姚 彤，蔡昊廷，黃 靖

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)是堆芯測(cè)量系統(tǒng)（RIC）的3 個(gè)子系統(tǒng)之一，測(cè)量反應(yīng)堆堆芯中子通量分布數(shù)據(jù)，結(jié)合從集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（KIT）接收到的其他數(shù)據(jù)（1/2 環(huán)路冷熱段溫度與流量、堆芯溫度、主回路壓力、堆外核測(cè)儀表系統(tǒng)（RPN）功率量程探測(cè)器電流、控制棒A1/B1/C1/D 子組給定位置），由數(shù)據(jù)處理軟件確定測(cè)得的三維功率分布。

每一次機(jī)組換料大修期間，由于機(jī)組更換燃料組件需要抽出堆內(nèi)指套管，需要在抽拔指套管前對(duì)堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)堆芯儀表間內(nèi)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行解體，為指套管抽出預(yù)留空間。插入指套管后，需恢復(fù)堆內(nèi)設(shè)備。系統(tǒng)恢復(fù)后，機(jī)組隨即提升狀態(tài)，準(zhǔn)備并網(wǎng)發(fā)電。

如果系統(tǒng)恢復(fù)期間出現(xiàn)失誤，或檢修不充分，則可能影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，無(wú)法對(duì)堆芯功率分布進(jìn)行測(cè)量。一方面，機(jī)組將面臨退防的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，維修人員將在機(jī)組帶功率下進(jìn)入核島維修，輻射風(fēng)險(xiǎn)較大。

1 概述

1.1 系統(tǒng)組成

圖1 中子通量測(cè)量通道布置Fig.1 Layout of neutron flux measurement channels

圖2 堆芯儀表間設(shè)備俯視圖Fig.2 The top view of the core instrument room equipment

堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)選擇堆內(nèi)38 個(gè)燃料組件作為測(cè)量通路，每個(gè)測(cè)量通路都有特定的編號(hào)，分為4 個(gè)通道，1、2、3 通道各10 個(gè)通路，4 通道8 個(gè)通路。如圖1 所示。

系統(tǒng)主要設(shè)備包括讀出控制柜、分配柜、機(jī)電設(shè)備、密封段、導(dǎo)向管、指套管，保存容器。

讀出控制柜是堆芯核測(cè)系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于向分配柜發(fā)送操作指令、監(jiān)測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)和采集堆芯測(cè)量數(shù)據(jù)。

分配柜構(gòu)成堆芯儀表間內(nèi)機(jī)電設(shè)備與電氣廠房?jī)?nèi)讀出控制柜之間的接口。它的主要功能是：

1）為機(jī)電設(shè)備供電，并提供機(jī)電設(shè)備與電氣廠房?jī)?nèi)讀出控制柜的接口。

2）翻譯和處理讀出控制柜的信號(hào)。

3）采集來(lái)自機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并送往讀出控制柜。

機(jī)電設(shè)備用于把中子通量探測(cè)器插入堆芯，它分為4個(gè)通道，每個(gè)通道由下列部件組成：

①1 臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元；②1 臺(tái)組選擇器；③1 臺(tái)路選擇器；④10 只電動(dòng)隔離閥（第4 通道為8 只）。

密封段的主要功能是密封指套管外壁和導(dǎo)向管內(nèi)壁之間的一回路冷卻劑。導(dǎo)向管主要是為指套管的插入提供安全通道，指套管為中子通量探測(cè)器提供安全的測(cè)量路徑。保存容器用來(lái)存放驅(qū)動(dòng)電纜和探測(cè)器，防止由電纜和探測(cè)器活化而引起堆芯儀表間的高放射性水平[1]。

1.2 測(cè)量工作原理

堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)包括DOS 6.22 和WINDOWS NT 4 兩種操作系統(tǒng)。

測(cè)量開(kāi)始時(shí)，先進(jìn)入DOS 6.22，打開(kāi)測(cè)量文件模式，選擇并加載需要的測(cè)量文件，再回到待機(jī)模式運(yùn)行，即可進(jìn)行通量測(cè)量。

