浅谈核电站核仪表系统

浅谈核电站核仪表系统摘要：本文阐述了核电站核仪表系统的组成、功能、原理。关键词：核仪表系统探测器中子注量率量程通道信号核仪表系统使用安装在反应堆压力容器外的一系列探测器，通过对中子注量率的测量，联系地监测反应堆功率，功率水平和功率分布的变化，为操作员提供反应堆装料、停堆、启堆和功率运行等状态下堆芯中子注量率和功率信息。该系统具有记录高达200%满功率的超功率偏离的能力。核仪表系统同时也要向保护系统（RPR）提供紧急停堆信号和允许信号。还向棒控系统（EGL）提供功率信号和闭锁信号，向松脱部件和振动监测系统（KIR）提供中子噪声信号。系统描述核仪表系统由中子探测器、测量仪表柜和显示设备等组成。系统要求能测出反应堆从中子源水平到200%满功率的中子注量率。由于功率变化达十个数量级，以此把整个测量范围分为源量程、中间量程和功率量程三个区段来完成。分别采用不同的探测器和测量电路，三个量程要有一定范围的重叠，这可以保证整个测量范围功率水平测量的连续性、读数互相校核、信号互相连锁。核仪表系统由8个通道组成，2个源量程，2个中间量程和4个功率量程。反应堆周围有8个沿对角线反向布置的仪表孔道。核仪表系统探测器占据其中的6个孔道，其余2个作为备用。见图（1）图（2）2个源区段和2个中间区段探测器安装在堆芯截面水平线上的2个孔道中，每一孔道安装一个源区段和一个中间区段探测器。4个功率区段探测器安装在位于堆芯截面非水平的对角线上的4个孔道中。中子注量率的测量原理图（3）中子注量率的测量取决于它的数值大小。在注量率数值很低时，用脉冲计数的方法，而在注量率数值较大时，采用电流测量的方法。在这两种情况下，都应该能消除γ寄生辐射对测量所产生的份额。（1） 在注量率很低时，采用正比计数器。这种正比计数器根据脉冲的幅度设置一个甄别阈值，把γ射线产生的脉冲分开。这个方法用于测量源量程的中子注量率。图（1）核仪表探测器位置573573堆芯底部1/4堆芯中平面堆芯顶部1/436581953600补偿电离室正比计数管3444172180组件1753长电离室组件（单位：mm）图（2）探测器轴向布置电离气体电离气体涂硼室+-高压电源电离室电极IR脉冲t脉冲电源（低注量率）αγt1α+1γ1γ电流幅度1α测得电流（平均注量率）姓图演（望3掘）舌亮毙中子探测原理煤（亮2住）抬拒在注量率较高圈时，测量平均矩电流，这个平瞎均电流答是辽α岩射线泳和胆γ商射线所产生的熊电离电流之和叠。美形如衔果职γ极射线所产生的石电流相对估于露α茄射线所产生的刷电流不可忽略事，就采蛇用帮γ鞠射线补偿电离线室捎。张γ功射线补偿电离气室由两个电离窃室组成，其中同一个电离室同雁时苗对鸣γ冷和州α泥两种射线都灵凡敏，而另一个里电离室仅仅只普对途γ艳射线灵敏。采康用有关的电子芬线路可以使这关两个电离室所规得到的两个电啄流相减。这个呜方法用于测量很中间量程的中秘子注量率。具如季果映γ嚷射线所产生的填电流是可以忽驶略的，就只用附一个电离室。扁它的输出电流黑就雾是测α棉粒子所产生的缩电流。这个方工法用于测量功笨率量程的中子船注量率。匙测量的中子注揭量率信号送闷到甩4宣个安全级机柜织，在机柜中进击行处理和显示圾，并向其它相疲关的机柜传送逐必要的信号。醉这部分与安全松相关，因此设密备的设计、布呆置满足保护系俩统安全准则的欢要求，各冗余志通道在实体和五电气线路上隔辉离。设备按好照鼠1夸E蔬级进行质量鉴毒定，并能进行换定期试验。卸仪表柜为插件冻式结构，各种协功能的电子线垮路分放在自身爱的插件内。进RP丹N舰的控制由位于见控制机柜中的真控制计算机完停成。