相連的稱負高壓電極，兩電離室之間的極板通過負載電阻R接地，稱為收集電極。各電極之間是絕緣的。探測器的電流信號被放大并轉換為電壓信號（0到10V）后傳輸到中間量程通道的CPU進行計算和處理，同時被放大后的電流信號還被用于產生ATWT信號。

功率量程探測器采用非補償電離室，有6個敏感段，每段產生一個信號探測器接受到熱中子信號后產生小電流信號，這6個電離小室的電流信號分別各自的放大器進行放大處理，之后轉換成標準信號送功率量程通道的模擬量信號輸入模件進行模數轉換，然后將信號送給功率量程通道的CPU進行計算和處理。

RPN冗余保護通道由四個220V交流可靠電源供電，并且設置在實體隔離的4個保護柜中。輔助通道利用來自冗余保護通道的信號。它們設置于一個控制柜中，由220V交流應急電源供電（LNE，交流控制），該電源完全獨立于220V交流保護電源。

3 堆外核測儀表在反應堆啟停中的應用

從反應堆熱停堆工況到提升功率階段，RPN儀表提供反應性相關參數以供操縱人員進行相關反應性控制。在反應堆臨界過程中，源量程儀表最先投入使用，提供反應堆中子計數率（單位CPS），反應性變化周期這兩個關鍵參數，依據這些變化參數進行控制棒和硼化稀釋的反應性控制，以使反應堆安全可控達到臨界狀態。在反應堆功率提升過程中，需要手動閉鎖源量程“停堆注量率高”報警，同時也閉鎖反應堆安全殼內的喇叭鳴響，執行該操作后，可以檢驗“通道I注量率高報警閉鎖”和“通道II注量率高報警閉鎖”報警動作，當中間量程的注量率超過P6時，手動閉鎖源量程反應堆緊急停堆。這將切斷源量程探測器的高壓電源，并禁止“通道I注量率高報警閉鎖”和“通道II注量率高報警閉鎖”報警。此時，源量程儀表將失效，由中間量程及功率量程儀表提供相關信息。當功率量程的注量率超過P10時，需要手動閉鎖“中間量程高中子注量率”和“功率量程低整定值”反應堆緊急停堆信號。

從功率運行到熱停堆的過程中，若功率水平低于P10，應當檢驗“功率量程低整定值高中子注量率”和“中間量程高中子注量率”反應堆緊急停堆的自動恢復。當功率水平低于P6時，檢驗源量程通道高中子注量率反應堆緊急停堆的自動恢復，源量程通道探測器高壓的重新供電及“通道I注量率高報警閉鎖”和“通道II注量率高報警閉鎖”報警的動作。在反應堆啟停過程中，RPN系統還提供中子注量率高觸發反應堆緊急停堆、中子注量率變化快時觸發反應堆緊急停堆、產生允許信號，使反應堆保護適應實際運行工況，保證反應堆的正常運行。

參考文獻：

[1]王哲.核儀表系統手冊[G].北京：中國核電工程有限公司，2015.

作者簡介：陳思明（1985-），男，福建人，本科，工程師，研究方向：核電廠運行。