每次通量測(cè)量按如下順序進(jìn)行：

讀出控制柜根據(jù)測(cè)量文件控制分配柜，分配柜通過(guò)繼電器控制組選器和路選器旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥打開(kāi)。分配柜同時(shí)把各執(zhí)行元件的狀態(tài)返回讀出控制柜。

讀出控制柜通過(guò)中子通量測(cè)量抽屜給探測(cè)器加偏置電壓，驅(qū)動(dòng)單元以高速（18m/min）從保存通道中抽出探測(cè)器到1010 位置，組選器旋轉(zhuǎn)到測(cè)量位置，與測(cè)量通道的連接管接通，路選器旋轉(zhuǎn)就位，電動(dòng)閥打開(kāi)，探測(cè)器沿連接管、組選器、路選器、電動(dòng)閥和指套管提供的路徑以高速將探測(cè)器推至距堆芯頂部20cm 處，然后以低速（3m/min）將探測(cè)器推至距堆芯頂部。在上行穿過(guò)堆芯的過(guò)程中，系統(tǒng)測(cè)量堆芯中子通量的最大值，確定最適合的測(cè)量量程（低靈敏度量程：0mA ～2mA；中靈敏度量程：0μA ～200μA；高靈敏度量程：0μA ～20μA）。當(dāng)探測(cè)器到達(dá)堆頂時(shí)，系統(tǒng)與KIT 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，接收數(shù)據(jù)。如果此時(shí)通訊失敗，將在探測(cè)器回抽到底部時(shí)再次進(jìn)行通訊。

驅(qū)動(dòng)單元以選定的速度抽出探測(cè)器，用上行時(shí)確定的量程采集數(shù)據(jù)，每8 個(gè)編碼點(diǎn)采集一次，下行時(shí)經(jīng)過(guò)堆芯，堆芯長(zhǎng)度3968 個(gè)編碼點(diǎn)，每個(gè)探測(cè)器下行測(cè)量一次共采集496 個(gè)數(shù)據(jù)。當(dāng)探測(cè)器到達(dá)距離堆芯底部80cm 的位置時(shí)，采集16 個(gè)數(shù)據(jù)，用上述相同的量程測(cè)量本底噪聲。結(jié)束后，將探測(cè)器抽回到起始位置，關(guān)閉相應(yīng)的電動(dòng)閥，準(zhǔn)備下一次的送入動(dòng)作或送到保存通道。

在所有測(cè)量完成后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，切換進(jìn)入WINDOWS NT 4 系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理。

在開(kāi)始測(cè)量之前，系統(tǒng)先檢查相關(guān)通路是否發(fā)生泄漏。如果探測(cè)到密封段泄漏，系統(tǒng)允許將探測(cè)器插入泄漏通路，如果探測(cè)到指套管泄漏，系統(tǒng)禁止將探測(cè)器插入泄漏通路，保持該通路電動(dòng)閥關(guān)閉[2]。

2 大修維護(hù)策略

RIC 堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)大修維護(hù)工作主要分三階段：解體階段、低低水位階段、恢復(fù)后驗(yàn)證階段。由于設(shè)備組成的特殊性與維修窗口的局限性，RIC 系統(tǒng)大部分設(shè)備的維護(hù)工作只能在低低水位時(shí)期進(jìn)行，而設(shè)備恢復(fù)后的驗(yàn)證工作必須在大修末期反應(yīng)堆開(kāi)始走狀態(tài)后進(jìn)行，所以系統(tǒng)的維護(hù)工作環(huán)環(huán)相扣，保證每一個(gè)環(huán)節(jié)維護(hù)成功率顯得尤為重要。

2.1 解體階段

主線工作：堆芯儀表間連接管的解體在完成停堆前堆芯功率分布測(cè)量圖繪制后，反應(yīng)堆進(jìn)入大修冷停堆。此時(shí)RIC 維護(hù)人員需要進(jìn)入堆芯儀表間，進(jìn)行連接管解體工作，以確保指套管順利抽出。

