鉑自給能探測(cè)器在反應(yīng)性調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用

王 萌，于 超，張 璁，林 熙，廖明軍

（中核核電運(yùn)行管理有限公司維修五處，浙江嘉興 314300）

0 引言

秦山第三核電站的RRS（Reactor Power Regulation System，反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)）采用自給能探測(cè)器鉑探測(cè)器和釩探測(cè)器對(duì)堆芯功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。堆芯LZC（liquid zone control system，液體區(qū)域控制系統(tǒng)）的14 個(gè)區(qū)域中每個(gè)區(qū)域有兩個(gè)鉑探測(cè)器，正常情況下取它們的平均值作為控制用。因此，共有28 個(gè)鉑探測(cè)器用于RRS 調(diào)節(jié)，從這些探測(cè)器來(lái)的信號(hào)經(jīng)放大后送給電站計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)處理以確定給與維持所要求的總功率所需要的調(diào)節(jié)參數(shù)，而且其對(duì)功率變化是瞬時(shí)響應(yīng)的。系統(tǒng)能夠以平均約1.5%的精度預(yù)計(jì)平均區(qū)域中子通量密度，以及以約3.5%的精度預(yù)計(jì)高功率區(qū)域的管道功率。反應(yīng)堆總體功率控制回路包括3個(gè)過(guò)程：中子通量測(cè)量信號(hào)的讀入和校準(zhǔn)、功率偏差的計(jì)算、反應(yīng)性裝置的控制。區(qū)域功率的控制回路包括3 個(gè)過(guò)程：鉑中子通量探測(cè)器的讀數(shù)和區(qū)域校準(zhǔn)、差分信號(hào)的計(jì)算和區(qū)域控制的接通、反應(yīng)性裝置的控制。

1 鉑自給能探測(cè)器的結(jié)構(gòu)及工作原理

自給能探測(cè)器由發(fā)射體、絕緣體、收集體及電纜等組成。鉑自給能探測(cè)器由Pt 發(fā)射體、MgO 絕緣體、核級(jí)Inconel 收集體制成，鉑自給能探測(cè)器如圖1 所示。

圖1 鉑自給能探測(cè)器

核反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的中子被發(fā)射體Pt 原子核俘獲后，Pt 原子核被激發(fā)形成復(fù)合核，復(fù)合核的存在極不穩(wěn)定，會(huì)以產(chǎn)生γ 射線的形式退激，γ 射線與探測(cè)器材料發(fā)生康普頓散射、光電效應(yīng)以及電子對(duì)生成效應(yīng)產(chǎn)生電子，電子在鉑探測(cè)器內(nèi)定向移動(dòng)形成電流I，此時(shí)電流的大小正比于核反應(yīng)產(chǎn)生的中子通量。因此，測(cè)量電流I 可以判斷此時(shí)堆內(nèi)核反應(yīng)的中子通量，即此時(shí)反應(yīng)堆的功率。由于這一過(guò)程是在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，所以鉑自給能探測(cè)器對(duì)中子場(chǎng)變化的響應(yīng)是瞬時(shí)的。

2 RRS 鉑自給能探測(cè)器的工作回路

RRS 中鉑自給能探測(cè)器的工作回路如圖2 所示。

圖2 RRS 鉑自給能探測(cè)器工作回路

鉑自給能探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)與所在區(qū)域中子通量成正比的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電纜送到設(shè)備間I/U 轉(zhuǎn)換放大器，經(jīng)過(guò)其放大處理，送出兩路0.5～4.5 V 直流電壓信號(hào)，分別送到X 側(cè)的電站計(jì)算機(jī)和備用的Y 側(cè)的電站計(jì)算機(jī)中，在電站計(jì)算機(jī)中對(duì)不同的探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行不同的處理。鉑探測(cè)器信號(hào)主要應(yīng)用在用于反應(yīng)堆功率控制和階躍降功率（STEPBACK）程序中。堆芯鉑探測(cè)器AI 信號(hào)的有效范圍是0～1.5 FP。鉑探測(cè)器的信號(hào)只在較高的功率水平（大于0.1 FP）才比較準(zhǔn)確。中子功率的測(cè)量是快速的，但是由于讀到的只是某個(gè)點(diǎn)的通量，所以讀數(shù)易受干擾。而釩自給能探測(cè)器器有180 s 的延遲，讀到的也是各個(gè)點(diǎn)的通量，但能提供各個(gè)區(qū)域的信息。

3 RRS 鉑自給能探測(cè)器的安裝組件

探測(cè)器組件的毛細(xì)導(dǎo)管中安裝著鉑自給能探測(cè)器。在秦三廠的重水堆（CANDU6）中，有26 個(gè)垂直方向安裝的自給能探測(cè)器組件和7 個(gè)是水平方向安裝的自給能探測(cè)器組件。共33 個(gè)自給能探測(cè)器組件，每個(gè)組件有11 個(gè)毛細(xì)導(dǎo)管，意味著每個(gè)組件可以最多安裝11 個(gè)探測(cè)器。用于反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)的28 個(gè)鉑探垂直安裝于探測(cè)器毛細(xì)導(dǎo)管中，為保護(hù)探測(cè)器及其相關(guān)電纜，探測(cè)器的毛細(xì)導(dǎo)管中充以氦氣并密封。探測(cè)器組件連同導(dǎo)向管是在工廠里組裝的，這樣可以充以純凈的氦氣并進(jìn)行氣密封焊，以保證探測(cè)器可得到最大的初始保護(hù)，防止可能因污染而引起的腐蝕。安裝在毛細(xì)導(dǎo)管中的每個(gè)探測(cè)器都可以獨(dú)立地進(jìn)行更換，便于單個(gè)探測(cè)器性能下降時(shí)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換。

