核電站啟堆期間中間量程通道調(diào)試分析

楊 杰

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

壓水堆核電站中，核儀表系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的實(shí)時(shí)功率，其調(diào)試工作主要在裝料后進(jìn)行，需要根據(jù)實(shí)際工況對(duì)通道參數(shù)進(jìn)行合理配置。核電站首次裝料后的核儀表系統(tǒng)調(diào)試工作較多，其中中間量程的調(diào)試從臨界前一直持續(xù)至滿功率。

本文主要介紹核電站中間量程在首次裝料后的各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目和方法，并對(duì)其調(diào)試特點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)對(duì)調(diào)試過程中的不足進(jìn)行分析，用于指導(dǎo)后續(xù)機(jī)組的調(diào)試工作。

1 中間量程概述

核電站的核儀表系統(tǒng)通過測(cè)量反應(yīng)堆泄漏中子通量從而監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆實(shí)時(shí)功率，測(cè)量范圍大約為10-9%～2×102%功率[1]。為了能夠覆蓋全部測(cè)量范圍并且保證測(cè)量精度，將整個(gè)測(cè)量范圍分為源量程（Source Range，SR）、中間量程（Intermediate Range，IR）、功率量程（Power Range，PR），相鄰量程之間存在一定數(shù)量級(jí)的重疊區(qū)域，確保反應(yīng)堆功率監(jiān)測(cè)的連續(xù)性。

3個(gè)量程均采用獨(dú)立的探測(cè)器及通道，其中IR探測(cè)器采用裂變室。入射中子與裂變室中235U產(chǎn)生裂變反應(yīng)，生成的裂變碎片使填充氣體產(chǎn)生電離，生成的帶電離子在高電壓場(chǎng)中被電極收集從而形成脈沖信號(hào)。IR探測(cè)器的輸出信號(hào)中，不僅有中子反應(yīng)生成的脈沖信號(hào)，也有γ粒子通過光電效應(yīng)等生成的脈沖信號(hào)，同時(shí)還有噪聲在電子線路中產(chǎn)生的干擾信號(hào)。由于中子脈沖信號(hào)的幅度高于γ脈沖信號(hào)和噪聲信號(hào)，因而可以使用甄別器篩選出需要的中子脈沖，即僅允許幅度高于甄別閾值的中子脈沖通過。

在較低中子場(chǎng)中，IR探測(cè)器輸出間斷的脈沖信號(hào)，可以通過脈沖甄別過濾掉γ和噪聲信號(hào)，即CPS（Count per Second，脈沖計(jì)數(shù)率）模式。在較高中子場(chǎng)中，IR探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)交疊為連續(xù)的交流信號(hào)，此時(shí)可以根據(jù)坎貝爾理論[2]得到信號(hào)的均方值，即MSV（Mean Square Voltage，均方電壓）模式。

圖1 IR信號(hào)處理流程Fig.1 IR Signal processing process

IR探測(cè)器的輸出信號(hào)分成CPS和MSV兩路并行處理。CPS信號(hào)處理，即甄別、整形后得到脈沖計(jì)數(shù)率（CRSE），再轉(zhuǎn)換為CPS功率（CRPI）。MSV信號(hào)處理，即濾波、衰減后得到RMS（Root Mean Square，均方根）電壓（MSVS），再轉(zhuǎn)換為MSV功率（MSVP）。兩種工作模式的功率轉(zhuǎn)換公式如公式（1）和公式（2）所示。式中，KCRI為CPS功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，K1MS為MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)。出廠預(yù)設(shè)值均為2，后續(xù)需根據(jù)工況調(diào)整。

CPS模式和MSV模式的信號(hào)處理方式不同，同時(shí)兩者之間存在一定的重疊區(qū)域。因此，需要進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，使兩種信號(hào)在一定區(qū)段內(nèi)平穩(wěn)切換，得到IR加權(quán)功率（SIRP）。IR加權(quán)功率（SIRP）經(jīng)過修正后得到IR功率（NE002），修正系數(shù)KGIR出廠預(yù)設(shè)值為1，后續(xù)需根據(jù)工況調(diào)整。