工作內(nèi)容：解除驅(qū)動(dòng)單元、路組選擇器、電動(dòng)閥通訊與動(dòng)力電纜并妥善放置，拆除電動(dòng)閥至組選器、組選器至路選器、電動(dòng)閥至密封組件之間金屬連接管，解體驅(qū)動(dòng)單元并將探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電纜從尾部抽出包扎放置在堆芯儀表間墻角，將路選器與電動(dòng)閥小推車沿軌道推開(kāi)為指套管抽出留出足夠路徑。

經(jīng)驗(yàn)反饋：除主要解體工作外，維修人員還需對(duì)RIC手操箱上電測(cè)試，驗(yàn)證手操箱內(nèi)PLC 工作正常，保證低低水位階段各設(shè)備性能測(cè)試順利進(jìn)行。若PLC 在運(yùn)行周期內(nèi)掉電，則會(huì)丟失工作程序，需提前更換電池，并重新寫入工作程序。

2.2 低低水位階段

該階段維修工作無(wú)大修主線工作，但工作內(nèi)容繁多，需合理安排人力工時(shí)及工作時(shí)間，在低低水位期間完成所有工作，并保證系統(tǒng)維護(hù)質(zhì)量，避免驗(yàn)證階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后返工。

1）堆芯設(shè)備檢查工作：每個(gè)大修周期，由于存在系統(tǒng)解體，需對(duì)儀表間內(nèi)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行細(xì)致檢查。堆芯儀表管路檢查：目視檢查每根解體下來(lái)的管路，外觀無(wú)折損現(xiàn)象，使用假探測(cè)器伸入每根解體下來(lái)的管路，驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電纜在通過(guò)時(shí)順滑無(wú)卡澀現(xiàn)象。若存在損壞管路，則可能導(dǎo)致運(yùn)行期間探測(cè)器卡澀而無(wú)法完成通量圖繪制，甚至需要進(jìn)島處理故障。對(duì)可能導(dǎo)致卡澀的管路進(jìn)行更換。對(duì)于已解體存放的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電纜，在回裝前需使用NEOLUBE 對(duì)驅(qū)動(dòng)電纜進(jìn)行涂抹，使之均勻覆蓋在驅(qū)動(dòng)電纜表層，起潤(rùn)滑作用，防止探測(cè)器卡澀。

2）驅(qū)動(dòng)單元、路組選擇器、電動(dòng)閥、保存通道檢查：對(duì)每個(gè)解體部件進(jìn)行電氣及機(jī)械性能檢查。每個(gè)設(shè)備內(nèi)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)要求絕緣電阻大于10MΩ（500V 電壓），導(dǎo)通電阻小于5Ω，開(kāi)關(guān)功能正常。驅(qū)動(dòng)單元檢查自整角機(jī)、環(huán)滑組件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)電氣性能，導(dǎo)向鏈條在恢復(fù)后用塞尺檢查，要求間距在0.8mm ～1.2mm 之間。路組選擇器檢查球形定位器，要求力矩為0.23daN.m ～0.27daN.m 之間[3]。

經(jīng)驗(yàn)反饋：大修恢復(fù)期間，曾發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有任何報(bào)警的情況下探測(cè)器無(wú)法動(dòng)作的情況，檢查發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子與摩擦片間，因環(huán)境潮濕導(dǎo)致兩者銹蝕粘連，轉(zhuǎn)子無(wú)法脫開(kāi)。因此，檢查驅(qū)動(dòng)單元工作時(shí)增加打開(kāi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)保護(hù)蓋，檢查內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)情況的工作。另外，大修期間在堆芯儀表間增加全時(shí)運(yùn)行除濕機(jī)，降低房間濕度。

3）接入手操箱性能試驗(yàn)：完成各組件性能檢查后，接入手操箱對(duì)電動(dòng)閥、路組選擇器進(jìn)行性能試驗(yàn)。該試驗(yàn)分步驗(yàn)證各組件工作電流，通道切換時(shí)間以及切換位置是否符合標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)閥工作電流小于310mA，切換時(shí)間小于6s。路組選擇器工作電流在100mA ～190mA 之間，完成連續(xù)切換一周的時(shí)間小于15s。若性能不能滿足規(guī)程要求，則可能由于設(shè)備內(nèi)力矩不符要求，導(dǎo)致重新對(duì)問(wèn)題設(shè)備進(jìn)行機(jī)械性能檢查調(diào)整。

