田灣核電站一、二期NFME系統(tǒng)技術(shù)比較

李榛

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000）

田灣核電站采用俄WWER1000反應(yīng)堆AES-91標(biāo)準(zhǔn)型機組，機組滿功率運行時單機發(fā)電量達1.06×106kW，設(shè)計壽命為40年。田灣一期使用俄SNIIP-SYSTEMATOM公司設(shè)和制造的中子通量監(jiān)測系統(tǒng)（英文縮寫：NFME），該系統(tǒng)數(shù)字化程度高。一期自商運以來，NFME系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其可靠性得到了驗證。鑒于良好的運行業(yè)績，田灣二期工程依然使用俄SNIIP-SYSTEMATOM公司設(shè)計制造的NFME系統(tǒng)，該系統(tǒng)在田灣一期的基礎(chǔ)上升級更新，使可靠性及精度方面得到了提高。本文對一、二期工程的NFME系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)、硬件組成等方面進行對比。

1 田灣一、二期NFME系統(tǒng)的比較

NFME系統(tǒng)是核電廠重要的安全系統(tǒng)，它通過測量堆外熱中子通量及其變化來計算反應(yīng)堆核功率、周期和反應(yīng)性等重要參數(shù)，在緊急情況下生成保護信號，為保護系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供必要的信號。每個U核發(fā)生裂變反應(yīng)釋放出能量，平均有200 MeV的能量轉(zhuǎn)化為熱能，而單位時間內(nèi)核裂變總數(shù)則取決于核和中子相互作用而引起核裂變的概率。在穩(wěn)定的一段時間內(nèi)，堆內(nèi)單位時間裂變總數(shù)就取決于堆內(nèi)中子總數(shù)。如果考察堆內(nèi)局部某一單位體積的功率，則取決于該單位體積中的中子密度，即中子通量。整個反應(yīng)堆的核功率與反應(yīng)堆的中子通量水平成正比，所以，可以通過測量反應(yīng)堆的中子通量來反映反應(yīng)堆的核功率。

1.1 系統(tǒng)功能的對比

從功能上劃分，NFME系統(tǒng)可實現(xiàn)2個功能：①運行功能對比。田灣一、二期NFME系統(tǒng)對反應(yīng)堆的啟動、功率運行、停堆和換料等各種狀態(tài)下的核功率、周期和反應(yīng)性等參數(shù)進行監(jiān)測，向操縱人員提供這些參數(shù)的指示、顯示和記錄。②安全功能對比。一期所實現(xiàn)的安全功能包括監(jiān)測相對物理功率、功率變化率（即周期）和反應(yīng)性；監(jiān)測功率分布情況；被監(jiān)測的參數(shù)超過設(shè)定值時，均能夠產(chǎn)生控制和保護信號；在主控室顯示相關(guān)信息，并將信息發(fā)送給其他系統(tǒng)。相比于一期，二期的NFME系統(tǒng)取消了DNBR/QL的計算功能，因此，也相應(yīng)的取消了基于DNBR/QL的預(yù)保護信號。

1.2 組成結(jié)構(gòu)對比

田灣一、二期NFME系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)基本上無區(qū)別，均由四個完全獨立而且物理隔離的通道構(gòu)成，每個通道都包括中子探測器、轉(zhuǎn)換單元、輔助單元、一回路冷腿溫度計、信息處理機柜、在主控室和備控室的信息顯示單元和聲光報警器。各通道因搭配探測器略有差異，第一通道和第四通道配置了全部類型的中子探測器；第二通道無源量程探測器；第三通道無換料監(jiān)測探測器。

4個通道的數(shù)據(jù)分別通過硬接線傳給主控室和備控室各自的信息顯示單元進行數(shù)字顯示，并傳送到同一個信息存儲和顯示機柜進行存檔和顯示。

1.3 NFME系統(tǒng)的硬件組成對比

在常用核測量系統(tǒng)中，特定中子敏感介質(zhì)一般常用3He、10B和235U等材料，而用以產(chǎn)生電離的介質(zhì)通常利用氣體，以便于電離的離子對在電場作用下相向運動而產(chǎn)生電流。所以，核電廠原來測量中子通量的探測器一般有氦三正比計數(shù)管、BF3正比計數(shù)管、涂硼正比計數(shù)管、涂硼電離室、γ補償電離室、裂變室和自給能探測器等類型。除了給能探測器以外，這些探測器的工作原理都是利用中子敏感介質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)引起氣體電離，并在不同強度電場作用下收集這些電離的離子對產(chǎn)生電信號來測量，只是類型、電場強度或測量范圍有所不同。