通过微机邀实现系统和操赚作者之间的人阀机界面以及同者其它系统的接根口。可以选择着显示内部参数喊、显示设定值保、计算来自四谨个象限的平均脏功率、执行功蓬率高选功能等陕。笔反应堆功率分症布监测功能由葛位于控制机柜鹿中惧的宴RPD绳M伸监测计算机实驻现。可以执行衣绘制功率偏差朱与相对功率关咽系图，对堆芯答状况作出评价演等功能。既可泻以在控制机柜歇上进行操作，扯也可以远程在寒主控制室进行肾控制。窃同时来自四个赌保护机柜的中勾子噪声信号送摆到控制机柜的乔中子噪声输出割板，供噪声分骗析用。且上述所有机柜麻基于数字化技常术。机柜之间侨的数据交换通艳过系统内部网勉络进行。巷同时系统具有险维护和试验用迎计算机。它可型以在维修时显敬示系统内部参杠数并用做自动恐试验装置。女下面简介各个代通道的测量原菊理和设备：先1绒)旅源量程设备瞧由两个独立的芹通道组成，每位个通道包括维：双妈—个—育链一个探测器价—霞—阳和一个支架茧—穴—吩参一个安装在仪碰表井中的连接可板纺—锯—剃推连接探测器与旺电子设备的电挥缆舒—颈—赚汤一个用于信号报处理和隔离的咸机箱蜓源量程探测器民是带有一体化农电缆的硼衬基摔正比计数管。窜它的可电离气住体是氩。它的株灵敏度大约是哗8A加/n/cm荒2真•想s佩，其测量范围古是直10满-1昏到枪2×10吨5棋n/cm剪2滤.初s怨。挡高压电源大约叹为扰900莫V叛，见模图舍(4杜)爬。II放大器甄别器计数转为直流电流试验模块硼涂层氩气CPNB44正比计数管H.T脉冲甄别阀tt脉冲I(α)对数放大器计数乘c/sLog(coups/s)I周期计模拟量输出逻辑量输出指示记录报警保护（RPR）聚图闯(叼4茂)位萝掏源量程测量通退道灶信号处理部分孕由信号调理和姥信号处理组成符。局信号调理部分冤的功能主要有驱：宴—罢—混顷向探测器提供蒙高压电源碎—昼—岩鸟脉冲放大，滤关波，幅度甄别拖以消除伽马射碧线，脉冲整形愿；魄—目—促岂通过对部件自魂身产生的逻辑绵状态的检测，煤从而实现以下玩事件的自检：辣低压电源通断缴，高压和甄别寺阈监测，板卡担在机箱里的连酬接状况，装置隶试验等等。败产生的整形脉资冲、代表高压阁和甄别阈的数限字信号以及自铅身逻辑状态信滋号将传送到信亦号处理部分进忆行处理。信号目处理部分耗以术CP奖U耀为中一心，主效要完成以下功阵能：排—铜—镰晋计算计数讨率顾(贷1-10外6炉)C·S果-1侨、倍增时改间颤(-30束s摄，选+拢∞洋，额+3s伙)食；怨—咳—探知将计数率同阈逼值比较，当超蹈过阈值时，产宋生相应的保护桥或控制逻辑信兴号；态—珍—绿躺通闭道据I利产生的代表计测数率的信号，陪经隔离后送往沸辅助控制通道勇；预—远—桶址通过自检检测士系统的运行状炉态；洪—疏—追呈可通过外接计捷算机对参数进蝴行修改；验—荷—拣推管理网络的信膊息传送。寄所有模拟信号向通过隔离后输扫出到主控制室洒或应急停堆盘屋指示或记录。稍CP裙U睡产生的逻辑输捷出信号通过继膝电器板输出到渔相关的控制系响统。盈2储)光中间量程设备泼：污由两个通道组亩成，每个通道制包括：司—董—顿和一个探测器圈—勺—盯与一个探测器支泳架须—让—漫缘一个安装在探淘测器孔道上的错连接板疤—消—产纹三根由探测器材到电子仪表的怕连接电缆链—逆—毫览一个仪表机箱曾探测器是硼衬睬基补偿电离室发。绞信号处理部分默由信号调理和太信号处理组成忠。抚信号调理部分厌的功能主要有法：狡—延—笼建为探测器提供搁高压和补偿高田压电源；旷—根—馅叠将来自补偿电匙离室产生的电殿流信号转换为井可被处理单元漆接收的信号，兄以完成电流测止量的计算和处盼理；酒—波—存初监测运行状态妖，提供以下事吩件的自检：低榆压电源通断，溪高压监测，板祥卡在机箱里的途连接状况，装污置试验等等。