IR信號(hào)處理的基本流程如圖1所示。

2 裝料后IR調(diào)試項(xiàng)目

首次啟堆期間，IR通道需要根據(jù)實(shí)際工況對(duì)通道參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括甄別電壓、增益系數(shù)、功率轉(zhuǎn)換系數(shù)、熱功率修正系數(shù)等。

2.1 甄別電壓調(diào)整

首次啟堆期間，IR通道的甄別電壓需要在模式3和模式2進(jìn)行兩次調(diào)整，以確保在無中子場(chǎng)和有中子場(chǎng)中甄別器均能夠有效過濾掉γ信號(hào)和噪聲信號(hào)。

IR通道中設(shè)置有可調(diào)的衰減器，能夠使輸入信號(hào)的幅度同步縮小。如果衰減系數(shù)過大，中子信號(hào)、γ信號(hào)和噪聲信號(hào)的幅度差異過小，甄別器可能無法有效地識(shí)別出中子信號(hào)；如果衰減系數(shù)過小，中子信號(hào)的幅度可能超出甄別器的工作限值。因此，調(diào)整IR甄別電壓的同時(shí)，需要確定合適的衰減系數(shù)，以確保甄別電壓工作在甄別器硬件的有效范圍內(nèi)。

模式3和模式2下繪制的IR甄別曲線形狀相似，即隨著甄別電壓的逐漸增大，通過甄別器的脈沖計(jì)數(shù)率逐漸減小。但兩次繪制的IR甄別曲線均未出現(xiàn)明顯的平穩(wěn)區(qū)段，無法有效地區(qū)分中子和其它信號(hào)的分離點(diǎn)，即無法有效地確定合適的甄別電壓。

考慮到新反應(yīng)堆本身的γ和噪聲分量遠(yuǎn)小于中子分量。因此，模式2試驗(yàn)后保持當(dāng)前配置。經(jīng)過后續(xù)升功率驗(yàn)證，當(dāng)前配置能夠保證IR通道正常工作。

2.2 MSV系數(shù)調(diào)整

首次啟堆期間，IR通道的MSV增益系數(shù)和MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)需要在25%功率時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以使MSV通道能夠發(fā)揮其最佳性能。

MSV通道中的RMS電壓通過輸入卡件AI688送至處理器，而AI688可接收信號(hào)范圍為0V～10V。因此，需要調(diào)整MSV增益系數(shù)，使RMS電壓為10V時(shí)對(duì)應(yīng)MSV功率200%，從而盡可能地提高M(jìn)SV通道精度。根據(jù)公式（2），MSV功率（MSVP）與RMS電壓（MSVS）的平方成正比，故可以直接根據(jù)當(dāng)前熱功率值得到RMS電壓期望值3.54V。

反應(yīng)堆的熱功率[3]通過監(jiān)測(cè)二回路的壓力、溫度、流量等參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算得到，能夠較為準(zhǔn)確地表征當(dāng)前反應(yīng)堆的實(shí)際功率。而核儀表系數(shù)測(cè)量的核功率誤差較大，在較高功率時(shí)需以熱功率作為基準(zhǔn)。因此，需要調(diào)整MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)，使MSV功率值與熱功率值一致，即MSV功率能夠表征當(dāng)前實(shí)際功率。根據(jù)公式（2），MSV功率（MSVP）與MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)（K1MS）成正比，因而獲取當(dāng)前熱功率值、當(dāng)前MSV功率值、K1MS當(dāng)前值后，可以計(jì)算得到K1MS目標(biāo)值。

