温度仪表在核电厂内的应用

（中国核电工程有限公司 电气仪控所，北京 100840）

温度仪表在核电厂内的应用

范遂，顾燕春

（中国核电工程有限公司 电气仪控所，北京 100840）

对核电厂内温度仪表的分类进行了介绍，结合实际设计工作，从温度仪表实际应用的角度重点对核电厂内的各种温度仪表的使用特点进行了介绍，同时对核级温度仪表的国产化的现状进行了阐述。

温度仪表；核电厂；铂电阻；双金属温度计；压力式温度计

0 引言

核电厂现场测量仪表一般分为压力，温度，流量，液位，分析仪表。温度仪表作为其中的一个重要的组成部分，广泛应用于反应堆保护、事故后监测、重要设备的保护、反应堆控制以及重要信息显示和报警。温度仪表种类众多，掌握好各种温度仪表的使用特点，有助于保证核电站的正常运行和安全。

1 核电站温度仪表的种类

核电站用温度仪表种类众多，可以从以下3方面进行分类:

1）按是否执行安全功能分

核电站温度仪表按是否执行安全功能分为1E级仪表以及NC级仪表。1E级温度仪表执行安全相关功能，即常说的核级仪表。根据RCC-P 90万压水堆核电站系统设计和建造规则的要求[1]，执行下述功能所必需的电气系统和设备定为1E级：

①反应堆紧急停堆。

②安全壳隔离。

③应急堆芯冷却。

④反应堆余热和反应堆厂房的热量的排。

⑤预防事故或限制事故的放射性后果。

其它与安全无关的系统定义为NC级。

2）按信号是否需要远传分

核电站温度仪表按照信号是否需要远传，分为就地仪表以及远传仪表。就地温度仪表均为NC级且无抗震要求，主要用于系统或设备调试，维护以及报警确认；远传仪表包括温度传感器以及开关量仪表，此类仪表完成系统的控制，指示，报警以及事故后监测。

3）按测量原理分

核电站温度仪表按照测量原理，分为热电阻，热电偶，温度控制器，双金属，热敏电阻，温度变送器，压力式温度计。

2 核电厂温度仪表的选型及特点

核电厂温度仪表的设计和采购主要是按照温度仪表测量原理的分类进行的。下文将根据测量原理的分类逐一对各种温度仪表的在核电厂中的使用特点以及使用场合进行说明。

总体来说，核电厂中温度检测元件一般选用PT100铂电阻温度计或热电偶；对于就地指示仪表，根据现场的可接近情况分别选用双金属温度计或压力式温度计；对于仅要求发控制信号的测量选用了温度控制器；通风系统中部分测量环境温度以及风道温度的仪表选用热敏电阻；对于有高精度要求的试验仪表系统选用了温度变送器。

2.1铂电阻温度计

核电站选用的热电阻温度计为PT100的铂电阻温度计。铂电阻温度计是核电站中各种温度仪表中数量最多，应用最广的温度计。以典型三环路压水堆核电站为例，统一供货的铂电阻温度计共有530支。铂电阻温度计广泛应用于核级，非核级功能。

铂电阻温度计具有高精度，高稳定性及重复性，互换性，测量范围内很高的线性，较高的灵敏度，测量系统简

单；相对热电偶，铂电阻温度计响应时间长，体积大，易损坏[2],成本高的特点。

PT100铂电阻温度计还具有较宽的量程范围，A级PT100铂电阻的量程范围可达-100 to +450℃[3]。这个温度范围已经覆盖了核电厂中除堆芯温度以外，核岛内所有场合所要求的温度范围。核电站一回路最高设计温度为360℃。

核级铂电阻温度计需能实现事故工况中及事故后的安全功能。核级铂电阻温度计需通过相应的环境及抗震鉴定，以证明这种能力。铂电阻温度计具有良好的耐事故环境条件的能力，在1979年三里岛事故中，主回路铂电阻温度计在事故后经检查，在精度，动态响应以及完整性方面保持了原有性能[4]。目前给核电站供货的核级温度计必须提供相关的鉴定证明同时接受核安全局的监管。

2.2热电偶

热电偶依据热电原理进行温度测量，热电偶体积小，易于安装，感温元件费用低，适用于宽量程范围的测量，由于为点测量，所以，响应速度快；但热电偶具有热电势低，不灵敏，需冷端补偿，需要专门的补偿电缆，线性没有铂电阻高等缺点。

典型三环路压水堆核电站统一采购的热电偶共有148支,国内核岛内使用的热电偶为镍铬镍铝的K型热电偶而非镍铬镍硅型热电偶, 常规岛使用的是E型热电偶。核岛内的热电偶主要集中在堆芯测量系统，硼伴热系统。

