AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)介紹及特點(diǎn)分析

【摘要】本文介紹了AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能，并通過(guò)與國(guó)內(nèi)M310機(jī)組及VVER機(jī)組堆內(nèi)儀表系統(tǒng)的對(duì)比，分析了AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】AP1000；堆內(nèi)儀表；對(duì)比；特點(diǎn)

1、引言

AP1000核電站在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)上，采用非能動(dòng)理念，建立非能動(dòng)安全系統(tǒng)，執(zhí)行預(yù)想事故情況下的核安全功能。針對(duì)可能發(fā)生的嚴(yán)重事故，AP1000核電廠設(shè)計(jì)中設(shè)置了多種預(yù)防與緩解措施，并采用先進(jìn)的數(shù)字化儀控系統(tǒng)和主控室設(shè)計(jì)，確保核電廠的安全。

2、AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)

AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)包括：堆內(nèi)儀表套管組件以及相關(guān)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理裝置。電廠運(yùn)行期間，堆內(nèi)儀表套管組件放置在燃料組件內(nèi)，通過(guò)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋引出到安全殼。自給能探測(cè)器和堆芯出口熱電偶的信號(hào)通過(guò)電纜傳送到不同的數(shù)據(jù)調(diào)試和處理工作站，并能在主控室顯示處理后的數(shù)據(jù)和結(jié)果。

2.1 系統(tǒng)功能

堆內(nèi)儀表系統(tǒng)作為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的壓力邊界，用于在事故工況下將堆芯出口溫度信號(hào)送到保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于指示和顯示。此外，堆內(nèi)儀表系統(tǒng)還用于將在線中子通量信號(hào)提供給在線功率分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將堆芯出口溫度信號(hào)發(fā)送給多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于指示和顯示，并在電廠正常運(yùn)行期間，發(fā)送給OPDMS的信號(hào)用于生成堆芯功率分布圖形和列表顯示。

2.2 系統(tǒng)描述

堆內(nèi)儀表系統(tǒng)通過(guò)42根儀表導(dǎo)向管將熱電偶信號(hào)傳輸?shù)嚼涠朔志€箱，將自給能探測(cè)器（SPD）信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理機(jī)柜。其中，38個(gè)熱電偶溫度信號(hào)送至PMS作為事故后監(jiān)測(cè)，4個(gè)溫度信號(hào)送至DAS用于其驅(qū)動(dòng)信號(hào)，中子通量信號(hào)通過(guò)SPS機(jī)柜處理后，送至應(yīng)用/數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)服務(wù)器，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳遞至DDS進(jìn)行信號(hào)顯示。

信號(hào)處理軟件將堆芯探測(cè)器的信號(hào)傳送給反應(yīng)堆堆芯運(yùn)行最佳評(píng)估分析系統(tǒng)。BEACON用這些數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算三維堆功率分布，校核堆外核測(cè)儀表系統(tǒng)的反應(yīng)堆超溫?T和超功率?T停堆整定值，并提取合適的功率分布參數(shù)在主控室顯示。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行

在反應(yīng)堆熱功率大于20%時(shí)，IIS用來(lái)提供可靠的反應(yīng)堆功率的在線數(shù)據(jù)。當(dāng)功率在20%以下時(shí)，SPD信號(hào)數(shù)據(jù)不能決定堆芯熱余量限值，因?yàn)榇藭r(shí)功率分布測(cè)量不可用。

在功率運(yùn)行期間，核探測(cè)器的模擬信號(hào)通過(guò)IIS的SPS傳遞，并由電廠監(jiān)測(cè)總線傳輸被數(shù)字化后的堆芯流量數(shù)據(jù)結(jié)果。熱電偶與位于安全殼外側(cè)PMS和DAS參考連接件相連，堆芯出口溫度信號(hào)通過(guò)各自的熱電偶進(jìn)一步處理。

3、VVER、M310機(jī)組堆內(nèi)儀表系統(tǒng)介紹

3.1 VVER堆內(nèi)儀表系統(tǒng)

以國(guó)內(nèi)某VVER機(jī)組為例，堆芯測(cè)量系統(tǒng)主要通過(guò)ICIS軟件監(jiān)測(cè)電廠參數(shù)，通過(guò)IR軟件執(zhí)行預(yù)測(cè)分析功能。IR軟件用于反應(yīng)堆降功率、停堆、達(dá)臨界等操作過(guò)程的模擬、預(yù)測(cè)，用于編制降功率、停堆、達(dá)臨界方案。