2.3 CPS功率轉(zhuǎn)換系數(shù)調(diào)整

首次啟堆期間，IR通道的CPS功率轉(zhuǎn)換系數(shù)（KCRI）同樣需要在25%功率時(shí)進(jìn)行調(diào)整。但CPS模式僅在較低功率時(shí)使用，此時(shí)熱功率測(cè)量不準(zhǔn)確，故無法直接將CPS功率與熱功率進(jìn)行比較。但可以利用MSV功率作為中間量將兩者進(jìn)行比較，根據(jù)較高時(shí)的熱功率值和MSV功率值得到模式切換期間期望MSV功率值，即期望CPS功率值。

需要注意的是，較高功率時(shí)的熱功率和MSV功率值必須采用MSV參數(shù)調(diào)整前的數(shù)值。但設(shè)計(jì)方提供的原調(diào)試程序中，采用的是RMS增益系數(shù)調(diào)整后、K1MS調(diào)整前的數(shù)值，導(dǎo)致計(jì)算出的KCRI值與正確值偏差較大。

2.4 IR熱功率修正系數(shù)調(diào)整

首次啟堆期間，IR熱功率修正系數(shù)（KGIR）需要在100%功率進(jìn)行調(diào)整，以確保滿功率工況下IR功率值與熱功率值一致。

2.5 IR高電壓調(diào)整

首次啟堆期間，IR高電壓需要在100%功率進(jìn)行調(diào)整，以確保探測(cè)器中反應(yīng)生成的帶電粒子均能夠被電極收集。裂變室工作在中子探測(cè)器V-A特性曲線的飽和區(qū)，即一對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中產(chǎn)生電離并被收集到的離子對(duì)數(shù)在一定高電壓范圍（即坪區(qū)段）內(nèi)保持不變。

功率較高時(shí)，探測(cè)器內(nèi)的帶電離子較多，更有利于確定坪區(qū)段。因此，選擇在100%功率時(shí)繪制坪曲線并調(diào)整高電壓。

3 中間量程調(diào)試特點(diǎn)

3.1 調(diào)試重點(diǎn)

相對(duì)于較為成熟的堆型，新堆型的理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)際之間存在著較多偏差，IR通道的調(diào)試有以下特點(diǎn)：

1）可調(diào)參數(shù)較多。調(diào)試階段IR通道包含較多可調(diào)參數(shù)，硬件處理環(huán)節(jié)有衰減系數(shù)、甄別電壓、MSV增益、高電壓，軟件處理環(huán)節(jié)有MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)、CPS功率轉(zhuǎn)換系數(shù)、熱功率修正系數(shù)。

2）多個(gè)參數(shù)聯(lián)調(diào)。調(diào)試階段IR通道多個(gè)可調(diào)參數(shù)需要同時(shí)或先后進(jìn)行調(diào)整，以期望通過聯(lián)調(diào)使通道發(fā)揮最佳的性能。例如，調(diào)整甄別電壓時(shí)需同時(shí)調(diào)整衰減系數(shù)，使甄別器發(fā)揮較佳的硬件性能。

3.2 調(diào)試難點(diǎn)

新堆型在首次啟堆期間依據(jù)實(shí)際工況對(duì)設(shè)計(jì)和程序進(jìn)行驗(yàn)證，IR通道的首次調(diào)試有以下難點(diǎn)：

1）工況考慮不足。例如，繪制的甄別曲線與預(yù)期差異較大。

2）參數(shù)偏差較大。例如，RMS增益系數(shù)調(diào)整前后的MSV功率分別為約44%和約25%，KCRI數(shù)值從2調(diào)整至約7.5。

3）程序存在錯(cuò)誤。例如，原程序中KCRI調(diào)整時(shí)未考慮到RMS增益系數(shù)調(diào)整的影響。

4 結(jié)論

核電站中間量程通道在調(diào)試過程中存在明顯的特點(diǎn)。其調(diào)試過程，可以有效地作為后續(xù)機(jī)組的借鑒，確保調(diào)試過程能夠順利開展。其調(diào)試結(jié)果可以充分地反饋在堆型設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)使調(diào)試過程更加精煉。