4 RRS 鉑自給能探測(cè)器的校正

通常RRS 參數(shù)ADAF的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為-0.04×Pthm（熱功率）。RRS 參數(shù)A*DiF（14 個(gè)，每個(gè)區(qū)域一個(gè)）的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為0。但是由于儀表的漂移、鉑探測(cè)器的燃耗、鉑探測(cè)器測(cè)量的是局部通量，因此鉑探測(cè)器的測(cè)量信號(hào)與相應(yīng)LZC 區(qū)域的實(shí)際平均通量（功率）有一定的偏差，當(dāng)偏差較大時(shí)，就必須校正探測(cè)器。

4.1 RRS 鉑探測(cè)器通道A/C 偏差大校正

在高功率下日常堆芯監(jiān)測(cè)時(shí)，若兩個(gè)鉑探測(cè)器（A/C 通道）偏差值≥0.03 FP 的區(qū)域個(gè)數(shù)≥1，則執(zhí)行RRS 鉑探測(cè)器通道A/C 偏差大校正。將需要校正的探測(cè)器信號(hào)校正到等于本區(qū)另一個(gè)通道的探測(cè)器信號(hào)（即A/C 信號(hào)相等），每次只校正一個(gè)區(qū)的一個(gè)探測(cè)器。必須分多步調(diào)節(jié)，每步調(diào)節(jié)電壓幅度不超過(guò)0.08 V（3%FP），中間間隔10 min，等待單區(qū)LZC 水位和探測(cè)器信號(hào)穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次調(diào)節(jié)。校正時(shí)還需要注意以下2 點(diǎn)：

（1）鉑探測(cè)器在線校正會(huì)短時(shí)間影響區(qū)域功率，引起LZC區(qū)域液位變化。對(duì)鉑探測(cè)器校正時(shí)，應(yīng)密切監(jiān)視LZC 相關(guān)區(qū)域水位，并密切監(jiān)視和確保ROPT 有足夠的裕量，如果ROPT 裕量小于4%，及時(shí)降低反應(yīng)堆功率，保證ROPT 裕量大于4%。

（2）如果斷開(kāi)鉑探測(cè)器的WIBA，可能導(dǎo)致LZC 液位大幅變化甚至區(qū)域排空，改變ROPT 裕量，甚至引發(fā)停堆、停機(jī)。應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)程要求，不斷開(kāi)鉑探測(cè)器的WIBA。

4.2 RRS 鉑探測(cè)器精確校正

若出現(xiàn)1 個(gè)或者多個(gè)區(qū)域的通道A/C 探測(cè)器信號(hào)偏差大于0.04 FP，則需先執(zhí)行RRS Pt 探測(cè)器通道A/C 偏差大校正，減小該區(qū)域A/C 探測(cè)器信號(hào)的偏差。再進(jìn)行鉑探測(cè)器精確校正。當(dāng)符合下列任何一個(gè)條件時(shí)，需要精確校正RRS 鉑探測(cè)器：①ADAF修正值≤-0.058 FP；②ADAF修正值≥-0.02 FP；③|A*DiF|>0.06 FP 的區(qū)域個(gè)數(shù)≥1；④|A*DiF|>0.04FP 的區(qū)域個(gè)數(shù)≥4；⑤RRS Pt 探測(cè)器信號(hào)超過(guò)1.05 FP 的區(qū)域個(gè)數(shù)≥4；⑥RRS Pt 探測(cè)器信號(hào)超過(guò)1.07 FP 的區(qū)域個(gè)數(shù)≥2。ADAF修正值見(jiàn)式（1）：

式中 ADAF——平均RRS 鉑探測(cè)器信號(hào)的熱功率校正因子

A*DiF——區(qū)域功率偏差校正因子

鉑探精確校正應(yīng)注意以下3 點(diǎn)：①斷開(kāi)或恢復(fù)單個(gè)Pt 探測(cè)器在DCCX 上的WIBA 會(huì)影響區(qū)域功率，引起LZC 區(qū)域液位變化。斷開(kāi)Pt 探測(cè)器WIBA 前應(yīng)確認(rèn)受影響的ROPT 探測(cè)器有足夠裕量，恢復(fù)DCCX 上的WIBA 前，應(yīng)確認(rèn)DCCY 上該探測(cè)器的校正偏差<0.01 FP，斷開(kāi)或恢復(fù)WIBA 要保證足夠的等待時(shí)間，密切監(jiān)視LZC 相關(guān)區(qū)域水位并密切監(jiān)測(cè)和確保ROPT 裕量足夠，如果ROPT 裕量<4%則及時(shí)降低反應(yīng)堆功率，保證ROPT裕量>4%；②斷開(kāi)同一堆芯區(qū)域2 個(gè)Pt 探測(cè)器的WIBA，會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域功率失去控制，可能觸發(fā)反應(yīng)堆SETBACK 或STEPBACK 甚至直接導(dǎo)致停堆系統(tǒng)ROPT 保護(hù)動(dòng)作，每次只準(zhǔn)許記錄、計(jì)算和校正1 個(gè)Pt 探測(cè)器；③在校正過(guò)程中，禁止進(jìn)行升/降LZC 水位的操作。

