新型核電廠堆外核測系統(tǒng)校正因子探究

【摘要】核電廠的堆外核測系統(tǒng)（NIS）主要功能為監(jiān)測反應堆功率和提供反應堆保護信號。NIS系統(tǒng)信號傳遞及處理過程較為復雜，在與實際功率對應的過程中是利用校正因子經(jīng)過多次轉換實現(xiàn)。在反應堆啟動和運行過程中，需要進行相關試驗以修改校正因子，使NIS系統(tǒng)真實反映反應堆內的實際情況。因此探究NIS系統(tǒng)各校正因子的設置過程，保證校正因子設置的正確性，對于確保NIS相關功能的實現(xiàn)具有重要的意義。

【關鍵詞】核電廠；堆外核測；校正因子

1、引言

核電廠的堆外核測系統(tǒng)（NIS）可在整個功率運行量程內，通過監(jiān)測中子的泄漏率來監(jiān)測反應堆功率。NIS系統(tǒng)提供反應堆功率水平、功率分布和功率變化率的顯示，提供反應堆啟動和超功率保護。本文以國內某新型核電廠為例，詳細探究核測系統(tǒng)相關校正因子的設置過程。

2、NIS系統(tǒng)概述

堆外核測系統(tǒng)是PMS的一個子系統(tǒng)，由4個相同且獨立的序列組成。每個序列包含源量程、中間量程、功率量程三個通道。每個序列主要設備包括探測器、前置放大器、核測機柜、核測處理器等，其結構示意圖見圖2-1所示。

3、堆外核測系統(tǒng)信號處理過程

3.1源量程信號處理

源量程探測器產(chǎn)生的脈沖信號進行處理的基本處理流程大致如圖3-1所示。

3.2中間量程信號處理

中間量程探測器產(chǎn)生的脈沖信號，在前置放大器中進行放大后分成兩路，一路經(jīng)過脈沖幅度甄別后送至NIC機柜；另一路生成MSV（Mean Square Voltage，均方電壓）信號，再分成兩路送至NIC機柜。中間量程探測器信號基本處理流程大致如圖3-2所示。

3.2.1脈沖信號處理

選擇模塊輸出的計數(shù)率CRSE，需要轉換成功率CRPI，公式為：

脈沖功率轉換系數(shù)KCRI可以通過MTP設置。假定100%功率時探測器處中子通量為5×109nv，而探測器的靈敏度為0.2cps/nv，可得出1cps相當于10-7%功率，則KCRI=0.2。

3.2.2 MSV信號處理

選擇模塊輸出的MSV電壓MSVS，需要轉換成功率MSVP，即對MSV信號進行平方運算，得到泊松分布統(tǒng)計計數(shù)的平均值，然后再乘以轉換系數(shù)，公式為：

MSVP = K1MS*（MSVS）2

MSV功率轉換系數(shù)K1MS可以通過MTP設置，需要根據(jù)100%功率時IRPM輸出的MSV電壓進行確定。

3.2.3功率加權運算

由于脈沖信號和MSV信號采用兩種不同的方式進行處理，不能直接通過閾值比較器進行選擇，而需要進行加權運算，使兩種信號在一定區(qū)段內平穩(wěn)切換。設定兩種信號的過渡區(qū)段下限為KSLC、上限為KSUC，當脈沖信號CRSE在過濾區(qū)段內時，權重因子WRSF的計算公式為：

權重因子WRSF的范圍為0～1，表示MSV信號所占權重，而脈沖信號所占權重為（1-WRSF）。如果CRSE≤KSLC，則WRSF=0；如果CRSE≥KSUC，則WRSF=1。中間量程輸出功率信號SIRP的計算公式為：

3.2.4熱功率校準

中間量程輸出的功率信號SIRP，可以通過增益/偏置環(huán)節(jié)，確保與熱功率一致，公式為：

式中，NE002為中間量程最終功率輸出。增益系數(shù)G和偏置系數(shù)O可以通過MTP設置。初始增益系數(shù)為1、偏置系數(shù)為0。一般保持偏置系數(shù)為0，僅調整增益系數(shù)。

3.2.5啟動率計算

NIS處理器在計算中間量程功率信號的同時，也計算功率變化率，即啟動率SUR。啟動率計算公式為，τ60和τ61可以通過MTP設置。

脈沖功率信號計算得到啟動率CRRC，MSV功率信號計算得到啟動率MSRC，同樣進行加權運算得到最終SUR，公式為：

3.3功率量程信號處理

功率量程通道不含前置放大器，其信號基本處理流程大致如圖3-3所示。

3.3.1功率轉換

上部和下部通道經(jīng)過V/I轉換后的電流值，需要分別轉換成功率，公式為：

式中：NE004和NE003—上部和下部V/I轉換后的電流值，單位μA；

UDPI和LDPI—上部和下部功率轉換后的功率值，單位%功率；

KISC—電流/功率轉換系數(shù)，單位%/μA。上部和下部通道采用同一個電流/功率轉換系數(shù)，可以通過MTP設置，需要根據(jù)堆芯實際情況進行確定。

假定100%功率時探測器處中子通量為6.15×108nv，此時上部和下部通道的功率輸出應均為50%，而探測器的靈敏度為6×10-13A/nv，此時探測器輸出電流I=（6.15×108nv）×（6×10-13A/nv）=3.69×10-4A=369μA，可得到電流轉換系數(shù)KISC=50÷369=0.1355。

3.3.2密度補償

功率轉換系數(shù)僅需要在裝料后或者更換探測器后進行一次設置，后期利用增益/偏置環(huán)節(jié)進行周期性校準。修正后的功率PRPP-UU和PRPP-LU，需要進行密度補償。

密度補償系數(shù)FNA計算公式為：

式中，A和B是固定參數(shù)，ρ（P，TDC）是下降段冷卻劑密度。P是穩(wěn)壓器壓力的理論值PoNOM和測量值PPZR中的較大值，TDC=TCOLD（1+τ37s）/[ （1+τ38s） （1+τ39s）]，其中TCOLD是冷端溫度測量值，參數(shù)τ37、τ38、τ39可以通過MTP設置，初始值分別是6.0、1.5、1.5。如果將TE121和TE125設置為280.55°C，則FNA值為1。

上部和下部通道分別計算出密度補償系數(shù)，即FNAU和FNAL。將功率值除以密度補償系數(shù)，即得到密度補償后的功率PRPP-UP和PRPP-LO。

3.3.3 功率計算

以UDIRD10和LDIRD10分別表示送至NIS處理器的上部和下部電壓，總功率PRPP為：

軸向功率偏差DION為：

總結：

根據(jù)電廠技術規(guī)格書的監(jiān)督要求，堆外核測系統(tǒng)需要在啟動過程及運行后一定間隔時間內進行熱平衡計算、AFD比較和AFD校準等相關試驗。試驗的主要目的是在MTP或SD中重新設置NIS系統(tǒng)的相關校正因子，使得堆外核測系統(tǒng)的測量信號能真實反映堆內實際情況。由于NIS系統(tǒng)具有監(jiān)測AP1000功率和提供保護信號的重要功能，因此探究校正因子設置過程，保證校正因子正確性，對于NIS系統(tǒng)的正常實現(xiàn)，AP1000機組的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

參考文獻：

[1]核電培訓教材《堆外核測系統(tǒng)結構和功能》.

作者簡介：

尹志濤，中核遼寧核電有限公司，工程師，生產(chǎn)準備處技術支持科。