4）泄漏探測(cè)器檢查：由于設(shè)備解體工作，密封組件和指套管泄漏探測(cè)器密封遭到破壞，每一個(gè)大修周期需要對(duì)密封組件泄漏探測(cè)器和指套管泄漏探測(cè)器密封墊片進(jìn)行更換，并用干布對(duì)探測(cè)器內(nèi)腔進(jìn)行清潔。檢查泄漏探測(cè)器絕緣電阻大于10MΩ（50V 電壓）。檢查完后用1daN.m 力矩回裝探測(cè)器。

5）堆芯儀表間相關(guān)設(shè)備及連接管恢復(fù)：換料結(jié)束指套管回插后，堆芯儀表間相關(guān)設(shè)備即可進(jìn)行恢復(fù)，每根電纜、連接管需按解體前編號(hào)一一恢復(fù)，并將涂抹過(guò)NEOLUBE的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電纜回裝至驅(qū)動(dòng)單元，恢復(fù)堆芯儀表間設(shè)備至解體前狀態(tài)。

6）機(jī)柜檢查及清潔：機(jī)柜斷電時(shí)，將機(jī)柜頂部及周圍灰塵清理，對(duì)機(jī)柜工控機(jī)內(nèi)每個(gè)風(fēng)扇拆下進(jìn)行清灰處理，清潔完成后回裝。對(duì)讀出控制柜和分配柜內(nèi)部所有保險(xiǎn)管進(jìn)行通斷檢查，更換性能較差保險(xiǎn)管。從讀出控制柜側(cè)對(duì)探測(cè)器同軸電纜進(jìn)行絕緣測(cè)量，絕緣電阻大于100MΩ（250V 檔），分配柜側(cè)檢查電源組件繼電器參數(shù)符合設(shè)置要求。上電后，檢查讀出控制柜交流220V、直流48V 工作正常，光電編碼器供電電源24V 工作正常。檢查結(jié)束后，對(duì)讀出控制柜內(nèi)自整角機(jī)進(jìn)行最終調(diào)整，探測(cè)器至初始位置為1010。

2.3 恢復(fù)后驗(yàn)證階段

該階段為設(shè)備恢復(fù)后對(duì)系統(tǒng)各功能完整驗(yàn)證階段，驗(yàn)證試驗(yàn)合格同時(shí)，驗(yàn)證了大修工作的合格。

1）泄漏探測(cè)及電氣機(jī)械通道檢查：通過(guò)機(jī)柜給出指令，驗(yàn)證密封組件泄漏探測(cè)器和指套管泄漏探測(cè)器性能合格，主控室泄漏報(bào)警功能正常。

2）系統(tǒng)恢復(fù)后路游檢查：通過(guò)運(yùn)行預(yù)設(shè)繪圖程序，驗(yàn)證系統(tǒng)在正常測(cè)量模式、緊急測(cè)量模式、參考測(cè)量模式3種模式下系統(tǒng)正常運(yùn)行，探測(cè)器無(wú)卡澀。

3）探測(cè)器坪特性測(cè)試：通過(guò)預(yù)設(shè)程序，使探測(cè)器進(jìn)入堆芯并給出線性電壓，求出探測(cè)器坪曲線，要求工作電壓大于50V 時(shí)探測(cè)器斜率小于2%/V，保證探測(cè)器性能處于良好狀態(tài)。

4）堆芯中子通量圖繪制：分別在0 功率、50%功率、75%功率、100%功率完成堆芯中子通量圖繪制。堆芯中子通量圖的繪制與合格，證明了大修期間對(duì)堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)的維護(hù)圓滿完成。

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者自參加工作以來(lái)始終負(fù)責(zé)RIC 堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)的日常維護(hù)與大修檢修工作，參與秦二廠1/2 號(hào)機(jī)組大修數(shù)十次，但由于該系統(tǒng)已運(yùn)行近20 年且大修工作繁雜凌亂，每次大修或多或少會(huì)出現(xiàn)一些小問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。因此，對(duì)中子通量系統(tǒng)大修工作進(jìn)行了較為細(xì)致的梳理，便于今后大修時(shí)工作得以井然有序地進(jìn)行。