秦二廠堆芯中子通量測量系統大修維護策略

姚 彤，蔡昊廷，黃 靖

（中核核電運行管理有限公司 維修三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

堆芯中子通量測量系統是堆芯測量系統（RIC）的3 個子系統之一，測量反應堆堆芯中子通量分布數據，結合從集中數據處理系統（KIT）接收到的其他數據（1/2 環路冷熱段溫度與流量、堆芯溫度、主回路壓力、堆外核測儀表系統（RPN）功率量程探測器電流、控制棒A1/B1/C1/D 子組給定位置），由數據處理軟件確定測得的三維功率分布。

每一次機組換料大修期間，由于機組更換燃料組件需要抽出堆內指套管，需要在抽拔指套管前對堆芯中子通量測量系統堆芯儀表間內機械設備進行解體，為指套管抽出預留空間。插入指套管后，需恢復堆內設備。系統恢復后，機組隨即提升狀態，準備并網發電。

如果系統恢復期間出現失誤，或檢修不充分，則可能影響系統正常運行，無法對堆芯功率分布進行測量。一方面，機組將面臨退防的風險；另一方面，維修人員將在機組帶功率下進入核島維修，輻射風險較大。

1 概述

1.1 系統組成

圖1 中子通量測量通道布置Fig.1 Layout of neutron flux measurement channels

圖2 堆芯儀表間設備俯視圖Fig.2 The top view of the core instrument room equipment

堆芯中子通量測量系統選擇堆內38 個燃料組件作為測量通路，每個測量通路都有特定的編號，分為4 個通道，1、2、3 通道各10 個通路，4 通道8 個通路。如圖1 所示。

系統主要設備包括讀出控制柜、分配柜、機電設備、密封段、導向管、指套管，保存容器。

讀出控制柜是堆芯核測系統的控制和監測設備，用于向分配柜發送操作指令、監測執行機構的工作狀態和采集堆芯測量數據。

分配柜構成堆芯儀表間內機電設備與電氣廠房內讀出控制柜之間的接口。它的主要功能是：

1）為機電設備供電，并提供機電設備與電氣廠房內讀出控制柜的接口。

2）翻譯和處理讀出控制柜的信號。

3）采集來自機電設備的狀態信號，并送往讀出控制柜。

機電設備用于把中子通量探測器插入堆芯，它分為4個通道，每個通道由下列部件組成：

①1 臺驅動單元；②1 臺組選擇器；③1 臺路選擇器；④10 只電動隔離閥（第4 通道為8 只）。

密封段的主要功能是密封指套管外壁和導向管內壁之間的一回路冷卻劑。導向管主要是為指套管的插入提供安全通道，指套管為中子通量探測器提供安全的測量路徑。保存容器用來存放驅動電纜和探測器，防止由電纜和探測器活化而引起堆芯儀表間的高放射性水平[1]。

1.2 測量工作原理

堆芯中子通量測量系統包括DOS 6.22 和WINDOWS NT 4 兩種操作系統。

測量開始時，先進入DOS 6.22，打開測量文件模式，選擇并加載需要的測量文件，再回到待機模式運行，即可進行通量測量。

每次通量測量按如下順序進行：

讀出控制柜根據測量文件控制分配柜，分配柜通過繼電器控制組選器和路選器旋轉到相應的位置，對應的電動閥打開。分配柜同時把各執行元件的狀態返回讀出控制柜。

讀出控制柜通過中子通量測量抽屜給探測器加偏置電壓，驅動單元以高速（18m/min）從保存通道中抽出探測器到1010 位置，組選器旋轉到測量位置，與測量通道的連接管接通，路選器旋轉就位，電動閥打開，探測器沿連接管、組選器、路選器、電動閥和指套管提供的路徑以高速將探測器推至距堆芯頂部20cm 處，然后以低速（3m/min）將探測器推至距堆芯頂部。在上行穿過堆芯的過程中，系統測量堆芯中子通量的最大值，確定最適合的測量量程（低靈敏度量程：0mA ～2mA；中靈敏度量程：0μA ～200μA；高靈敏度量程：0μA ～20μA）。當探測器到達堆頂時，系統與KIT 系統進行數據通訊，接收數據。如果此時通訊失敗，將在探測器回抽到底部時再次進行通訊。

