核仪表系统停堆中子注量率高报警定值自动更新逻辑研究

杨文清，李晓飞，柳文乾，柳继坤

（中广核工程有限公司 核电安全监控技术与装备国家重点实验室，广东 深圳 518172）

0 引言

核仪表系统（RPN）是对反应堆核功率进行连续测量和监视，由于核功率测量范围跨越多个数量级，RPN分为源量程（SR）、中间量程（IR）与功率量程（PR）3个通道，以提高测量精度[1]。

源量程通道用于从装料到初始启动阶段的堆芯中子通量测量，采用涂硼正比计数管作为中子探测器，通过通道输出的计数率表征堆芯通量水平。

通过对某核电厂RPN源量程通道停堆中子注量率高报警逻辑进行分析，发现了该逻辑中报警设定值自动更新功能存在通道投运后，导致报警误触发问题。

提出了两种可行的报警防误触发措施，并对不同措施的优缺点进行了分析。

1 停堆中子注量率高报警

RPN源量程通道设置了停堆中子注量率高报警功能以提醒运行人员反应堆次临界度减小，堆芯存在逼近临界的风险。通过该报警，运行人员可以及时发现堆芯误稀释或控制棒意外抽出。

根据安全分析的结论，当停堆中子注量率高报警阈值设定为当前值的3倍以内时，运行人员有足够的时间对机组状态进行干预[2]。考虑源量程在低通量水平下的计数率统计涨落引起的信号波动[3]，报警设定值一般取当前计数率的2～3倍。

停堆中子注量率高报警的触发逻辑如图1所示，当报警未被手动闭锁、计数率超过报警设定值，同时源量程保护功能未被闭锁时，报警触发。报警通过操作员画面报警信息、报警灯提醒运行人员干预，同时反应堆厂房声响报警喇叭发出报警声，提醒人员撤离[4]。

图1 停堆中子注量率高报警逻辑Fig.1 High flux at shutdown alarm logic

2 报警设定值自动更新逻辑

2.1 启动阶段保护定值手动向上更新

当反应堆启动时，随着正反应性的不断引入，源量程计数率持续增加。在计数率增加过程中，如果自动更新报警设定值，报警设定值将持续大于实测值，导致报警无法触发。因此，在通量上涨阶段，不应自动更新设定值。需要操作员在源量程计数率接近报警定值时，对设定值进行手动更新，手动更新后报警定值设置为当前通道计数率的2.5倍。

功率运行期间，当中间量程测量的电流水平超过P6设定值后，允许闭锁源量程以避免探测器在过高通量水平下工作。除换料后首次临界，正常运行期间，当P6信号出现后，源量程保护功能即被手动闭锁。

2.2 停堆阶段保护定值自动向下更新

反应堆停堆后，由于缓发中子先驱核的衰变，停堆后堆芯中子通量会按照大约-80 s的周期指数下降，直至稳定在次临界增殖平衡水平[5]。当中间量程测量的电流水平降低至P6信号设定值以下时，源量程通道自动投运，此时源量程通道的计数率仍呈指数下降趋势。图2为某PY机组50%FP功率平台跳堆试验后，源量程投运后的计数率趋势。

图2 停堆后源量程自动投运Fig.2 SRC Automatic re-used after reactor trip

由于停堆后计数率的持续下降，为实现保护的即时性，系统会在报警设定值超过当前计数率的2.8倍（2.50×1.12）时，触发自动更新。自动更新后，报警定值设定为当前计数率的2.5倍。通量下降阶段的自动更新功能确保了报警设定值对测量计数率的“动态跟踪”。具体逻辑如图3所示。

