基于模块化设计的堆芯中子通量测量系统

2021-04-13黄有骏韦文彬杨戴博王银丽

科技视界 2021年7期

黄有骏韦文彬杨戴博李昆王银丽

（核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都 610041）

0 引言

华龙一号（HPR1000）是我国第一个具有自主知识产权的三代核电堆型，其堆芯中子通量测量系统由中子探测器组件、信号处理柜以及控制柜组成，主要功能是通过测量堆芯中子通量，并结合反应堆其他工况信号实现对燃料组件线功率密度（LPD）、偏离泡核沸腾比（DNBR）、堆芯三维功率分布、燃料组件燃耗等堆芯关键参数的在线监测。

由于三代核电厂数字化仪控系统的设计需要采用模块化的方法，堆芯中子通量测量系统作为仪控系统的重要组成部分在设计时必定要遵守该要求。本文设计多种基础功能插件作为最小模块，根据堆芯中子通量测量系统的功能需求，使用这些成熟和验证过的插件对系统进行快速搭建，这样不但加快系统设计的效率，而且提高系统的可靠性和可维修性。

1 基础功能插件

1.1 系统基础框架

系统采用机箱实现插件承载，机箱采用6U 高14槽标准机箱，插件通过机箱上下两个96 芯针座形式接插件实现快速安装，可以保证插件的更换效率和维修便捷性。机箱分为3 个不同的功能区域，左侧区域是模拟处理部分，主要配置放大卡等专业插件；中间区域是数字处理部分，主要配置主控制器卡、通信卡等数字通用插件，通过AT96 工业总线和自定义I/O 总线进行连接；右侧区域是低压电源，主要功能是为机箱提供冗余的直流电源。系统基础框架如图1 所示。

图1 系统基础框架

1.2 数字通用插件

数字通用插件主要功能特点如下：

（1）主控制器卡：①CPU：AMD LX800；②RAM 空间256 MByte，Flash 空间512 MByte；③5 V 供电；④故障自诊断功能。

（2）RS485 通信卡：①端口数量：4 个（4 线）；②浪涌、ESD 保护功能； ③传输速率：230.4 kbps； ④兼容RS422 功能；⑤故障自诊断功能。

（3）CAN 通信卡：①端口数量：4 个；②浪涌、ESD保护功能；③传输速率：250 kbps；④故障自诊断功能。

（4）以太网通讯卡：①端口数量：2 个（4 线）；②浪涌、ESD 保护功能；③传输速率：10/100 Mbps；④故障自诊断功能。

（5）模拟量输入卡： ①16 路隔离单端输入，精度≤0.5%F.S，温漂≤100ppm/℃；②电流输入范围：0～20 mA；③隔离保护功能；④浪涌、ESD 保护功能。

（6）开关量输出卡：①开关量数量：32 路（干触点信号）； ②开关量输出端口大于3000 VDC 隔离保护功能；③浪涌、ESD 保护功能。

1.3 专业插件

专业插件主要功能特点如下：

（1）放大卡：①测量范围：2.0×10-11～4.5×10-6A；②测量精度如表1 所示。

表1 放大卡电流测量精度

（2）低压电源： ①输入电压：幅值324～396 VDC/198～242 VAC（50 Hz±3 Hz）；②输出电压：+5 VDC（容量10A），±15 VDC（容量各1A）；③监测电压：+5 V 监测电压为（5±0.25）V，±15 V 监测电压（7.5±0.37）V；④纹波：+5 V 纹波≤15 mV（Vp-p）；±15 V 纹波≤10 mV（Vp-p）。