堆芯163個(gè)燃料組件中共布置有54個(gè)中子溫度測(cè)量通道，每個(gè)中子溫度測(cè)量通道沿堆芯高度布置7個(gè)自給能探測(cè)器，根據(jù)燃料組件進(jìn)出口冷卻劑溫度熱電偶數(shù)量、液位監(jiān)測(cè)等的區(qū)別，中子溫度測(cè)量通道分為三種類型。

3.2 M310堆內(nèi)儀表系統(tǒng)

M310堆內(nèi)儀表系統(tǒng)由微型移動(dòng)式探測(cè)器來(lái)進(jìn)行。探測(cè)器為微型裂變室，每個(gè)裂變室包含一個(gè)U-235濃度為90%的二氧化鈾涂層，室內(nèi)充以氬氣，通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)和選擇系統(tǒng)，將5個(gè)探測(cè)器送入50根指套管中的5根，從反應(yīng)堆壓力容器底部插入堆芯。

反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，中子注量率測(cè)量系統(tǒng)是間斷式工作的，其設(shè)計(jì)成最多每周測(cè)繪一次全堆的中子注量率圖，最長(zhǎng)一個(gè)月應(yīng)測(cè)繪一次。

中子注量率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)和從DCS過(guò)來(lái)的反應(yīng)堆運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)上用不同軟件進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)量。利用計(jì)算上不同軟件完成堆芯注量率的三維分布及為堆外核測(cè)儀表提供校準(zhǔn)系數(shù)。

4、對(duì)比及特點(diǎn)分析

（1） AP1000 堆內(nèi)儀表系統(tǒng)采用固定式測(cè)量方式，且套管組件自上而下穿過(guò)壓力容器頂蓋插入堆芯，區(qū)別于M310采用微型裂變室中子探測(cè)器自下而上插入反應(yīng)堆，反應(yīng)堆堆底不再開(kāi)孔，所有需深入堆芯的儀表僅通過(guò)壓力容器頂蓋上的開(kāi)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而提高了壓力容器的完整性，提高整體安全性；

（2） AP1000堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)采用的釩自給能探測(cè)器具有無(wú)外接電源、尺寸小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，特別是其輸出信號(hào)強(qiáng)度較大，便于給出精確的堆芯功率分布，并能夠較好地對(duì)堆外核測(cè)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)，但由于釩的衰變特性，釩探測(cè)器屬于慢響應(yīng)探測(cè)器，因此，堆內(nèi)儀表系統(tǒng)測(cè)得的堆芯功率不能直接用于控制和保護(hù)，而需要采用堆外核測(cè)系統(tǒng)；

（3） AP1000堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)輸出的中子通量信號(hào)，經(jīng)過(guò)BEACON可實(shí)時(shí)給出AP1000反應(yīng)堆的三維功率分布，而M310堆芯功率分布測(cè)量是間斷的，最多一周一次，最少一個(gè)月一次，利用計(jì)算機(jī)軟件（CEDRIC、KARIN、ETALONG）進(jìn)行計(jì)算得出；且BEACON系統(tǒng)具有預(yù)測(cè)功能，相較于VVER堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)需要借助外部的IR軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)，功能更全面，使用更方便。

結(jié)論：

AP1000核電技術(shù)是我國(guó)當(dāng)今大力發(fā)展的核電技術(shù)，在今后的自主化核電發(fā)展中也將扮演重要角色。AP1000的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是增強(qiáng)了核電廠的安全性，堆內(nèi)儀表系統(tǒng)對(duì)于準(zhǔn)確獲知堆芯功率及其分布、優(yōu)化堆芯性能十分重要，在結(jié)合堆外核測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠保證在超功率情況下進(jìn)行專設(shè)驅(qū)動(dòng)和緊急停堆，這對(duì)核電廠安全具有十分重要的作用。目前我國(guó)核電技術(shù)國(guó)產(chǎn)化在穩(wěn)步推進(jìn)中，相信不久后AP1000核儀表系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化也將迎來(lái)勝利的曙光。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

孫夢(mèng)竹，中核遼寧核電有限公司，助理工程師，生產(chǎn)準(zhǔn)備處技術(shù)支持科科員。