图3 停堆中子注量率高报警定值自动刷新逻辑Fig.3 High flux at shutdown set-point updating logic

2.3 源量程自动投运后报警误触发分析

源量程探测器采用涂硼正比计数管，探测器需要在一定高压下工作。在外部中子注量率不变的情况下，探测器计数率与高压的曲线称为探测器高压坪曲线[6]，如图4所示。

图4 源量程探测器高压曲线Fig.4 SRC Detector high voltage curve

从高压坪曲线可以看出，在探测器高压超过一定幅值后，探测器才有计数率输出，且随着高压接近工作电压，计数率持续增加。

P6信号消失，源量程投运后，探测器高压逐渐恢复至工作电压。在探测器高压恢复过程中，源量程计数率按照高压曲线趋势从量程下限逐渐增加。

在高压建立的初始阶段，源量程计数率较低，计数率的2.8倍小于闭锁前报警设定值。触发报警设定值自动刷新逻辑，设定值从源量程闭锁前的较高水平刷新至低值。随着高压建压过程持续，源量程计数率持续增长，直到达到当前通量水平计数率（约105cps量级）。在计数率增长过程中，停堆中子注量率高报警触发。

根据以上分析，在机组正常下行停堆或意外跳堆后，由于报警设定值自动刷新逻辑的存在，源量程自动投运会导致停堆中子注量率高报警触发。误触发的报警对于操作员而言是一种干扰信息，会影响操作员对机组状态的正常判断，尤其是在机组意外跳堆后的瞬态阶段，误报警可能会干扰正在执行的事故规程。

据反馈，国内某三代机组在首次临界后的零功率物理试验期间，因为该原因误触发了停堆中子注量率高报警。

3 停堆中子注量率高误报警避免措施

针对停堆中子注量率高报警的目的和适用阶段进行讨论，提出如下避免措施。

3.1 运行行政管理

停堆中子注量率高报警的设定目的是提醒操作员在停堆状态下异常正反应性引入，当机组准备启动时，该报警的“停堆状态”假设已不存在。此时引入正反应性是为了使机组达到临界状态，在此过程中，中子注量率的增加是预期内事件，因此停堆中子注量率高报警对临界过程已无必要。

图5 源量程投运后延时启用报警Fig.5 Alarm enabled delay after SRC re-used

为减少操作员不必要的报警定值手动更新，可在机组正常启动前通过RPN机柜钥匙对报警进行闭锁，报警闭锁后，相应保护功能由源量程中子注量率高触发停堆实现。

机组计划停堆或意外跳堆后，由于中子注量率持续缓慢下降，此时未达到“稳定停堆”状态。当源量程计数率达到停堆状态的稳定计数率后，先手动更新报警定值，再通过钥匙重新投运停堆中子注量率高报警。

3.2 设定值刷新逻辑优化

由于源量程探测器投运涉及高压建压过程，因而考虑在建压过程中闭锁报警。建压结束，计数率已恢复至较高水平后，通过脉冲信号刷新一次计数率。

图6 报警设定值更新逻辑优化Fig.6 Optimization of alarm set-point updating logic

源量程重新投运后，延时10s生效中子注量率高报警，即使报警设定值在建压过程被刷到低值，10s内也不会触发报警。

探测器高压丢失信号的消失表明建压过程已完成，探测器计数率已恢复。高压丢失信号消失后，延时3s（足够时间使高压稳定）触发一个脉冲刷新报警定值，可将建压过程自动刷低的设定值重新刷高。

以上优化在不影响原有自动刷新逻辑的前提下，避免了源量程重新投运后报警因为建压过程误触发。

3 .3 两种措施比较

通过运行行政管理，避免报警误触发的方式与目前二代机组运行规程的要求一致，无需修改逻辑。其缺点是每次启动需要人为闭锁报警，每次停堆后需要先手动刷新定值，再人为解锁报警。报警的闭锁在某种程度上减少了保护的覆盖范围。

设定值刷新逻辑优化可从源头解决报警误触发问题，无需再对报警进行闭锁，相当于扩展了保护的覆盖范围。

4 结束语

从源量程中子注量率高报警设置的目的来看，运行行政管控措施是可行的，该措施可完全避免报警误触发。从源量程工作原理出发，增加报警延时生效与建压后刷新逻辑可从源头解决误触发问题。两种措施的选择应根据技术规格书及事故分析对报警可用性的要求进行。