HFETRC核測系統(tǒng)調試及設備故障處理研究

蔣波　武文超　陳夢雪　王軍成

摘 要

本文介紹了高通量工程試驗堆臨界裝置（HFETRC）核測系統(tǒng)的組成和調試過程，對系統(tǒng)調試中出現(xiàn)的問題進行了總結，分析了故障的原因，以及不同類型故障所采取的解決措施。本文對反應堆核測系統(tǒng)調試、維修工作具有一定的借鑒意義。

關鍵詞

HFETRC;核測系統(tǒng);臨界裝置

中圖分類號： TL362 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 79

0 前言

為了對中國工程試驗堆的堆芯物理設計及計算進行校核驗證，為后續(xù)堆運行提供重要的物理參數(shù)計算數(shù)據(jù)，需要進行堆芯1：1物理模擬試驗。HFETRC建成于1982年，主要用于開展高通量工程試驗堆的零功率物理試驗研究。為了在HFETRC上開展中國工程試驗堆零功率物理試驗，需要對HFETRC進行改造調試，用以滿足中國工程試驗堆物理試驗要求。核測系統(tǒng)是HFETRC儀控系統(tǒng)的重要組成部分，其通過連續(xù)測量中子注量率及其變化，并對測得的各種信號加以顯示記錄，為運行、試驗人員提供反應堆裝料、卸料、停堆、啟堆和功率運行時反應堆的狀態(tài)信息及保護。為此，需對HFETRC核測系統(tǒng)設備進行狀態(tài)檢查、儀表校驗、故障處理、設備安裝調試，確保臨界試驗的順利進行。

1 核測系統(tǒng)組成

為掌握臨界裝置在堆芯裝料、卸料、停堆、臨界試驗、功率刻度各個階段狀態(tài)信息，HFETRC核測系統(tǒng)采用3中不同量程的8個獨立測量通道來監(jiān)測反應堆中子注量率。HFETRC核測系統(tǒng)由兩臺啟動中子監(jiān)測儀、兩臺周期監(jiān)測儀、兩臺功率保護儀、兩臺功率測量儀等二次儀表，以及它們各自相應的探測器、電纜、轉接盒組成，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

啟動中子監(jiān)測儀用于臨界裝置的裝料、卸料、啟動等在非常低的功率水平時對反應堆中子注量率的監(jiān)測，運行人員可根據(jù)啟動中子監(jiān)測儀來判斷中子注量率增長的快慢程度。啟動中子監(jiān)測儀采用線性率表和對數(shù)率表實現(xiàn)對中子注量率水平的實時顯示，其配套使用的中子探測器為BF3計數(shù)管（中子靈敏度100cps/n.cm-2.s-1，測量范圍10-2～2×103n.cm-2.s-1）。

周期監(jiān)測儀通過測量反應堆的中子注量率和e倍增長周期，對中子注量率的變化趨勢、反應堆所處的狀態(tài)進行監(jiān)測。當周期增長速率超過設定值時，觸發(fā)短周期警告信號、周期保護信號，中子注量率超過設定值時觸發(fā)小功率保護信號。周期監(jiān)測儀配套使用的中子探測器為裂變電離室（中子靈敏度1cps/n.cm-2.s-1，測量范圍1～2×1010n.cm-2.s-1）。

功率保護儀用于監(jiān)測反應堆的運行功率保護，防止功率超過設定值，當運行功率超過設定值時，觸發(fā)功率高警告信號、保護信號。功率保護儀可以在量程范圍內根據(jù)運行限值要求設定保護值，其配套使用的中子探測器為γ補償電離室（中子靈敏度5×10-14A/n.cm-2.s-1，測量范圍2×102～5×1010n.cm-2.s-1）。

功率測量儀用以監(jiān)測反應堆的核功率水平，通過測量電離室的電流輸出來監(jiān)測反應堆功率，其配套使用的中子探測器為γ補償電離室。

啟動中子監(jiān)測儀、周期監(jiān)測儀、功率保護儀、功率測量儀所使用中子探測器在堆內布置如圖2所示。

2 核測系統(tǒng)調試

2.1 核測系統(tǒng)調試準備

核測系統(tǒng)開始調試前，需要完成以下準備工作：核測系統(tǒng)二次儀表校驗程序準備齊全有效，設備使用說明書、圖冊、測試記錄表齊全;設備校驗人員，系統(tǒng)測試人員均通過考核并取得授權，掌握系統(tǒng)結構、設備工作原理、性能特征、操作方法;測試用脈沖發(fā)生器、電流信號源等儀器精度滿足測試要求，絕緣電阻測試儀、電容測試儀等計量器具均經鑒定合格且在有效期內，中子源場強滿足測試要求;測試現(xiàn)場溫濕度滿足設備使用要求。