驅動單元以選定的速度抽出探測器，用上行時確定的量程采集數據，每8 個編碼點采集一次，下行時經過堆芯，堆芯長度3968 個編碼點，每個探測器下行測量一次共采集496 個數據。當探測器到達距離堆芯底部80cm 的位置時，采集16 個數據，用上述相同的量程測量本底噪聲。結束后，將探測器抽回到起始位置，關閉相應的電動閥，準備下一次的送入動作或送到保存通道。

在所有測量完成后，將數據進行保存，切換進入WINDOWS NT 4 系統，在該系統下對測量數據進行離線處理。

在開始測量之前，系統先檢查相關通路是否發生泄漏。如果探測到密封段泄漏，系統允許將探測器插入泄漏通路，如果探測到指套管泄漏，系統禁止將探測器插入泄漏通路，保持該通路電動閥關閉[2]。

2 大修維護策略

RIC 堆芯中子通量測量系統大修維護工作主要分三階段：解體階段、低低水位階段、恢復后驗證階段。由于設備組成的特殊性與維修窗口的局限性，RIC 系統大部分設備的維護工作只能在低低水位時期進行，而設備恢復后的驗證工作必須在大修末期反應堆開始走狀態后進行，所以系統的維護工作環環相扣，保證每一個環節維護成功率顯得尤為重要。

2.1 解體階段

主線工作：堆芯儀表間連接管的解體在完成停堆前堆芯功率分布測量圖繪制后，反應堆進入大修冷停堆。此時RIC 維護人員需要進入堆芯儀表間，進行連接管解體工作，以確保指套管順利抽出。

工作內容：解除驅動單元、路組選擇器、電動閥通訊與動力電纜并妥善放置，拆除電動閥至組選器、組選器至路選器、電動閥至密封組件之間金屬連接管，解體驅動單元并將探測器驅動電纜從尾部抽出包扎放置在堆芯儀表間墻角，將路選器與電動閥小推車沿軌道推開為指套管抽出留出足夠路徑。

經驗反饋：除主要解體工作外，維修人員還需對RIC手操箱上電測試，驗證手操箱內PLC 工作正常，保證低低水位階段各設備性能測試順利進行。若PLC 在運行周期內掉電，則會丟失工作程序，需提前更換電池，并重新寫入工作程序。

2.2 低低水位階段

該階段維修工作無大修主線工作，但工作內容繁多，需合理安排人力工時及工作時間，在低低水位期間完成所有工作，并保證系統維護質量，避免驗證階段發現問題后返工。

1）堆芯設備檢查工作：每個大修周期，由于存在系統解體，需對儀表間內每個設備進行細致檢查。堆芯儀表管路檢查：目視檢查每根解體下來的管路，外觀無折損現象，使用假探測器伸入每根解體下來的管路，驗證驅動電纜在通過時順滑無卡澀現象。若存在損壞管路，則可能導致運行期間探測器卡澀而無法完成通量圖繪制，甚至需要進島處理故障。對可能導致卡澀的管路進行更換。對于已解體存放的探測器驅動電纜，在回裝前需使用NEOLUBE 對驅動電纜進行涂抹，使之均勻覆蓋在驅動電纜表層，起潤滑作用，防止探測器卡澀。

2）驅動單元、路組選擇器、電動閥、保存通道檢查：對每個解體部件進行電氣及機械性能檢查。每個設備內的微動開關要求絕緣電阻大于10MΩ（500V 電壓），導通電阻小于5Ω，開關功能正常。驅動單元檢查自整角機、環滑組件、驅動電機電氣性能，導向鏈條在恢復后用塞尺檢查，要求間距在0.8mm ～1.2mm 之間。路組選擇器檢查球形定位器，要求力矩為0.23daN.m ～0.27daN.m 之間[3]。

