溫度儀表在核電廠內的應用

（中國核電工程有限公司 電氣儀控所，北京 100840）

溫度儀表在核電廠內的應用

范遂，顧燕春

（中國核電工程有限公司 電氣儀控所，北京 100840）

對核電廠內溫度儀表的分類進行了介紹，結合實際設計工作，從溫度儀表實際應用的角度重點對核電廠內的各種溫度儀表的使用特點進行了介紹，同時對核級溫度儀表的國產(chǎn)化的現(xiàn)狀進行了闡述。

溫度儀表；核電廠；鉑電阻；雙金屬溫度計；壓力式溫度計

0 引言

核電廠現(xiàn)場測量儀表一般分為壓力，溫度，流量，液位，分析儀表。溫度儀表作為其中的一個重要的組成部分，廣泛應用于反應堆保護、事故后監(jiān)測、重要設備的保護、反應堆控制以及重要信息顯示和報警。溫度儀表種類眾多，掌握好各種溫度儀表的使用特點，有助于保證核電站的正常運行和安全。

1 核電站溫度儀表的種類

核電站用溫度儀表種類眾多，可以從以下3方面進行分類:

1）按是否執(zhí)行安全功能分

核電站溫度儀表按是否執(zhí)行安全功能分為1E級儀表以及NC級儀表。1E級溫度儀表執(zhí)行安全相關功能，即常說的核級儀表。根據(jù)RCC-P 90萬壓水堆核電站系統(tǒng)設計和建造規(guī)則的要求[1]，執(zhí)行下述功能所必需的電氣系統(tǒng)和設備定為1E級：

①反應堆緊急停堆。

②安全殼隔離。

③應急堆芯冷卻。

④反應堆余熱和反應堆廠房的熱量的排。

⑤預防事故或限制事故的放射性后果。

其它與安全無關的系統(tǒng)定義為NC級。

2）按信號是否需要遠傳分

核電站溫度儀表按照信號是否需要遠傳，分為就地儀表以及遠傳儀表。就地溫度儀表均為NC級且無抗震要求，主要用于系統(tǒng)或設備調試，維護以及報警確認；遠傳儀表包括溫度傳感器以及開關量儀表，此類儀表完成系統(tǒng)的控制，指示，報警以及事故后監(jiān)測。

3）按測量原理分

核電站溫度儀表按照測量原理，分為熱電阻，熱電偶，溫度控制器，雙金屬，熱敏電阻，溫度變送器，壓力式溫度計。

2 核電廠溫度儀表的選型及特點

核電廠溫度儀表的設計和采購主要是按照溫度儀表測量原理的分類進行的。下文將根據(jù)測量原理的分類逐一對各種溫度儀表的在核電廠中的使用特點以及使用場合進行說明。

總體來說，核電廠中溫度檢測元件一般選用PT100鉑電阻溫度計或熱電偶；對于就地指示儀表，根據(jù)現(xiàn)場的可接近情況分別選用雙金屬溫度計或壓力式溫度計；對于僅要求發(fā)控制信號的測量選用了溫度控制器；通風系統(tǒng)中部分測量環(huán)境溫度以及風道溫度的儀表選用熱敏電阻；對于有高精度要求的試驗儀表系統(tǒng)選用了溫度變送器。

2.1鉑電阻溫度計

核電站選用的熱電阻溫度計為PT100的鉑電阻溫度計。鉑電阻溫度計是核電站中各種溫度儀表中數(shù)量最多，應用最廣的溫度計。以典型三環(huán)路壓水堆核電站為例，統(tǒng)一供貨的鉑電阻溫度計共有530支。鉑電阻溫度計廣泛應用于核級，非核級功能。

鉑電阻溫度計具有高精度，高穩(wěn)定性及重復性，互換性，測量范圍內很高的線性，較高的靈敏度，測量系統(tǒng)簡

單；相對熱電偶，鉑電阻溫度計響應時間長，體積大，易損壞[2],成本高的特點。

PT100鉑電阻溫度計還具有較寬的量程范圍，A級PT100鉑電阻的量程范圍可達-100 to +450℃[3]。這個溫度范圍已經(jīng)覆蓋了核電廠中除堆芯溫度以外，核島內所有場合所要求的溫度范圍。核電站一回路最高設計溫度為360℃。

核級鉑電阻溫度計需能實現(xiàn)事故工況中及事故后的安全功能。核級鉑電阻溫度計需通過相應的環(huán)境及抗震鑒定，以證明這種能力。鉑電阻溫度計具有良好的耐事故環(huán)境條件的能力，在1979年三里島事故中，主回路鉑電阻溫度計在事故后經(jīng)檢查，在精度，動態(tài)響應以及完整性方面保持了原有性能[4]。目前給核電站供貨的核級溫度計必須提供相關的鑒定證明同時接受核安全局的監(jiān)管。

2.2熱電偶

熱電偶依據(jù)熱電原理進行溫度測量，熱電偶體積小，易于安裝，感溫元件費用低，適用于寬量程范圍的測量，由于為點測量，所以，響應速度快；但熱電偶具有熱電勢低，不靈敏，需冷端補償，需要專門的補償電纜，線性沒有鉑電阻高等缺點。

典型三環(huán)路壓水堆核電站統(tǒng)一采購的熱電偶共有148支,國內核島內使用的熱電偶為鎳鉻鎳鋁的K型熱電偶而非鎳鉻鎳硅型熱電偶, 常規(guī)島使用的是E型熱電偶。核島內的熱電偶主要集中在堆芯測量系統(tǒng)，硼伴熱系統(tǒng)。

