HFETRC核測系統調試及設備故障處理研究

蔣波　武文超　陳夢雪　王軍成

摘 要

本文介紹了高通量工程試驗堆臨界裝置（HFETRC）核測系統的組成和調試過程，對系統調試中出現的問題進行了總結，分析了故障的原因，以及不同類型故障所采取的解決措施。本文對反應堆核測系統調試、維修工作具有一定的借鑒意義。

關鍵詞

HFETRC;核測系統;臨界裝置

中圖分類號： TL362 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 79

0 前言

為了對中國工程試驗堆的堆芯物理設計及計算進行校核驗證，為后續堆運行提供重要的物理參數計算數據，需要進行堆芯1：1物理模擬試驗。HFETRC建成于1982年，主要用于開展高通量工程試驗堆的零功率物理試驗研究。為了在HFETRC上開展中國工程試驗堆零功率物理試驗，需要對HFETRC進行改造調試，用以滿足中國工程試驗堆物理試驗要求。核測系統是HFETRC儀控系統的重要組成部分，其通過連續測量中子注量率及其變化，并對測得的各種信號加以顯示記錄，為運行、試驗人員提供反應堆裝料、卸料、停堆、啟堆和功率運行時反應堆的狀態信息及保護。為此，需對HFETRC核測系統設備進行狀態檢查、儀表校驗、故障處理、設備安裝調試，確保臨界試驗的順利進行。

1 核測系統組成

為掌握臨界裝置在堆芯裝料、卸料、停堆、臨界試驗、功率刻度各個階段狀態信息，HFETRC核測系統采用3中不同量程的8個獨立測量通道來監測反應堆中子注量率。HFETRC核測系統由兩臺啟動中子監測儀、兩臺周期監測儀、兩臺功率保護儀、兩臺功率測量儀等二次儀表，以及它們各自相應的探測器、電纜、轉接盒組成，其系統結構如圖1所示。

啟動中子監測儀用于臨界裝置的裝料、卸料、啟動等在非常低的功率水平時對反應堆中子注量率的監測，運行人員可根據啟動中子監測儀來判斷中子注量率增長的快慢程度。啟動中子監測儀采用線性率表和對數率表實現對中子注量率水平的實時顯示，其配套使用的中子探測器為BF3計數管（中子靈敏度100cps/n.cm-2.s-1，測量范圍10-2～2×103n.cm-2.s-1）。

周期監測儀通過測量反應堆的中子注量率和e倍增長周期，對中子注量率的變化趨勢、反應堆所處的狀態進行監測。當周期增長速率超過設定值時，觸發短周期警告信號、周期保護信號，中子注量率超過設定值時觸發小功率保護信號。周期監測儀配套使用的中子探測器為裂變電離室（中子靈敏度1cps/n.cm-2.s-1，測量范圍1～2×1010n.cm-2.s-1）。

功率保護儀用于監測反應堆的運行功率保護，防止功率超過設定值，當運行功率超過設定值時，觸發功率高警告信號、保護信號。功率保護儀可以在量程范圍內根據運行限值要求設定保護值，其配套使用的中子探測器為γ補償電離室（中子靈敏度5×10-14A/n.cm-2.s-1，測量范圍2×102～5×1010n.cm-2.s-1）。

功率測量儀用以監測反應堆的核功率水平，通過測量電離室的電流輸出來監測反應堆功率，其配套使用的中子探測器為γ補償電離室。

啟動中子監測儀、周期監測儀、功率保護儀、功率測量儀所使用中子探測器在堆內布置如圖2所示。

2 核測系統調試

2.1 核測系統調試準備

核測系統開始調試前，需要完成以下準備工作：核測系統二次儀表校驗程序準備齊全有效，設備使用說明書、圖冊、測試記錄表齊全;設備校驗人員，系統測試人員均通過考核并取得授權，掌握系統結構、設備工作原理、性能特征、操作方法;測試用脈沖發生器、電流信號源等儀器精度滿足測試要求，絕緣電阻測試儀、電容測試儀等計量器具均經鑒定合格且在有效期內，中子源場強滿足測試要求;測試現場溫濕度滿足設備使用要求。