2.2 設備單體調試

系統(tǒng)調試前，需要完成中子探測器電氣性能測試、轉接盒性能測試、同軸電纜性能測試、核測系統(tǒng)二次儀表校驗。

中子探測器電氣性能測試主要按照《GB/T 7164用于核反應堆的輻射探測器特性及其測試方法》進行探測器絕緣電阻和電容測試，探測器電氣性能指標應能滿足使用要求。

轉接盒與同軸電纜性測試性能測試包括通斷測試、電容測試、芯線對屏蔽絕緣電阻測試、屏蔽對地絕緣電阻測試。

核測系統(tǒng)二次儀表校驗按照校驗程序開展設備功能、性能測試。主要測試內容包括：高壓電源模塊輸出量、低壓電源模塊輸出量、前置放大器的放大倍數(shù)、儀器的量程和精度、儀器的定值輸出和狀態(tài)監(jiān)測。

2.3 系統(tǒng)聯(lián)合調試

完成核測系統(tǒng)設備單體調試及安裝后，進行系統(tǒng)通電檢查，測試探測器和二次儀表的本底是否滿足測試要求。然后外加中子源，測試功率保護儀和功率測量儀響應是否正確;調節(jié)啟動中子監(jiān)測儀和周期監(jiān)測儀的閾值、工作電壓，測試探測器閾特性、坪特性是否滿足使用要求。后續(xù)進行24h穩(wěn)定性試驗，測試系統(tǒng)長期運行穩(wěn)定性及抗干擾能力。

3 故障處理

核測系統(tǒng)調試過程中遇到的故障現(xiàn)象主要為設備插件故障、線纜絕緣性能低、本底高、電磁干擾等。

3.1 信號傳輸電纜絕緣性低故障處理

進行同軸電纜性能測試時，發(fā)現(xiàn)的問題有：電纜絕緣性能不滿足要求、芯線與屏蔽線短接等問題。首先對同軸電纜接頭進行檢查，由于電纜接頭制作不當，導致芯線與屏蔽線短接觸，引起芯線與屏蔽線短接。引起電纜芯線與屏蔽線間絕緣性低的原因包括：電纜接頭內、接線盒內絕緣材料表面清潔度不滿足要求，電纜芯線與屏蔽線間絕緣材料受潮。通過對絕緣材料表面進行清潔處理、截掉受潮電纜后，并對同軸電纜與電纜接頭密封處理。后續(xù)信號傳輸電纜絕緣電阻值均大于4TΩ（1000V），滿足使用要求。

3.2 電源模塊故障處理

核測系統(tǒng)二次儀表測試過程中，發(fā)現(xiàn)周期監(jiān)測儀高壓電源模塊無輸出、功率測量儀外殼對地存在24V電壓。經測試，周期監(jiān)測儀高壓電源模塊故障，更換高壓電源模塊后輸出正常。功率測量儀低壓電源模塊中三極管安裝過程中未進行絕緣處理，導致24V電源線與設備外殼接觸。三極管在工作過程中會產生熱量，安裝過程中需要加絕緣和散熱材料處理，通過在三極管與外殼間加裝云母墊片后故障消失。

3.3 周期監(jiān)測儀本底高

核測系統(tǒng)安裝完成后上電測試時，1號周期監(jiān)測儀存在上千計數(shù)，此時堆內無中子源及燃料元件。對周期監(jiān)測儀的閾值進行調節(jié)，但計數(shù)仍然存在。對探測器結構、線纜傳輸路徑、周期監(jiān)測儀安裝方式分析，查找本底過高的原因。裂變電離室安裝在測量孔道內，外殼與臨界裝置導通接地，裂變室外殼與信號電纜屏蔽層導通接至儀器屏蔽地。由于裂變電離室電纜存在兩點接地，在兩接地點引入地環(huán)流，引入的干擾嚴重影響信號的傳輸。對裂變電離室外殼進行絕緣處理，采用一點接地的方式。通電測試，1號周期監(jiān)測儀的計數(shù)恢復正常。

3.4 周期監(jiān)測儀無輸出故障處理

系統(tǒng)聯(lián)合調試過程中，外加中子源后，2號周期監(jiān)測儀無輸出，更換1號周期監(jiān)測儀后輸出正常。通過外加信號源進行測試，當信號源脈沖幅度減小到一定程度后，周期監(jiān)測儀無讀數(shù)，增大脈沖幅度后計數(shù)恢復正常。判斷故障位置為周期檢測儀前置放大單元中的放大芯片故障，更換放大芯片后，2號周期監(jiān)測儀計數(shù)正常。

3.5 功率保護儀觸發(fā)功率保護信號故障處理

核測系統(tǒng)24h穩(wěn)定性試驗過程中，運行人員操作電磁排水閥時，均會觸發(fā)功率保護信號。進行現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)電磁排水閥與功率保護儀信號電纜間距過小，電磁排水閥動作時引起功率保護儀誤觸發(fā)保護信號。通過優(yōu)化功率保護儀信號電纜走線，并對電磁排水閥加裝屏蔽設施后，進行電磁排水閥操作時，功率保護儀工作正常。

4 結束語

核測系統(tǒng)對臨界裝置的安全、可靠運行起著關鍵性作用，通過調試，對系統(tǒng)存在的故障進行了識別。通過測試、對比分析等方法對故障點進行精確的定位，并對故障進行有效的處理，確保了臨界裝置核測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保障了中國工程試驗堆臨界試驗的順利進行。調試過程中遇到的故障現(xiàn)象多為核測系統(tǒng)典型故障，為后續(xù)中國工程試驗堆核測系統(tǒng)安裝調試提供一定的參考。