VVER與M310機(jī)組堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)對(duì)比

陳彥發(fā)

摘 要：VVER機(jī)組為我國(guó)引進(jìn)的俄羅斯的先進(jìn)壓水堆，是目前我國(guó)建成的最先進(jìn)的核電站。M310是我國(guó)在引進(jìn)吸收的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)形成的成熟的二代堆型，是目前我國(guó)商運(yùn)機(jī)組的主力機(jī)型。堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)用來測(cè)量反應(yīng)堆功率、堆芯中子通量的分布、堆芯燃料組件出口溫度和水位等重要信息，對(duì)核電廠的安全運(yùn)行起著重要的作用。兩種堆型的堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理念和功能上有很大的不同，本文比較了二者之間反應(yīng)堆堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)的異同，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：堆內(nèi)核測(cè)；VVER；ICIS；分析比較

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.130

1 前言

目前在國(guó)內(nèi)建成的核電機(jī)組主要有引進(jìn)的俄羅斯的VVER和引進(jìn)法國(guó)技術(shù)并不斷改進(jìn)形成的M310機(jī)組。VVER機(jī)組在田灣1、2號(hào)已建成商運(yùn)十余年，而M310機(jī)組在國(guó)內(nèi)先后有二十余臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的商用機(jī)型。

反應(yīng)堆堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)作為安全級(jí)儀控系統(tǒng)的重要組成部分，堆芯核測(cè)系統(tǒng)的功能是提供堆芯的中子通量的分布、堆芯內(nèi)不同位置的溫度和壓力容器水位的測(cè)量。在VVER機(jī)組和M310機(jī)組中堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上有很大的區(qū)別，在可以實(shí)現(xiàn)的功能上也有很大的區(qū)別。在VVER機(jī)組中堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱ICIS，在M310機(jī)組中簡(jiǎn)稱為RPN系統(tǒng)。

2 堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)的對(duì)比分析

在M310的RIC系統(tǒng)中，堆芯中子測(cè)量由控制柜、分配柜、探測(cè)器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、選擇器、電動(dòng)閥、密封組件等和5個(gè)微型裂變室組成。微型裂變室中充滿了濃度為98%以上的235U。其工作原理和堆外核測(cè)系統(tǒng)中使用的微型裂變室一樣。在高壓電廠的作用下裂變產(chǎn)物將氬氣電離，可以通過產(chǎn)生的電流的大小來反應(yīng)堆芯內(nèi)部的中子通量。微型裂變室通過在壓力容器底部的50個(gè)開孔中進(jìn)入。通過組選擇器和路選擇器的配合可以將5個(gè)裂變室送到50個(gè)導(dǎo)向管中完成整個(gè)堆芯內(nèi)部的測(cè)量。在RIC系統(tǒng)中堆芯的中子測(cè)量只要是為了校準(zhǔn)堆外核測(cè)系統(tǒng)，它不是實(shí)時(shí)運(yùn)行的。一般一個(gè)月繪制一次全堆的中子通量圖。在繪制的過程中要求反應(yīng)堆的功率盡可能的穩(wěn)定的運(yùn)行。燃料組件出口溫度的測(cè)量是通過安裝在壓力容器組件的4個(gè)熱電偶將40支K型熱電偶插入到燃料出口處。熱電偶測(cè)得溫度信號(hào)分為A＼B兩列送到堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜ICCMS進(jìn)行最低過冷裕度的計(jì)算。堆芯液位的測(cè)量通過布置在壓力容器外部的壓力變送器實(shí)現(xiàn)。壓力變送器受主泵動(dòng)作帶來壓差，安全殼能溫度，儀表安裝等多方面的影響容易產(chǎn)生擾動(dòng)，特別是事故后島內(nèi)環(huán)境更加惡劣，會(huì)帶來更多的不確定性。

在VVER機(jī)組的ICIS系統(tǒng)功能更加的全面。用于反應(yīng)堆堆芯、一回路和二回路的中子-物理及熱工水力特性參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，包括堆功率場(chǎng)分布監(jiān)測(cè)，堆芯局部參數(shù)（燃料元件的線性功率密度QL和偏離泡核沸騰比DNBR）超過允許值時(shí)形成保護(hù)信號(hào)傳遞給TXS系統(tǒng)，處理自給能探測(cè)器噪聲信號(hào)以便于監(jiān)測(cè)堆芯燃料元件表面沸騰。