一、二期NFME系統(tǒng)均采用了5種成套探測裝置來保證反應(yīng)堆不同狀態(tài)下對堆芯中子通量的監(jiān)測，每組成套探測單元都有探測器和轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，包括源量程探測裝置、啟動與工作量程探測裝置、工作量程探測設(shè)備、物理啟動量程探測設(shè)備、換料監(jiān)測量程探測設(shè)備。

NFME系統(tǒng)探測裝置除了探測器外，還包括進行信號處理的轉(zhuǎn)換單元和供電的輔助單元，其主要功能基本相同。

轉(zhuǎn)換單元用于實現(xiàn)探測器信號的放大、濾波成形和自檢反饋信號的生成。可設(shè)置脈沖甄別閾或者調(diào)整電流放大器放大倍數(shù)以及自檢反饋回路的調(diào)整。輔助單元主要實現(xiàn)探測器與機柜間的信號交換和光耦隔離，自檢信號、閉鎖信號和Good Condition信號的生成和光耦隔離，為各模件提供低壓電源，為探測器提供穩(wěn)定的高壓電源。

1.4 信息處理與儲存機柜概述

一、二期NFME系統(tǒng)均設(shè)置了4個相互獨立的通道，硬件上物理隔離，沒有信息交互。設(shè)置4個信息處理機柜，分布于UCB23米的4個分隔開的電子設(shè)備間。4個信息處理機柜具有類似的結(jié)構(gòu)和功能，差別在于連接的探測器裝置不同。一、二期NFME系統(tǒng)第一通道機柜、第四通道機柜連接了所有類型的探測器裝置。第二通道機柜未連接源量程探測裝置。第三通道機柜未連接換料監(jiān)測的探測裝置。經(jīng)過4個信息處理機柜處理的數(shù)據(jù)，都傳入數(shù)據(jù)存儲機柜中進行存檔。信息處理和存儲單元BNO-90R模擬器用于檢測NFME系統(tǒng)中的裝置和單元。

信息處理和存儲單元BNO-93R用于接收各量程探測器的信號，完成反應(yīng)性的計算；在換料期間，投入換料監(jiān)測模式，接收換料監(jiān)測探測器信號計算頻率和周期，當(dāng)頻率或周期超過設(shè)定值時產(chǎn)生“Stop”和“Reverse”信號，幫助換料機操縱員對換料過程進行判斷。信息處理和存儲單元BNO-91R接收各量程探測器信號，完成各量程功率和周期的計算，當(dāng)功率和周期超過預(yù)先設(shè)定的保護和預(yù)保護定值時，產(chǎn)生保護信號和預(yù)保護信號。對于從BNO-91R接收的與功率成比例的頻率信號，可將該信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，對電壓信號進行電隔離，將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，通過接口RS-485，從BNO-91R、BNO-92R和BNO-93R接收各變量信號，處理這些信號，然后將信息傳送給UNO-245R和BIC-76R。

AKNP-30R（二期NFME系統(tǒng)機柜UN0-366R）中，信息處理和儲存單元BNO-232R的主要功能為：在首次裝料或換料期間，計算脈沖速率，監(jiān)測反應(yīng)堆周期；自檢中產(chǎn)生信號送往主控室。

信息處理和儲存單元BNO-231R主要執(zhí)行的功能為：反應(yīng)堆功率監(jiān)測、反應(yīng)堆周期監(jiān)測、反應(yīng)堆功率軸向分布監(jiān)測、反應(yīng)堆反應(yīng)性監(jiān)測、自檢、產(chǎn)生送往TXS的離散信號EP和PP、產(chǎn)生送往TXS的用于控制反應(yīng)堆功率的模擬信號、產(chǎn)生送往主控室的狀態(tài)檢查信號、量程指示信號、超過EP及PP的閾值信號。

2 結(jié)束語

田灣核電站一、二期設(shè)計原理基本相同，但探測器的性能有所提升，提高了可靠性；機柜機構(gòu)進行了大幅度優(yōu)化，預(yù)留了擴展空間，為后期升級改造提供了可能。