田灣核電站一、二期NFME系統技術比較

李榛

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000）

田灣核電站采用俄WWER1000反應堆AES-91標準型機組，機組滿功率運行時單機發電量達1.06×106kW，設計壽命為40年。田灣一期使用俄SNIIP-SYSTEMATOM公司設和制造的中子通量監測系統（英文縮寫：NFME），該系統數字化程度高。一期自商運以來，NFME系統運行穩定，其可靠性得到了驗證。鑒于良好的運行業績，田灣二期工程依然使用俄SNIIP-SYSTEMATOM公司設計制造的NFME系統，該系統在田灣一期的基礎上升級更新，使可靠性及精度方面得到了提高。本文對一、二期工程的NFME系統的功能和結構、硬件組成等方面進行對比。

1 田灣一、二期NFME系統的比較

NFME系統是核電廠重要的安全系統，它通過測量堆外熱中子通量及其變化來計算反應堆核功率、周期和反應性等重要參數，在緊急情況下生成保護信號，為保護系統和控制系統提供必要的信號。每個U核發生裂變反應釋放出能量，平均有200 MeV的能量轉化為熱能，而單位時間內核裂變總數則取決于核和中子相互作用而引起核裂變的概率。在穩定的一段時間內，堆內單位時間裂變總數就取決于堆內中子總數。如果考察堆內局部某一單位體積的功率，則取決于該單位體積中的中子密度，即中子通量。整個反應堆的核功率與反應堆的中子通量水平成正比，所以，可以通過測量反應堆的中子通量來反映反應堆的核功率。

1.1 系統功能的對比

從功能上劃分，NFME系統可實現2個功能：①運行功能對比。田灣一、二期NFME系統對反應堆的啟動、功率運行、停堆和換料等各種狀態下的核功率、周期和反應性等參數進行監測，向操縱人員提供這些參數的指示、顯示和記錄。②安全功能對比。一期所實現的安全功能包括監測相對物理功率、功率變化率（即周期）和反應性；監測功率分布情況；被監測的參數超過設定值時，均能夠產生控制和保護信號；在主控室顯示相關信息，并將信息發送給其他系統。相比于一期，二期的NFME系統取消了DNBR/QL的計算功能，因此，也相應的取消了基于DNBR/QL的預保護信號。

1.2 組成結構對比

田灣一、二期NFME系統主要組成結構基本上無區別，均由四個完全獨立而且物理隔離的通道構成，每個通道都包括中子探測器、轉換單元、輔助單元、一回路冷腿溫度計、信息處理機柜、在主控室和備控室的信息顯示單元和聲光報警器。各通道因搭配探測器略有差異，第一通道和第四通道配置了全部類型的中子探測器；第二通道無源量程探測器；第三通道無換料監測探測器。

4個通道的數據分別通過硬接線傳給主控室和備控室各自的信息顯示單元進行數字顯示，并傳送到同一個信息存儲和顯示機柜進行存檔和顯示。

1.3 NFME系統的硬件組成對比

在常用核測量系統中，特定中子敏感介質一般常用3He、10B和235U等材料，而用以產生電離的介質通常利用氣體，以便于電離的離子對在電場作用下相向運動而產生電流。所以，核電廠原來測量中子通量的探測器一般有氦三正比計數管、BF3正比計數管、涂硼正比計數管、涂硼電離室、γ補償電離室、裂變室和自給能探測器等類型。除了給能探測器以外，這些探測器的工作原理都是利用中子敏感介質發生核反應引起氣體電離，并在不同強度電場作用下收集這些電離的離子對產生電信號來測量，只是類型、電場強度或測量范圍有所不同。

一、二期NFME系統均采用了5種成套探測裝置來保證反應堆不同狀態下對堆芯中子通量的監測，每組成套探測單元都有探測器和轉換單元構成，包括源量程探測裝置、啟動與工作量程探測裝置、工作量程探測設備、物理啟動量程探測設備、換料監測量程探測設備。

NFME系統探測裝置除了探測器外，還包括進行信號處理的轉換單元和供電的輔助單元，其主要功能基本相同。

轉換單元用于實現探測器信號的放大、濾波成形和自檢反饋信號的生成。可設置脈沖甄別閾或者調整電流放大器放大倍數以及自檢反饋回路的調整。輔助單元主要實現探測器與機柜間的信號交換和光耦隔離，自檢信號、閉鎖信號和Good Condition信號的生成和光耦隔離，為各模件提供低壓電源，為探測器提供穩定的高壓電源。

1.4 信息處理與儲存機柜概述

一、二期NFME系統均設置了4個相互獨立的通道，硬件上物理隔離，沒有信息交互。設置4個信息處理機柜，分布于UCB23米的4個分隔開的電子設備間。4個信息處理機柜具有類似的結構和功能，差別在于連接的探測器裝置不同。一、二期NFME系統第一通道機柜、第四通道機柜連接了所有類型的探測器裝置。第二通道機柜未連接源量程探測裝置。第三通道機柜未連接換料監測的探測裝置。經過4個信息處理機柜處理的數據，都傳入數據存儲機柜中進行存檔。信息處理和存儲單元BNO-90R模擬器用于檢測NFME系統中的裝置和單元。

信息處理和存儲單元BNO-93R用于接收各量程探測器的信號，完成反應性的計算；在換料期間，投入換料監測模式，接收換料監測探測器信號計算頻率和周期，當頻率或周期超過設定值時產生“Stop”和“Reverse”信號，幫助換料機操縱員對換料過程進行判斷。信息處理和存儲單元BNO-91R接收各量程探測器信號，完成各量程功率和周期的計算，當功率和周期超過預先設定的保護和預保護定值時，產生保護信號和預保護信號。對于從BNO-91R接收的與功率成比例的頻率信號，可將該信號轉換為電壓信號，對電壓信號進行電隔離，將電壓信號轉換為電流信號，通過接口RS-485，從BNO-91R、BNO-92R和BNO-93R接收各變量信號，處理這些信號，然后將信息傳送給UNO-245R和BIC-76R。

AKNP-30R（二期NFME系統機柜UN0-366R）中，信息處理和儲存單元BNO-232R的主要功能為：在首次裝料或換料期間，計算脈沖速率，監測反應堆周期；自檢中產生信號送往主控室。

信息處理和儲存單元BNO-231R主要執行的功能為：反應堆功率監測、反應堆周期監測、反應堆功率軸向分布監測、反應堆反應性監測、自檢、產生送往TXS的離散信號EP和PP、產生送往TXS的用于控制反應堆功率的模擬信號、產生送往主控室的狀態檢查信號、量程指示信號、超過EP及PP的閾值信號。

2 結束語

田灣核電站一、二期設計原理基本相同，但探測器的性能有所提升，提高了可靠性；機柜機構進行了大幅度優化，預留了擴展空間，為后期升級改造提供了可能。