經驗反饋：大修恢復期間，曾發現在沒有任何報警的情況下探測器無法動作的情況，檢查發現驅動單元的驅動電機轉子與摩擦片間，因環境潮濕導致兩者銹蝕粘連，轉子無法脫開。因此，檢查驅動單元工作時增加打開驅動電機保護蓋，檢查內部轉子轉動情況的工作。另外，大修期間在堆芯儀表間增加全時運行除濕機，降低房間濕度。

3）接入手操箱性能試驗：完成各組件性能檢查后，接入手操箱對電動閥、路組選擇器進行性能試驗。該試驗分步驗證各組件工作電流，通道切換時間以及切換位置是否符合標準。電動閥工作電流小于310mA，切換時間小于6s。路組選擇器工作電流在100mA ～190mA 之間，完成連續切換一周的時間小于15s。若性能不能滿足規程要求，則可能由于設備內力矩不符要求，導致重新對問題設備進行機械性能檢查調整。

4）泄漏探測器檢查：由于設備解體工作，密封組件和指套管泄漏探測器密封遭到破壞，每一個大修周期需要對密封組件泄漏探測器和指套管泄漏探測器密封墊片進行更換，并用干布對探測器內腔進行清潔。檢查泄漏探測器絕緣電阻大于10MΩ（50V 電壓）。檢查完后用1daN.m 力矩回裝探測器。

5）堆芯儀表間相關設備及連接管恢復：換料結束指套管回插后，堆芯儀表間相關設備即可進行恢復，每根電纜、連接管需按解體前編號一一恢復，并將涂抹過NEOLUBE的探測器驅動電纜回裝至驅動單元，恢復堆芯儀表間設備至解體前狀態。

6）機柜檢查及清潔：機柜斷電時，將機柜頂部及周圍灰塵清理，對機柜工控機內每個風扇拆下進行清灰處理，清潔完成后回裝。對讀出控制柜和分配柜內部所有保險管進行通斷檢查，更換性能較差保險管。從讀出控制柜側對探測器同軸電纜進行絕緣測量，絕緣電阻大于100MΩ（250V 檔），分配柜側檢查電源組件繼電器參數符合設置要求。上電后，檢查讀出控制柜交流220V、直流48V 工作正常，光電編碼器供電電源24V 工作正常。檢查結束后，對讀出控制柜內自整角機進行最終調整，探測器至初始位置為1010。

2.3 恢復后驗證階段

該階段為設備恢復后對系統各功能完整驗證階段，驗證試驗合格同時，驗證了大修工作的合格。

1）泄漏探測及電氣機械通道檢查：通過機柜給出指令，驗證密封組件泄漏探測器和指套管泄漏探測器性能合格，主控室泄漏報警功能正常。

2）系統恢復后路游檢查：通過運行預設繪圖程序，驗證系統在正常測量模式、緊急測量模式、參考測量模式3種模式下系統正常運行，探測器無卡澀。

3）探測器坪特性測試：通過預設程序，使探測器進入堆芯并給出線性電壓，求出探測器坪曲線，要求工作電壓大于50V 時探測器斜率小于2%/V，保證探測器性能處于良好狀態。

4）堆芯中子通量圖繪制：分別在0 功率、50%功率、75%功率、100%功率完成堆芯中子通量圖繪制。堆芯中子通量圖的繪制與合格，證明了大修期間對堆芯中子通量測量系統的維護圓滿完成。

3 結束語

筆者自參加工作以來始終負責RIC 堆芯中子通量測量系統的日常維護與大修檢修工作，參與秦二廠1/2 號機組大修數十次，但由于該系統已運行近20 年且大修工作繁雜凌亂，每次大修或多或少會出現一些小問題，導致系統無法正常運行。因此，對中子通量系統大修工作進行了較為細致的梳理，便于今后大修時工作得以井然有序地進行。