新型核電廠堆外核測(cè)系統(tǒng)校正因子探究

【摘要】核電廠的堆外核測(cè)系統(tǒng)（NIS）主要功能為監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率和提供反應(yīng)堆保護(hù)信號(hào)。NIS系統(tǒng)信號(hào)傳遞及處理過(guò)程較為復(fù)雜，在與實(shí)際功率對(duì)應(yīng)的過(guò)程中是利用校正因子經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。在反應(yīng)堆啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，需要進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)以修改校正因子，使NIS系統(tǒng)真實(shí)反映反應(yīng)堆內(nèi)的實(shí)際情況。因此探究NIS系統(tǒng)各校正因子的設(shè)置過(guò)程，保證校正因子設(shè)置的正確性，對(duì)于確保NIS相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】核電廠；堆外核測(cè)；校正因子

1、引言

核電廠的堆外核測(cè)系統(tǒng)（NIS）可在整個(gè)功率運(yùn)行量程內(nèi)，通過(guò)監(jiān)測(cè)中子的泄漏率來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率。NIS系統(tǒng)提供反應(yīng)堆功率水平、功率分布和功率變化率的顯示，提供反應(yīng)堆啟動(dòng)和超功率保護(hù)。本文以國(guó)內(nèi)某新型核電廠為例，詳細(xì)探究核測(cè)系統(tǒng)相關(guān)校正因子的設(shè)置過(guò)程。

2、NIS系統(tǒng)概述

堆外核測(cè)系統(tǒng)是PMS的一個(gè)子系統(tǒng)，由4個(gè)相同且獨(dú)立的序列組成。每個(gè)序列包含源量程、中間量程、功率量程三個(gè)通道。每個(gè)序列主要設(shè)備包括探測(cè)器、前置放大器、核測(cè)機(jī)柜、核測(cè)處理器等，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2-1所示。

3、堆外核測(cè)系統(tǒng)信號(hào)處理過(guò)程

3.1源量程信號(hào)處理

源量程探測(cè)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理的基本處理流程大致如圖3-1所示。

3.2中間量程信號(hào)處理

中間量程探測(cè)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，在前置放大器中進(jìn)行放大后分成兩路，一路經(jīng)過(guò)脈沖幅度甄別后送至NIC機(jī)柜；另一路生成MSV（Mean Square Voltage，均方電壓）信號(hào)，再分成兩路送至NIC機(jī)柜。中間量程探測(cè)器信號(hào)基本處理流程大致如圖3-2所示。

3.2.1脈沖信號(hào)處理

選擇模塊輸出的計(jì)數(shù)率CRSE，需要轉(zhuǎn)換成功率CRPI，公式為：

脈沖功率轉(zhuǎn)換系數(shù)KCRI可以通過(guò)MTP設(shè)置。假定100%功率時(shí)探測(cè)器處中子通量為5×109nv，而探測(cè)器的靈敏度為0.2cps/nv，可得出1cps相當(dāng)于10-7%功率，則KCRI=0.2。

3.2.2 MSV信號(hào)處理

選擇模塊輸出的MSV電壓MSVS，需要轉(zhuǎn)換成功率MSVP，即對(duì)MSV信號(hào)進(jìn)行平方運(yùn)算，得到泊松分布統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)的平均值，然后再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)，公式為：

MSVP = K1MS*（MSVS）2

MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)K1MS可以通過(guò)MTP設(shè)置，需要根據(jù)100%功率時(shí)IRPM輸出的MSV電壓進(jìn)行確定。

3.2.3功率加權(quán)運(yùn)算

由于脈沖信號(hào)和MSV信號(hào)采用兩種不同的方式進(jìn)行處理，不能直接通過(guò)閾值比較器進(jìn)行選擇，而需要進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，使兩種信號(hào)在一定區(qū)段內(nèi)平穩(wěn)切換。設(shè)定兩種信號(hào)的過(guò)渡區(qū)段下限為KSLC、上限為KSUC，當(dāng)脈沖信號(hào)CRSE在過(guò)濾區(qū)段內(nèi)時(shí)，權(quán)重因子WRSF的計(jì)算公式為：

權(quán)重因子WRSF的范圍為0～1，表示MSV信號(hào)所占權(quán)重，而脈沖信號(hào)所占權(quán)重為（1-WRSF）。如果CRSE≤KSLC，則WRSF=0；如果CRSE≥KSUC，則WRSF=1。中間量程輸出功率信號(hào)SIRP的計(jì)算公式為：

3.2.4熱功率校準(zhǔn)

