核電站RPN源量程濾波參數(shù)的分析及優(yōu)化

黃顯潤，林大衛(wèi)

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

核儀表系統(tǒng)（RPN）采用堆外中子通量測量的方式，對堆芯功率、堆芯功率變化和堆芯功率分布進(jìn)行測量。RPN系統(tǒng)提供反應(yīng)堆保護(hù)、核功率控制和堆芯功率監(jiān)視等信號。其中，RPN源量程測量通道用于熱停堆、冷停堆以及裝卸料等狀態(tài)的監(jiān)測與保護(hù)，是反應(yīng)堆啟停時的重要測量儀表。RPN源量程中子計(jì)數(shù)率測量范圍從0～106cps，相當(dāng)于堆功率從10-9～10-3%Pn。特別是在機(jī)組裝卸料期間，要求源量程能夠快速響應(yīng)，準(zhǔn)確反應(yīng)當(dāng)時反應(yīng)堆的真實(shí)狀態(tài)。在某核電站RPN數(shù)字化系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)RPN源量程通道在低計(jì)數(shù)率時信號輸出響應(yīng)緩慢，無法快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)反應(yīng)堆的堆芯狀態(tài)，影響機(jī)組的安全監(jiān)測。

2 RPN源量程測量通道簡介

RPN源量程測量通道包括兩路測量信號，分別為RPN014MA及RPN024MA。每路測量通道分別由探測器、連接盤、傳輸電纜及機(jī)柜信號處理板件組成，處理完成的計(jì)數(shù)脈沖信號送至下游接口進(jìn)行顯示及產(chǎn)生保護(hù)動作。

3 RPN源量程計(jì)數(shù)率的濾波功能

RPN源量程在裝料初期由于中子通量水平較低，容易受外界干擾信號影響?；谶@方面的考慮，為避免外界閃發(fā)的干擾信號對真實(shí)的中子通量信號造成干擾（計(jì)數(shù)率顯示波動大），在RPN源量程通道的初始設(shè)計(jì)中，設(shè)置計(jì)數(shù)率滾動濾波功能。濾波參數(shù)閾值SRC_PAR001的默認(rèn)值為8000。

濾波參數(shù)閾值SRC_PAR001的濾波功能是：①真實(shí)的中子通量信號在濾波參數(shù)閾值以下，進(jìn)行計(jì)數(shù)率滾動濾波計(jì)算；真實(shí)的中子通量信號達(dá)到濾波參數(shù)閾值以上，濾波功能失效。②存在濾波效果，下游接口顯示的是滾動平均值，中子通量變化時，響應(yīng)時間變慢；濾波效果失效后，下游接口顯示的是即時的中子通量信號。

濾波參數(shù)閾值SRC_PAR001的默認(rèn)值是系統(tǒng)設(shè)計(jì)廠家公司根據(jù)多個核電站機(jī)組上RPN源量程通道真實(shí)的計(jì)數(shù)率情況進(jìn)行分析后設(shè)定的，用來平衡計(jì)數(shù)率擾動和響應(yīng)時間。該濾波參數(shù)為系統(tǒng)內(nèi)的可調(diào)工程參數(shù)，可以根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況設(shè)定不同的濾波閾值。

4 RPN源量程計(jì)數(shù)率的計(jì)算原理

4.1 初始計(jì)數(shù)率icr和中間計(jì)數(shù)率ICR的計(jì)算原理

RPN系統(tǒng)中的源量程計(jì)數(shù)率輸出板件ICTO有著預(yù)置計(jì)數(shù)時間和預(yù)置計(jì)數(shù)個數(shù)兩種計(jì)數(shù)模式，其中預(yù)置計(jì)數(shù)時間TMAX=5.12s，預(yù)置計(jì)數(shù)個數(shù)NMIN=7936，即當(dāng)TMAX或NMIN達(dá)到閾值時，刷新指示器SRC_CI005置1，開始計(jì)算新的計(jì)數(shù)率。

RPN源量程初始計(jì)數(shù)率icr和中間計(jì)數(shù)率ICR的計(jì)算公式如下：

其中P_TM為死區(qū)修正參數(shù)，數(shù)值為1E-7s。

4.2 濾波計(jì)數(shù)率LCR的計(jì)算原理

從公式（1）及（2）可以看出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的濾波功能，采用的是遞歸濾波，即濾波計(jì)數(shù)率LCR及中間變量mean均采用了遞歸濾波。

假設(shè)當(dāng)某大修第一組燃料組件裝入反應(yīng)堆后，源量程計(jì)數(shù)率穩(wěn)定在20cps為例子。當(dāng)?shù)谝唤M燃料組件裝入反應(yīng)堆后，中間計(jì)數(shù)率ICR已趨于穩(wěn)定，即中間計(jì)數(shù)率ICR1=ICR2=ICR3=……=ICRN=ICR。此時，濾波計(jì)數(shù)率要正常輸出顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)率，即LCR=ICR=20cps，在CPU處理系統(tǒng)中的計(jì)算過程如下：