2.2 設備單體調試

系統調試前，需要完成中子探測器電氣性能測試、轉接盒性能測試、同軸電纜性能測試、核測系統二次儀表校驗。

中子探測器電氣性能測試主要按照《GB/T 7164用于核反應堆的輻射探測器特性及其測試方法》進行探測器絕緣電阻和電容測試，探測器電氣性能指標應能滿足使用要求。

轉接盒與同軸電纜性測試性能測試包括通斷測試、電容測試、芯線對屏蔽絕緣電阻測試、屏蔽對地絕緣電阻測試。

核測系統二次儀表校驗按照校驗程序開展設備功能、性能測試。主要測試內容包括：高壓電源模塊輸出量、低壓電源模塊輸出量、前置放大器的放大倍數、儀器的量程和精度、儀器的定值輸出和狀態監測。

2.3 系統聯合調試

完成核測系統設備單體調試及安裝后，進行系統通電檢查，測試探測器和二次儀表的本底是否滿足測試要求。然后外加中子源，測試功率保護儀和功率測量儀響應是否正確;調節啟動中子監測儀和周期監測儀的閾值、工作電壓，測試探測器閾特性、坪特性是否滿足使用要求。后續進行24h穩定性試驗，測試系統長期運行穩定性及抗干擾能力。

3 故障處理

核測系統調試過程中遇到的故障現象主要為設備插件故障、線纜絕緣性能低、本底高、電磁干擾等。

3.1 信號傳輸電纜絕緣性低故障處理

進行同軸電纜性能測試時，發現的問題有：電纜絕緣性能不滿足要求、芯線與屏蔽線短接等問題。首先對同軸電纜接頭進行檢查，由于電纜接頭制作不當，導致芯線與屏蔽線短接觸，引起芯線與屏蔽線短接。引起電纜芯線與屏蔽線間絕緣性低的原因包括：電纜接頭內、接線盒內絕緣材料表面清潔度不滿足要求，電纜芯線與屏蔽線間絕緣材料受潮。通過對絕緣材料表面進行清潔處理、截掉受潮電纜后，并對同軸電纜與電纜接頭密封處理。后續信號傳輸電纜絕緣電阻值均大于4TΩ（1000V），滿足使用要求。

3.2 電源模塊故障處理

核測系統二次儀表測試過程中，發現周期監測儀高壓電源模塊無輸出、功率測量儀外殼對地存在24V電壓。經測試，周期監測儀高壓電源模塊故障，更換高壓電源模塊后輸出正常。功率測量儀低壓電源模塊中三極管安裝過程中未進行絕緣處理，導致24V電源線與設備外殼接觸。三極管在工作過程中會產生熱量，安裝過程中需要加絕緣和散熱材料處理，通過在三極管與外殼間加裝云母墊片后故障消失。

3.3 周期監測儀本底高

核測系統安裝完成后上電測試時，1號周期監測儀存在上千計數，此時堆內無中子源及燃料元件。對周期監測儀的閾值進行調節，但計數仍然存在。對探測器結構、線纜傳輸路徑、周期監測儀安裝方式分析，查找本底過高的原因。裂變電離室安裝在測量孔道內，外殼與臨界裝置導通接地，裂變室外殼與信號電纜屏蔽層導通接至儀器屏蔽地。由于裂變電離室電纜存在兩點接地，在兩接地點引入地環流，引入的干擾嚴重影響信號的傳輸。對裂變電離室外殼進行絕緣處理，采用一點接地的方式。通電測試，1號周期監測儀的計數恢復正常。

3.4 周期監測儀無輸出故障處理

系統聯合調試過程中，外加中子源后，2號周期監測儀無輸出，更換1號周期監測儀后輸出正常。通過外加信號源進行測試，當信號源脈沖幅度減小到一定程度后，周期監測儀無讀數，增大脈沖幅度后計數恢復正常。判斷故障位置為周期檢測儀前置放大單元中的放大芯片故障，更換放大芯片后，2號周期監測儀計數正常。

3.5 功率保護儀觸發功率保護信號故障處理

核測系統24h穩定性試驗過程中，運行人員操作電磁排水閥時，均會觸發功率保護信號。進行現場排查，發現電磁排水閥與功率保護儀信號電纜間距過小，電磁排水閥動作時引起功率保護儀誤觸發保護信號。通過優化功率保護儀信號電纜走線，并對電磁排水閥加裝屏蔽設施后，進行電磁排水閥操作時，功率保護儀工作正常。

4 結束語

核測系統對臨界裝置的安全、可靠運行起著關鍵性作用，通過調試，對系統存在的故障進行了識別。通過測試、對比分析等方法對故障點進行精確的定位，并對故障進行有效的處理，確保了臨界裝置核測系統的穩定運行，保障了中國工程試驗堆臨界試驗的順利進行。調試過程中遇到的故障現象多為核測系統典型故障，為后續中國工程試驗堆核測系統安裝調試提供一定的參考。