由于热电偶具有很宽的温度测量范围[5]，堆芯燃料组件出口水温测量采用镍铬-镍铝的K型热电偶进行测量，测量范围0～1200℃。由于热电偶为点测量，适用于表面温度测量，所以，在核电站中用于安全壳内混凝土温度的测量，管道表面温度以及一些泵轴承温度的测量。

不同分度号的热电偶对应不同的补偿电缆，不能混用。对于使用热电偶测量较低温度，可以要求在100℃下增加标定点。

2.3双金属以及压力式温度计

双金属以及压力式温度计在核电站中均用于就地温度测量，均为非核级仪表。

为了便于读数，压力式温度计及双金属温度计的表头均要求万向型。温度计的外壳以及表盘的涂装应能满足核电站涂装相关要求。对于使用毛细管的压力式温度计，毛细管可以使操作人员远离强辐照源，可以将表头安装在适于观察的位置，同时也可以将与某一设备相关的就地指示仪集中安装。毛细管的长度不应当过长，应考虑毛细管对响应时间和精度的影响。为了避免毛细管受到机械损坏，毛细管要求带护套保护。应当明确表头的安装方式，如带后边，径向安装等内容。

2.4温度控制器

考虑到核电站的环境特点，同时减少供电电源，核电站使用的温度控制器主要是机械式的温度开关，温度开关提供无源触点信号用于控制及报警。温度开关的使用本身也是核电站多样化控制的一种体现。典型三环路压水堆核电站统一采购的温度开关大致有281块。

部分温度开关利用回差进行控制，回差值应当在技术规格书中明确。目前使用的温度开关一般要求设定值和死区可调。死区可调的温度开关一般最小死区较大，有可能出现无法消除报警的情况，在开关选型和验收过程中需对死区值格外关注。温度开关安装，长期运行后，还有可能出现设定值漂移情况，应根据实际情况合理调整预防性维修周期。

温度开关还需考虑厂房内的防爆要求。核电站内的可燃气体主要是氢气，部分温度开关要求为隔爆型防爆仪表。

2.5热敏电阻

热敏电阻在核电厂现场应用不多，主要是在通风系统以及机柜自带的一些测温仪表中有所应用。核电站内的房间温度一般控制在5～55℃以内[6]，热敏电阻测量范围也就集中该温度范围内。

2.6智能温度变送器

智能温度变送器在就地将热电偶或热电阻信号转变为4-20mA的标准信号进行输出。智能温度变送器具有很高的测量精度，如选用的罗斯蒙特3144型号的变送器，精度可达±0.1 ℃；智能温度变送器采用4-20mA信号输出，可以减少信号干扰，同时DCS机柜可以使用标准的输入卡件。由于智能变送器目前无法满足核电厂的辐照环境，温度变送器在核电厂应用不是很多，主要应用于无辐照要求且要求高精度测量的场合。

3 核级温度仪表国产化的现状

以上各种温度仪表中具有核级要求的仪表研发和制造最能代表一个企业的技术水平和管理水平。国内已经有企业生产的温度仪表通过了核级鉴定试验，但国内电站使用的核级温度仪表尤其是严酷环境条件下使用的核级仪表大多数还是由国外厂商供货。为改变这种现状，建议关注以下几个方面。

3.1核级温度仪表的设备鉴定

核安全法规明确规定核级设备要通过设备鉴定程序证明其能执行要求的安全功能[7]。然而目前国内尚未建立完整的核电标准体系，已供货的设备既有按照法国，美国标准鉴定的，也有按照德国标准鉴定的；国内许多单位可以提供试验设备，但还缺少能提供完整鉴定服务的权威机构；随着三代核电的发展，不同三代堆型的设计参数和要求有着较大的区别，对设备鉴定提出了新的要求。国内的设备鉴定一般由设备供货商独立完成，供货商对于核电标准以及鉴定程序并不是很了解，对于新堆型的设计参数更是无法把握了。在这种情况下，建议供货商积极同电厂设计方或买方合作，共同完成设备鉴定。

Applications of Temperature Instrumentations in Nuclear Power Plants

Fan Sui,Gu Yanchun
（EI&C Division, China Nuclear Power Engineering Co., LTD, Beijing 100840,China）

firstly, types of temperature instruments in NPPs are introduced; secondly, from the perspective of the practical application, the key points of using various temperature instruments based on actual experiences are focused on; lastly, the localization status of safety class temperature instruments are stated.

temperature instrument; nuclear power plant; PT100;bimetallic thermometer;pressure thermometer

TH86

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.014