在VVER中中子測(cè)量采用了上部插入的方式。54個(gè)中子溫度測(cè)量通道，每個(gè)通道由7個(gè)自上而下的自給能探測(cè)器和相應(yīng)熱電偶組成。在VVER中自給能探測(cè)器的材料為銠，在VVER中不但可以測(cè)量燃料元件出口的溫度，還可以對(duì)燃料元件入口和反應(yīng)堆上封頭腔體的溫度進(jìn)行測(cè)量。在壓力容器水位測(cè)量中，在3個(gè)中子溫度測(cè)量通道中設(shè)計(jì)了帶加熱板的熱電偶。在安裝和拆卸的過程中需要借助專門的機(jī)械結(jié)構(gòu)為中子溫度組件提供導(dǎo)向和支撐。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)在換料期間將探測(cè)器組件整體提升至離開燃料組件，為探測(cè)器組件提供連續(xù)的導(dǎo)向和保護(hù)。整個(gè)探測(cè)器組件始終保持在硼水下，減少了維修人員所受的輻射劑量。

在ICIS中最大的特點(diǎn)是中子探測(cè)器一直插入堆芯實(shí)時(shí)對(duì)中子通量的分布進(jìn)行測(cè)量，采用自給能探測(cè)器不需要外部施加偏置電壓，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使測(cè)量結(jié)果不受外部偏置電壓的影響。

采用上部開孔插入的方式并且將中子測(cè)量和溫度水位的測(cè)量集成到一個(gè)探測(cè)器上來完成大大的減少了反應(yīng)堆壓力容器的開孔的，減少了一回路冷卻劑泄露的風(fēng)險(xiǎn)。更為重要的是在ICIS中還可以根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算QL和DNBR，防止堆芯過熱造成的燃料元件芯塊和包殼融化，起到保護(hù)堆芯的作用。在VVER中還將QL和DNBR的保護(hù)引入到反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)中，如果二者數(shù)值超過預(yù)先設(shè)定的限值將會(huì)引發(fā)緊急停堆。

3 總結(jié)

M310的堆內(nèi)核測(cè)系統(tǒng)比較起來還是比較落后的，相比其它的堆型不能實(shí)時(shí)的測(cè)量堆芯的中子通量分布。在設(shè)備組成上來看需要5套中子探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)及組選路選裝置和一回路泄露檢測(cè)裝置和電動(dòng)手動(dòng)隔離閥組成，安裝調(diào)試時(shí)設(shè)備較多工期較長(zhǎng)故障率較高。探測(cè)器運(yùn)行頻率較低容易出現(xiàn)卡澀、驅(qū)動(dòng)鏈條脫扣等情況。系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致壓力容器開孔過多，特別是在壓力容器下部開了50個(gè)孔為一回路比較薄弱的邊界，容易造成一回路冷卻劑泄露。在后續(xù)維修方面，每次大修都需要維修人員手動(dòng)將指套管抽出維護(hù)，并且活化的裂變室暴露在導(dǎo)向管中維修人員所受劑量較高。

通過比較我們可以看出，在VVER機(jī)組中不僅減少了探測(cè)器驅(qū)動(dòng)裝置，是系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)工期大大減少。更重要的是在功能上更加的先進(jìn)可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的功率和堆內(nèi)功率的分布情況。并可以根據(jù)計(jì)算的最大線性功率密度和偏離泡核沸騰比對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行直接的保護(hù)，系統(tǒng)的安全性也得到了很大的提高。

正是由于VVER機(jī)組的這種安全性和先進(jìn)性，我國(guó)在開發(fā)自身第三代核電機(jī)組華龍一號(hào)時(shí)充分借鑒了VVER的種種優(yōu)點(diǎn)。將中子通道采用上部插入的方式，可以實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量堆芯中子通量分布、燃料組件出口處溫度、反應(yīng)堆壓力容器上封頭溫度以及反應(yīng)堆冷卻劑水位，這和M310相比是個(gè)很大的進(jìn)步。但是相比VVER機(jī)組仍有很多方面有很大的欠缺，比如講測(cè)量水位的探測(cè)器獨(dú)立的設(shè)置增加了壓力容器開孔的數(shù)量。計(jì)算得到的QL和DNBR僅僅用來產(chǎn)生報(bào)警還不能實(shí)時(shí)的參與反應(yīng)堆的停堆保護(hù)，這些都是接下來華龍一號(hào)可以改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]周旭華等.堆外探測(cè)器讀數(shù)與堆內(nèi)功率分布的關(guān)系研究[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2010，30（02）：166-170.

[2]Neutron flux monitoring equipment AKNP-30R operating manual.