5 RRS 鉑自給能探測(cè)器的性能檢查

絕緣阻抗和電容是鉑自給能探測(cè)器性能檢查時(shí)兩個(gè)重要的參數(shù)。影響鉑探測(cè)器穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素還有探測(cè)器組件中的氦氣環(huán)境。

5.1 鉑自給能探測(cè)器的絕緣阻抗

鉑探的絕緣阻抗<106Ω 時(shí)，會(huì)有較大的漏電流淹沒(méi)此時(shí)的信號(hào)電流，從而導(dǎo)致鉑探故障。在室溫條件下，一個(gè)全新的無(wú)輻照的鉑探測(cè)器的絕緣阻抗應(yīng)>1013Ω；而在400 ℃時(shí)，其絕緣阻抗應(yīng)>108Ω[1]。為便于對(duì)鉑探測(cè)器進(jìn)行故障診斷，在裝入堆芯前后要對(duì)探測(cè)器的絕緣阻抗進(jìn)行測(cè)試。裝入堆芯后，高阻儀不能用來(lái)測(cè)量被輻照后鉑探的絕緣阻抗，此時(shí)通過(guò)串聯(lián)一個(gè)1 MΩ 的電阻到鉑探測(cè)器，按下鉑探放大器的“SOURCE Ω TEST”按鈕的同時(shí)用多用表測(cè)量鉑探放大器的輸出電壓Vt；松開(kāi)鉑探放大器的“SOURCE Ω TEST”按鈕后再次測(cè)量其輸出電壓V0。此時(shí)，鉑探絕緣阻抗RS：

RS<108Ω 時(shí)鉑探性能下降。此項(xiàng)工作每半年進(jìn)行一次，記錄鉑探阻抗，預(yù)測(cè)探測(cè)器的壽命，并及時(shí)更換性能下降的探測(cè)器，保證反應(yīng)堆正常穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 鉑自給能探測(cè)器的電容

電容是影響鉑探正常運(yùn)行的另一個(gè)重要參數(shù)，電容值應(yīng)在出廠值的±0.10 nF 范圍內(nèi)[2]。對(duì)鉑探測(cè)器電容值的測(cè)量可作為探測(cè)器故障檢查的重要手段。通過(guò)測(cè)量電容可以判斷探測(cè)器各個(gè)部件之間連接是否緊密可靠。絕緣電阻RS較大同時(shí)分布電容較低接近為0，此時(shí)鉑探測(cè)器各個(gè)部件的連接處存在接觸不良或斷開(kāi)的現(xiàn)象。

5.3 鉑自給能探測(cè)器的氦氣壓力

出于對(duì)探測(cè)器及其接頭的保護(hù)作用，高純氦氣（99.99%）被充在探測(cè)器組件中。反應(yīng)堆調(diào)試時(shí)，氦氣壓力這一重要的參數(shù)需要被檢測(cè)。若探測(cè)器組件各部件連接處斷開(kāi)，則氦氣有泄漏，此時(shí)氦氣壓力偏低。需要緊固連接處甚至更換探測(cè)器組件或密封圈，并繼續(xù)給探測(cè)器組件中充高純氦氣。反應(yīng)堆投入運(yùn)行后，定期對(duì)探測(cè)器組件中的氦氣壓力做預(yù)防性檢查，當(dāng)壓力<0.035 MPa時(shí)，要在探測(cè)器組件內(nèi)充高純氦氣以滿足對(duì)探測(cè)器及其接頭的保護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

鉑自給能探測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)和所在區(qū)域中子通量密度成比例的輸出信號(hào)。一個(gè)線性放大器將探測(cè)器輸出電流變換成電壓信號(hào)。這個(gè)放大器有0～150%滿功率信號(hào)的輸出量程。每個(gè)中子通量密度探測(cè)器組件包括一個(gè)長(zhǎng)外套管，外套管中插有12 個(gè)鋯導(dǎo)向管用以插入直線單體可更換式自給能探測(cè)器，其中一個(gè)導(dǎo)向管也可插入移動(dòng)式中子通量密度探測(cè)器，以便對(duì)自給能探測(cè)器進(jìn)行絕對(duì)校準(zhǔn)。RRS 鉑探測(cè)器性能可靠、穩(wěn)定，實(shí)時(shí)監(jiān)視LZC14個(gè)區(qū)域的堆芯功率，履行其“安全衛(wèi)士”的使命。