核儀表系統(tǒng)源量程閃發(fā)計數(shù)原因探析

陳邦續(xù)，劉桓宇，刁建洲，陳臻

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

源量程是核儀表系統(tǒng)（RPN）三個測量量程之一，其主要作用是在停堆狀態(tài)和初始起堆狀態(tài)監(jiān)測反應(yīng)堆內(nèi)中子計數(shù)率變化情況，源量程能夠測量的功率范圍為1～107CPS,源量程的穩(wěn)定運(yùn)行是反應(yīng)堆次臨界狀態(tài)監(jiān)視的重要保證。但是源量程傳輸?shù)拿}沖信號極其微弱，易被外界環(huán)境干擾產(chǎn)生信號波動。

陽江核電1號機(jī)組處于反應(yīng)堆完全卸料模式,源量程連續(xù)多次閃發(fā)計數(shù)，閃發(fā)計數(shù)率在5～20CPS，每次閃發(fā)持續(xù)5～7S。本文基于陽江1號機(jī)發(fā)現(xiàn)的完全卸料模式下源量程閃發(fā)計數(shù)的問題和排查過程，對檢查過程中發(fā)現(xiàn)的異常狀況進(jìn)行分析，探析源量程閃發(fā)計數(shù)的原因和機(jī)理[1]。

2 源量程閃發(fā)計數(shù)現(xiàn)狀

近年來中廣核各電站曾多次出現(xiàn)源量程閃發(fā)計數(shù)現(xiàn)象，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1。源量程在啟停堆過程中對反應(yīng)堆內(nèi)中子計數(shù)率的變化情況起主要監(jiān)測作用，若在此期間出現(xiàn)源量程閃發(fā)，影響源量程可用性判斷，嚴(yán)重制約機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)換，閃發(fā)計數(shù)問題找不到根本原因很難繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)性操作，因此分析確認(rèn)源量程閃發(fā)的根本原因是各方關(guān)注的重點(diǎn)[2]。

表1 CGN各電站源量程閃發(fā)計數(shù)信息統(tǒng)計

3 RPN源量程組成和特點(diǎn)

RPN系統(tǒng)源量程通道的組成主要包括CPNB44涂硼正比計數(shù)管、連接盤、信號電纜，貫穿件、機(jī)柜側(cè)處理板件和指示ID表。根據(jù)源量程的探測原理，探測器測量中子脈沖信號，經(jīng)過連接盤和島內(nèi)信號電纜，再經(jīng)貫穿件和島外信號電纜送至RPN機(jī)柜內(nèi)源量程機(jī)架I.AIR板件進(jìn)行預(yù)處理，然后將脈沖信號送至AIMP5進(jìn)行信號甄別和調(diào)理，調(diào)理后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號經(jīng)ICTO板轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號送UC25處理，最后通過6S.ANA輸出4～20mA模擬量信號到RPS進(jìn)行閾值比較和顯示,RPN測量通道如下圖所示：

圖1 RPN源量程測量通道組成

由于源量程傳輸?shù)氖荂PNB44探測器輸出的微弱脈沖信號，所以很容易受到外界環(huán)境中電磁信號影響，而且源量程閃發(fā)計數(shù)問題大多難以定位到準(zhǔn)確的干擾源。

4 源量程閃發(fā)計數(shù)可能原因分析

機(jī)組在源量程出現(xiàn)計數(shù)閃發(fā)后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)靠近源量程貫穿件的BOSS頭焊接現(xiàn)場使用了一種直流逆變焊機(jī)，源量程閃發(fā)計數(shù)的時間點(diǎn)和焊接工作時間點(diǎn)完全吻合，以及后續(xù)在相同地點(diǎn)模擬焊接后確認(rèn)源量程閃發(fā)確為BOSS頭焊接引起。直流逆變焊機(jī)在工作過程中產(chǎn)生了強(qiáng)干擾信號，并通過接地線引入到源量程電纜托盤和貫穿件，干擾信號以電容耦合的方式耦合到信號線中，形成干擾脈沖信號[3]。

4.1 直流逆變焊機(jī)介紹

逆變式直流焊機(jī)的工作過程，是將50Hz工頻交流整流、濾波后得到一個較平滑的直流電，由IGBT或場效應(yīng)管組成的逆變電路將該直流電變?yōu)?5～100kHz的交流電，經(jīng)中頻主變壓器降壓后，再次整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流（或再次逆變輸出所需頻率的交流電）。逆變焊割設(shè)備的控制電路由給定電路和驅(qū)動電路等組成，通過對電壓、電流信號的回饋進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)整機(jī)循環(huán)控制，采用脈寬調(diào)制PWM制技術(shù)，輸出高頻脈沖電流，從而獲得快速脈寬調(diào)制的恒流特性和優(yōu)異的焊割工藝效果。

4.2 電容性耦合型干擾信號傳播

當(dāng)相鄰兩個電路中的導(dǎo)體之間有一定的電勢差且兩導(dǎo)體距離足夠近時，一個電路的電場會對另一個電路的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)，兩者相互作用，相互影響，這種耦合方式成為電容性耦合，下圖2為電容性耦合示意圖：

圖2 兩導(dǎo)體之間的電容性耦合實(shí)際電路圖和等效電路圖

圖2中加在導(dǎo)體1上的電壓U1是干擾源，導(dǎo)體2為被干擾電路。顯然被干擾電路由于電容性耦合的存在，在導(dǎo)體2對地之間產(chǎn)生了噪聲電壓，這個噪聲電壓UN可以表示成如下公式：

4.3 高頻干擾導(dǎo)致閃發(fā)計數(shù)的仿真分析

由于脈沖焊機(jī)內(nèi)高頻脈沖可以等效成直流方波信號，而直流方波信號可以用傅里葉變換分解成正弦波和各次諧波的疊加形式，其中蘊(yùn)含大量交流分量。

對周期為T0的矩形信號串進(jìn)行傅里葉級數(shù)展開，并繪制其和各次諧波的疊加輸出波形并進(jìn)行分析。

那么周期為T0的矩形信號可以表示為：

周期信號的三角函數(shù)形式的傅里葉展開為

假設(shè)焊機(jī)內(nèi)電流信號為T1=T0/2=2的方波信號，使用matlab繪制該方波信號的奇次諧波并進(jìn)行疊加處理觀察諧波信號交流分量的變化情況如下：

圖3 方波信號與高次諧波仿真波形

圖4 耦合輸出干擾波形

通過對方波信諧波疊加的波形可以看出，高次諧波信號就可以輕易通過電容耦合到導(dǎo)體2中，再觀察導(dǎo)體2中形成的感應(yīng)信號，為高頻脈沖信號，與源量程探頭輸出脈沖信號相似，從而被RPN處理板件采集輸出導(dǎo)致源量程信號閃發(fā)。

5 結(jié)論

經(jīng)過對完全卸料模式下源量程閃發(fā)計數(shù)原因的理論分析和仿真研究，可以看出高頻干擾信號很容易通過電容耦合的方式傳播到RPN等易受干擾設(shè)備上，最終形成干擾信號。同時，由于干擾信號和RPN源量程探頭輸出信號具有相同的特征，所以干擾信號被采集，導(dǎo)致源量程信號閃發(fā)。該問題的研究對以后分析RPN系統(tǒng)抗電磁干擾薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)設(shè)備增加設(shè)備穩(wěn)定性具有工程實(shí)際意義。