由于熱電偶具有很寬的溫度測量范圍[5]，堆芯燃料組件出口水溫測量采用鎳鉻-鎳鋁的K型熱電偶進行測量，測量范圍0～1200℃。由于熱電偶為點測量，適用于表面溫度測量，所以，在核電站中用于安全殼內混凝土溫度的測量，管道表面溫度以及一些泵軸承溫度的測量。

不同分度號的熱電偶對應不同的補償電纜，不能混用。對于使用熱電偶測量較低溫度，可以要求在100℃下增加標定點。

2.3雙金屬以及壓力式溫度計

雙金屬以及壓力式溫度計在核電站中均用于就地溫度測量，均為非核級儀表。

為了便于讀數(shù)，壓力式溫度計及雙金屬溫度計的表頭均要求萬向型。溫度計的外殼以及表盤的涂裝應能滿足核電站涂裝相關要求。對于使用毛細管的壓力式溫度計，毛細管可以使操作人員遠離強輻照源，可以將表頭安裝在適于觀察的位置，同時也可以將與某一設備相關的就地指示儀集中安裝。毛細管的長度不應當過長，應考慮毛細管對響應時間和精度的影響。為了避免毛細管受到機械損壞，毛細管要求帶護套保護。應當明確表頭的安裝方式，如帶后邊，徑向安裝等內容。

2.4溫度控制器

考慮到核電站的環(huán)境特點，同時減少供電電源，核電站使用的溫度控制器主要是機械式的溫度開關，溫度開關提供無源觸點信號用于控制及報警。溫度開關的使用本身也是核電站多樣化控制的一種體現(xiàn)。典型三環(huán)路壓水堆核電站統(tǒng)一采購的溫度開關大致有281塊。

部分溫度開關利用回差進行控制，回差值應當在技術規(guī)格書中明確。目前使用的溫度開關一般要求設定值和死區(qū)可調。死區(qū)可調的溫度開關一般最小死區(qū)較大，有可能出現(xiàn)無法消除報警的情況，在開關選型和驗收過程中需對死區(qū)值格外關注。溫度開關安裝，長期運行后，還有可能出現(xiàn)設定值漂移情況，應根據(jù)實際情況合理調整預防性維修周期。

溫度開關還需考慮廠房內的防爆要求。核電站內的可燃氣體主要是氫氣，部分溫度開關要求為隔爆型防爆儀表。

2.5熱敏電阻

熱敏電阻在核電廠現(xiàn)場應用不多，主要是在通風系統(tǒng)以及機柜自帶的一些測溫儀表中有所應用。核電站內的房間溫度一般控制在5～55℃以內[6]，熱敏電阻測量范圍也就集中該溫度范圍內。

2.6智能溫度變送器

智能溫度變送器在就地將熱電偶或熱電阻信號轉變?yōu)?-20mA的標準信號進行輸出。智能溫度變送器具有很高的測量精度，如選用的羅斯蒙特3144型號的變送器，精度可達±0.1 ℃；智能溫度變送器采用4-20mA信號輸出，可以減少信號干擾，同時DCS機柜可以使用標準的輸入卡件。由于智能變送器目前無法滿足核電廠的輻照環(huán)境，溫度變送器在核電廠應用不是很多，主要應用于無輻照要求且要求高精度測量的場合。

3 核級溫度儀表國產(chǎn)化的現(xiàn)狀

以上各種溫度儀表中具有核級要求的儀表研發(fā)和制造最能代表一個企業(yè)的技術水平和管理水平。國內已經(jīng)有企業(yè)生產(chǎn)的溫度儀表通過了核級鑒定試驗，但國內電站使用的核級溫度儀表尤其是嚴酷環(huán)境條件下使用的核級儀表大多數(shù)還是由國外廠商供貨。為改變這種現(xiàn)狀，建議關注以下幾個方面。

3.1核級溫度儀表的設備鑒定

核安全法規(guī)明確規(guī)定核級設備要通過設備鑒定程序證明其能執(zhí)行要求的安全功能[7]。然而目前國內尚未建立完整的核電標準體系，已供貨的設備既有按照法國，美國標準鑒定的，也有按照德國標準鑒定的；國內許多單位可以提供試驗設備，但還缺少能提供完整鑒定服務的權威機構；隨著三代核電的發(fā)展，不同三代堆型的設計參數(shù)和要求有著較大的區(qū)別，對設備鑒定提出了新的要求。國內的設備鑒定一般由設備供貨商獨立完成，供貨商對于核電標準以及鑒定程序并不是很了解，對于新堆型的設計參數(shù)更是無法把握了。在這種情況下，建議供貨商積極同電廠設計方或買方合作，共同完成設備鑒定。

Applications of Temperature Instrumentations in Nuclear Power Plants

Fan Sui,Gu Yanchun
（EI&C Division, China Nuclear Power Engineering Co., LTD, Beijing 100840,China）

firstly, types of temperature instruments in NPPs are introduced; secondly, from the perspective of the practical application, the key points of using various temperature instruments based on actual experiences are focused on; lastly, the localization status of safety class temperature instruments are stated.

temperature instrument; nuclear power plant; PT100;bimetallic thermometer;pressure thermometer

TH86

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.014