第三代AP1000核電站源量程通道信號調(diào)理技術(shù)介紹

薛莉炯

摘 要：堆外核測系統(tǒng)是核電站重要的核安全級系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正常運行為核電站提供了重要的安全保障。本文重點介紹堆外核測源量程通道信號調(diào)理技術(shù)在第三代AP1000核電站中的應(yīng)運。

關(guān)鍵詞：堆外核測；源量程；信號調(diào)理；死區(qū)補償

1 系統(tǒng)功能概要

第三代核電站堆外核測儀表系統(tǒng)是核電站重要的核安全級系統(tǒng)，它是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)中的一部分，是唯一能夠直接監(jiān)測核電站核功率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的正常運行為核電站提供了重要的安全保障

堆外核測系統(tǒng)有三個量程，它們被稱為源量程，中間量程和功率量程，每個量程都有自己獨特的信號處理方式。AP1000核電站源量程通道信號調(diào)理方式與二代及二代半核電有較大差別。本文將重點介紹堆外核測源量程通道信號調(diào)理技術(shù)在AP1000核電站中的應(yīng)運。

2 源量程通道信號調(diào)理

源量程通道用于低功率階段的中子通量監(jiān)測，為反應(yīng)堆正常運行提供了強有力的安全保障。探測器采用高靈敏度的BF3正比計數(shù)管，管內(nèi)填充BF3氣體。根據(jù)探測器設(shè)備特性與反應(yīng)堆物理特性，決定了信號的類型與特點，因此需采用專用的信號調(diào)理技術(shù)。信號處理流程如下圖所示：

2.1雙甄別閾處理技術(shù)

源量程探測器工作于低功率階段，此階段內(nèi)γ射線干擾較大，影響了中子通量測量，因此需特定的甄別處理技術(shù)予以處理。

傳統(tǒng)的二代加核電站普遍采用單甄別閾處理技術(shù)，通過合理設(shè)置甄別電壓，可甄別掉低于該電壓的γ干擾脈沖。AP1000核電站則采用雙甄別閾處理技術(shù)，設(shè)置高低兩個甄別閾值，低甄別閾可甄別掉低于該電壓的γ干擾脈沖，高甄別閾值可留下能量較高的γ堆積干擾脈沖，通過兩者相差，得到更精確的中子脈沖。如下圖所示：

兩個甄別器將脈沖分成三個部分： Aγ引起的低脈沖、B中子引起的脈沖、C能量較高的γ脈沖。A和C為干擾脈沖，B是我們需要的中子脈沖。通過低甄別閾的脈沖為 =B+C，通過高甄別的脈沖為C。因此中子脈沖為：

中子脈沖=低甄別脈沖-高甄別脈沖=（B+C）-C=B

2.2品質(zhì)因子檢查技術(shù)

在脈沖調(diào)理過程中，將實時計算脈沖品質(zhì)因子，品質(zhì)因子合格則進(jìn)行下一步處理，若不合格則標(biāo)記為壞點，禁止進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。每個品質(zhì)因子單元有三個輸入，低甄別脈沖；高甄別脈沖、高低甄別脈沖之差。品質(zhì)因子為高低甄別脈沖之差與低甄別脈沖之比，若品質(zhì)因子小于其設(shè)定值，系統(tǒng)將產(chǎn)生報警。

2.3脈沖采樣技術(shù)

源量程通道將探測到的脈沖信號分為兩類脈沖，一類為高頻脈沖，另一類為低頻脈沖，高頻脈沖設(shè)置為低頻脈沖的10倍。如此設(shè)置一方面是為滿足保護(hù)系統(tǒng)信號處理的量程；另一方面在不同功率水平采用不同的采樣周期，可提高信號采樣精度。

2.3.1低頻脈沖采樣

在低頻階段，采取兩種采樣方式：1 固定脈沖個數(shù)采樣（KC）；2固定時間采樣（KT）。兩種方式同時采樣，根據(jù)先到原則，哪種方式率先完成一個周期內(nèi)的計數(shù)，則選擇該方式。舉例說明如下：

例一： 如反應(yīng)堆功率P=1cps，KC設(shè)置為15，KT設(shè)置為10s。

方式一，采樣周期T1=KC/P=15s；

方式二，采樣周期T2=KT即為10s。

根據(jù)先到原則，T2比T1更快，則選擇方式二采樣方式。

2.3.2高頻脈沖采樣

在高頻階段，中子通量較高，不需延長采樣時間，可直接將處理器運算周期作為脈沖計數(shù)周期。

2.4高頻脈沖死區(qū)補償技術(shù)

BF3探測器產(chǎn)生的脈沖寬度是有限的，且為隨機產(chǎn)生。在高中子通量階段，兩個同時產(chǎn)生的脈沖可能會非常接近，導(dǎo)致系統(tǒng)無法甄別，因此需死區(qū)補償技術(shù)。在低頻階段，脈沖相距較遠(yuǎn)，重疊可能性較小，不需要死區(qū)補償。

通過計算可以得到丟失脈沖權(quán)重，其計算公式為：

實際計數(shù)率=測量計數(shù)率CPS /（1-丟失脈沖權(quán)重）。

例如：測量計數(shù)率為500，000CPS，，經(jīng)計算丟失脈沖權(quán)重為0.1，

則修正計數(shù)率=500000/[1-0.1]=55555.56

其中，多出來的5555.56cps為恢復(fù)脈沖。若不采用此處理環(huán)節(jié)，將直接導(dǎo)致計算得到的中子通量與實際情況不符，對電站的安全性與經(jīng)濟(jì)性會造成較大危害。

2.5高低頻脈沖選擇

高頻脈沖與低頻脈沖經(jīng)過各自的信號調(diào)理后，將一同進(jìn)入高低頻脈沖選擇器。該選擇器設(shè)置一個固定參數(shù)，低于該參數(shù)時選擇低頻脈沖信號，若高于該參數(shù)則選取高頻脈信號。經(jīng)過二選一后，選擇得到的信號將送往保護(hù)系統(tǒng)參與保護(hù)與專設(shè)安全設(shè)施功能。該固定參數(shù)將由反應(yīng)堆物理特性與探測器設(shè)備特性共同決定。

3總結(jié)

總之，以上信號調(diào)理方式均為AP1000核電站堆外核測源量程通道中的重要環(huán)節(jié)，源量程通道信號較為微弱，易受周圍環(huán)境干擾。其信號調(diào)理技術(shù)的運用一直以來都是核電站安全運行中的重點與難點，正確的理解與運用該技術(shù)將會極大的提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，從而提高了核電站的安全性與經(jīng)濟(jì)性。