中間量程輸出的功率信號(hào)SIRP，可以通過(guò)增益/偏置環(huán)節(jié)，確保與熱功率一致，公式為：

式中，NE002為中間量程最終功率輸出。增益系數(shù)G和偏置系數(shù)O可以通過(guò)MTP設(shè)置。初始增益系數(shù)為1、偏置系數(shù)為0。一般保持偏置系數(shù)為0，僅調(diào)整增益系數(shù)。

3.2.5啟動(dòng)率計(jì)算

NIS處理器在計(jì)算中間量程功率信號(hào)的同時(shí)，也計(jì)算功率變化率，即啟動(dòng)率SUR。啟動(dòng)率計(jì)算公式為，τ60和τ61可以通過(guò)MTP設(shè)置。

脈沖功率信號(hào)計(jì)算得到啟動(dòng)率CRRC，MSV功率信號(hào)計(jì)算得到啟動(dòng)率MSRC，同樣進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到最終SUR，公式為：

3.3功率量程信號(hào)處理

功率量程通道不含前置放大器，其信號(hào)基本處理流程大致如圖3-3所示。

3.3.1功率轉(zhuǎn)換

上部和下部通道經(jīng)過(guò)V/I轉(zhuǎn)換后的電流值，需要分別轉(zhuǎn)換成功率，公式為：

式中：NE004和NE003—上部和下部V/I轉(zhuǎn)換后的電流值，單位μA；

UDPI和LDPI—上部和下部功率轉(zhuǎn)換后的功率值，單位%功率；

KISC—電流/功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位%/μA。上部和下部通道采用同一個(gè)電流/功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，可以通過(guò)MTP設(shè)置，需要根據(jù)堆芯實(shí)際情況進(jìn)行確定。

假定100%功率時(shí)探測(cè)器處中子通量為6.15×108nv，此時(shí)上部和下部通道的功率輸出應(yīng)均為50%，而探測(cè)器的靈敏度為6×10-13A/nv，此時(shí)探測(cè)器輸出電流I=（6.15×108nv）×（6×10-13A/nv）=3.69×10-4A=369μA，可得到電流轉(zhuǎn)換系數(shù)KISC=50÷369=0.1355。

3.3.2密度補(bǔ)償

功率轉(zhuǎn)換系數(shù)僅需要在裝料后或者更換探測(cè)器后進(jìn)行一次設(shè)置，后期利用增益/偏置環(huán)節(jié)進(jìn)行周期性校準(zhǔn)。修正后的功率PRPP-UU和PRPP-LU，需要進(jìn)行密度補(bǔ)償。

密度補(bǔ)償系數(shù)FNA計(jì)算公式為：

式中，A和B是固定參數(shù)，ρ（P，TDC）是下降段冷卻劑密度。P是穩(wěn)壓器壓力的理論值PoNOM和測(cè)量值PPZR中的較大值，TDC=TCOLD（1+τ37s）/[ （1+τ38s） （1+τ39s）]，其中TCOLD是冷端溫度測(cè)量值，參數(shù)τ37、τ38、τ39可以通過(guò)MTP設(shè)置，初始值分別是6.0、1.5、1.5。如果將TE121和TE125設(shè)置為280.55°C，則FNA值為1。

上部和下部通道分別計(jì)算出密度補(bǔ)償系數(shù)，即FNAU和FNAL。將功率值除以密度補(bǔ)償系數(shù)，即得到密度補(bǔ)償后的功率PRPP-UP和PRPP-LO。

3.3.3 功率計(jì)算

以UDIRD10和LDIRD10分別表示送至NIS處理器的上部和下部電壓，總功率PRPP為：

軸向功率偏差DION為：

總結(jié)：

根據(jù)電廠技術(shù)規(guī)格書的監(jiān)督要求，堆外核測(cè)系統(tǒng)需要在啟動(dòng)過(guò)程及運(yùn)行后一定間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行熱平衡計(jì)算、AFD比較和AFD校準(zhǔn)等相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)的主要目的是在MTP或SD中重新設(shè)置NIS系統(tǒng)的相關(guān)校正因子，使得堆外核測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量信號(hào)能真實(shí)反映堆內(nèi)實(shí)際情況。由于NIS系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)AP1000功率和提供保護(hù)信號(hào)的重要功能，因此探究校正因子設(shè)置過(guò)程，保證校正因子正確性，對(duì)于NIS系統(tǒng)的正常實(shí)現(xiàn)，AP1000機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]核電培訓(xùn)教材《堆外核測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能》.

作者簡(jiǎn)介：

尹志濤，中核遼寧核電有限公司，工程師，生產(chǎn)準(zhǔn)備處技術(shù)支持科。