压水堆核电厂启停过程中堆外核测仪表应用分析

陈思明 石雪峰 修璐倩

摘 要：依据压水堆核电厂堆外核测仪表的测量原理，分析各级仪表在反应堆启停过程中的变化趋势，给出仪表在反应堆临界、提升功率中的应用方案。

关键词：压水堆；核测仪表；反应性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.089

1 压水堆核电厂堆外核测仪表

堆外核测仪表系统（RPN）的功能是连续监测反应堆功率、功率水平和功率分布的变化。为此目的，RPN使用了设置在反应堆压力容器外的一系列测量中子注量率的探测器。

测量的模拟信号向反应堆操纵人员提供在堆芯装料、启堆、停堆和功率运行期间的反应堆状态信息。在反应堆启停过程中，RPN系统在控制室和反应堆厂房中给出中子注量率音响指示和报警。RPN系统包括源量程，中间量程及功率量程三级通道用于反应堆控制。

源量程由两个相同而独立的通道组成，提供在停堆及启动期间的冗余注量率信号，探测器测量通量范围10-1～2×105n/cm2.s，可覆盖的量程范围相当于10-9%～10-3%FP。

中间量程由两个相同而独立的通道组成，可提供冗余中子注量率信号。探测器测量2×102～2.65×1010n/cm2.s，可覆盖范围10-6%～100%FP。

功率量程由四个相同的独立通道组成，可提供来自堆芯六段的冗余中子通量信号和一个平均通量信号。探测器测量5×102～2×109n/cm2.s范围的中子通量，即10-6～200%FP。

所有仪表的量程可提供运行期间所需要的超功率反应堆的停堆保护。仪表量程互相覆盖以保证由源量程开始通过中间量程到达高功率水平的连续反应堆控制和保护。通過比较来自四个功率量程通道的中子注量率测量值，当水平倾斜超过了目标值时，出发报警。连续的启动运行或功率逐步提高需要在较低量程水平的停堆由操纵人员手动闭锁以前，从下一个较高量程仪表通道送来一个允许信号。当降功率时停堆保护自动复位。

2 堆外核测仪表工作原理

源量程探测器为硼衬基正比计数管，计数管内充以氩气（Ar）和少量的二氧化碳（CO2）。核反应产生的锂离子和α粒子使氩气电离，产生电子和正离子。在外电场的作用下，电子和正离子分别向阳极和阴极运动，形成电脉冲（称α脉冲）。γ射线也产生电脉冲，但其幅值较小，可用甄别放大器将它和反应堆内其它的γ射线产生的小幅度脉冲滤除，只放大α脉冲，从而得到只与中子通量成比例的计数。

中间量程探测器为γ补偿电离室，它由两个电离室组成。外环电离室的内壁涂硼，称涂硼电离室。γ补偿电离室有3个电极：与高压正极相连的称正高压电极，与补偿电压的负极相连的称负高压电极，两电离室之间的极板通过负载电阻R接地，称为收集电极。各电极之间是绝缘的。探测器的电流信号被放大并转换为电压信号（0到10V）后传输到中间量程通道的CPU进行计算和处理，同时被放大后的电流信号还被用于产生ATWT信号。

功率量程探测器采用非补偿电离室，有6个敏感段，每段产生一个信号探测器接受到热中子信号后产生小电流信号，这6个电离小室的电流信号分别各自的放大器进行放大处理，之后转换成标准信号送功率量程通道的模拟量信号输入模件进行模数转换，然后将信号送给功率量程通道的CPU进行计算和处理。

RPN冗余保护通道由四个220V交流可靠电源供电，并且设置在实体隔离的4个保护柜中。辅助通道利用来自冗余保护通道的信号。它们设置于一个控制柜中，由220V交流应急电源供电（LNE，交流控制），该电源完全独立于220V交流保护电源。

3 堆外核测仪表在反应堆启停中的应用

从反应堆热停堆工况到提升功率阶段，RPN仪表提供反应性相关参数以供操纵人员进行相关反应性控制。在反应堆临界过程中，源量程仪表最先投入使用，提供反应堆中子计数率（单位CPS），反应性变化周期这两个关键参数，依据这些变化参数进行控制棒和硼化稀释的反应性控制，以使反应堆安全可控达到临界状态。在反应堆功率提升过程中，需要手动闭锁源量程“停堆注量率高”报警，同时也闭锁反应堆安全壳内的喇叭鸣响，执行该操作后，可以检验“通道I注量率高报警闭锁”和“通道II注量率高报警闭锁”报警动作，当中间量程的注量率超过P6时，手动闭锁源量程反应堆紧急停堆。这将切断源量程探测器的高压电源，并禁止“通道I注量率高报警闭锁”和“通道II注量率高报警闭锁”报警。此时，源量程仪表将失效，由中间量程及功率量程仪表提供相关信息。当功率量程的注量率超过P10时，需要手动闭锁“中间量程高中子注量率”和“功率量程低整定值”反应堆紧急停堆信号。

从功率运行到热停堆的过程中，若功率水平低于P10，应当检验“功率量程低整定值高中子注量率”和“中间量程高中子注量率”反应堆紧急停堆的自动恢复。当功率水平低于P6时，检验源量程通道高中子注量率反应堆紧急停堆的自动恢复，源量程通道探测器高压的重新供电及“通道I注量率高报警闭锁”和“通道II注量率高报警闭锁”报警的动作。在反应堆启停过程中，RPN系统还提供中子注量率高触发反应堆紧急停堆、中子注量率变化快时触发反应堆紧急停堆、产生允许信号，使反应堆保护适应实际运行工况，保证反应堆的正常运行。

参考文献：

[1]王哲.核仪表系统手册[G].北京：中国核电工程有限公司，2015.

作者简介：陈思明（1985-），男，福建人，本科，工程师，研究方向：核电厂运行。