①首先滿足mean=ICR，

由公式（2）可得 meanN=0.9N-1mean1+ICR*(1-0.9N-1)。

推算可得 N=26時，meanN=0.07*mean1+0.93*ICR。故mean要與ICR基本持平，約需要的時間T1=26*5.12s=133.12s（5.12s為ICTO板件的計(jì)算周期）。

②當(dāng)滿足mean=ICR后，由公式（1）可得

RPN源量程濾波計(jì)數(shù)率LCR的計(jì)算公式如下：

那么 LCRN=LCR_prec1*0.95N-1+ICR*（1-0.95N-1）。

推算可得N=51時，LCRN=0.07*LCR_prec1+0.93*ICR。

即濾波計(jì)數(shù)率LCR要與中間計(jì)數(shù)率ICR基本持平，約需要的時間T2=51*5.12=261.12s。

故當(dāng)?shù)谝唤M燃料組件裝入后，經(jīng)過T=T1+T2=133.12+261.12=394.24s≈6.5min后，主控室KIT/EN記錄儀等才能正常顯示源量程計(jì)數(shù)率，供主控操縱員、燃料操作員監(jiān)測當(dāng)時堆芯的狀態(tài)。

5 RPN源量程濾波參數(shù)的影響

根據(jù)源量程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，RPN源量程濾波參數(shù)SRC_PAR001設(shè)置為8000時，每裝一組燃料要正常顯示當(dāng)時堆外真實(shí)的中子計(jì)數(shù)率，需要通過濾波計(jì)算6.5min后才會通過KIT/EN記錄儀等正常顯示出來，主控操縱員及燃料操作員才能知道每組燃料組件裝入后中子通量的變化情況。當(dāng)?shù)谝唤M燃料組件裝入后，源量程通道如果無法快速反應(yīng)，將造成燃料操作員無法準(zhǔn)確判斷燃料組件的可用性及裝入的正確性，主控操縱員無法監(jiān)測反應(yīng)堆的真實(shí)狀況，儀表人員無法判斷源量程通道的可用性。

RPN源量程設(shè)計(jì)中源量程中子通量高報(bào)警則是采用中間計(jì)數(shù)率ICR進(jìn)行判斷的，一旦出現(xiàn)中子通量高報(bào)警，而此時顯示的可能仍然上一次循環(huán)的計(jì)數(shù)率，無法準(zhǔn)確判斷是堆外中子通量的異常變化導(dǎo)致，還是RPN報(bào)警系統(tǒng)的偶發(fā)故障。

源量程中子通量高報(bào)警是指某一刻的堆外中子通量超過正常通量的3倍而觸發(fā)的報(bào)警。稀釋事故分析表明，只要停堆狀態(tài)下高通量閾值的設(shè)定始終至多等于停堆狀態(tài)下正常通量的3倍，那么在出現(xiàn)故障，反應(yīng)堆重返臨界前，主控操作員就擁有足夠的干預(yù)時間。正確判斷源量程中子通量高報(bào)警的正常與否，影響著機(jī)組狀態(tài)的正常監(jiān)測。

6 RPN源量程濾波參數(shù)的優(yōu)化方案

根據(jù)RPN源量程系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件中的RPN源量程濾波計(jì)數(shù)率的計(jì)算公式，對輸入計(jì)數(shù)率60cps干擾進(jìn)行仿真，在不同濾波參數(shù)的設(shè)置下，計(jì)數(shù)率顯示輸出響應(yīng)情況，可以看出在濾波參數(shù)設(shè)置為1時，計(jì)數(shù)率能快速響應(yīng)。同時，分析對比同堆型其他電站的RPN數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其在源量程計(jì)數(shù)率計(jì)算時并未有該濾波參數(shù)，并且在多年運(yùn)行中源量程通道能正常快速響應(yīng)，且無異常波動。

結(jié)合對RPN源量程計(jì)數(shù)率的理論分析、仿真數(shù)據(jù)以及同堆型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對RPN源量程濾波參數(shù)SRC_PAR001進(jìn)行優(yōu)化，由8000設(shè)置為1，源量程計(jì)數(shù)率計(jì)算不采用濾波功能。

7 RPN源量程濾波參數(shù)優(yōu)化的應(yīng)用

分析某核電站RPN系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)，并對源量程濾波參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，由8000設(shè)置為1。優(yōu)化后，在大修裝料期間，源量程通道能夠快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)堆外中子通量，未出現(xiàn)響應(yīng)緩慢的現(xiàn)象，且計(jì)數(shù)率未出現(xiàn)異常波動。

8 結(jié)語

本文分析某核電站RPN源量程濾波參數(shù)設(shè)置的原理及其對源量程計(jì)數(shù)率輸出的影響，成功對濾波參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，由8000設(shè)置為1，確保了源量程通道在機(jī)組裝卸料期間能快速準(zhǔn)確地響應(yīng)堆芯的真實(shí)狀態(tài)，保證堆芯的安全監(jiān)測[1]。