税电流转换是由站自动换量程放隶大器完成的，煤七个量程覆盖锁了八个数量级指的中子注量率闯。产生的电流辟信号被送到信授号处理部分。破信号处理部分烘以珍CP公U此为中心，主要丰完成以下功能桌：依—猫—赴脂获取经调理和锹转换部分产生企的代表所测补运偿电离室电流棵的数字信号；壶—谋—交非计算倍增时舒间包(-30支s该，圣+闻∞坟，纵+3s残)朝；俱—罚—似烧将电流值同阈联值比较，当超付过阈值时，触罚发继电器输出锄供保护和控制务用的信号；膛—叫—阀悦产生表示电流抄的信号，送往面主控制室；画—袜—锈色通过自检，监吴测自身的运行天状况是否良好钢；蹲—冰—梯式可通过外接计羽算机对参数进索行修改；愧—点—叨芹管理网络的信仆息传送。举所有模拟信号项通过隔离后输帜出到主控制室司或应急停堆盘寿指示或记录。与CP隔U絮产生的逻辑输补出信号通过继抚电器板输出到叮相关的控制系被统。林3殊)赖功率量程：寸由礼4跑个通道组成，秩每个通道包括双：抛—绩—摘撤一个探测器朵—盼—目薯一个探测器支间架规—舒—婆征一个安装在仪备表井上方的连拴接板令—热—咳仓七根探测器至蚊电子仪器的连赞接电缆断—秋—季柴一个仪表机箱兰探测器是六段乱硼衬基非补偿阵电离室。参信号处理部分始由信号调理和腐信号处理组成裙。启功率量程通道腾信号调理部分耍的功能主要有辨：升—特—索载为探测器提供伟高压电源当；肯浇—青—珠咸将来自非补偿忠电离室产生的状六段电流信号仍转换为可被处何理单元接收的战信号，以完成标电流测量的计摄算和处理；弃—刻—僻弓监测运行状态来，提供以下事脏件的自检：低膨压电源通断，笛探测器六段连叨接的状态，板思卡在机箱里的余连接状况，六突段信号试验，齿探测器高低量璃程选择等等。角—手—疯怠高注量率水平贱探测器测得的臂六段电流信号慕正比于中子注酱量率，通常将柏这六个信号分般为对应于堆芯夫上、下部分的裹两组。边信号处理部分概以盼CP咳U装为中心，主要拒完成以下功能演：牺—携—古袖获取经调理和央转换部分产生宿的代表所测非觉补偿电离室六盈段电流的数字挥信号；奴—膨—甘香获取代表主泵愤转速变化和一蜓回路平均温度糕变化的信号；宪—郑—陵才计算探测器上庸三段电流的平乱均值；吸—巡—芳无计算探测器下暑三段电流的平弦均值；脾—敞—宣肝加入两个可调兔参领数醉(Ku缓p则和超K10团)刚来计算平均功盾率；障—梨—许临加入一个可调悼参捎数务(箭仪纤)神来计算轴向功推率偏蛋差叙AcI所)办：些—蜻—栏塘用传递函数来猎计算延迟后的深功率，延迟时厌间可调；寻—霞—盘吼计算微分延迟矛功阅率掏(DDP切)渴，它代表了功柱率变化率：掠—宣—阅殊用主泵转速变今化和一回路平夸均温度变化来稼校灵准废DD获P炕。只有当功率池高工于推1卧0水％磁F份P刺时缘才采用该校准坛；滩—魔—欲屑将蜻DD累P粱同两个设定值茄作比较；混—使—雨体将平均功率同怒阈值比较，当样超过阈值时，质输出供保护和唯控制用的信号四；庸—查—旨胁产生的功率水唯平信号送往辅扯助控制通道；术—胖—悉康通过自检，监珍测自身的运行置状况是否良好聪；聪—嗓—勉垫可通过外接计归算机对参数进悔行修改；卖—纺—邮坚管理网络的信皱息传送。颤所有模拟信号五通过隔离后输虹出到主控制室模或应急停堆盘棒指示或记录。端CP径U忌产生的逻辑输琴出信号通过继倘电器板输出到什相关的控制系裙统。乌另还有探测器子第变2岛和骤5豆段的中子噪声仍隔离信号送往续控制机柜，探全测器上三段之跪和及下三段之狠和信号送往反则应性计。4)控制机柜净主要包括：控糊制计算机实现待控制功能粘，京RPD所M今计算机完成功至率分布检测功即能。饱控制功能主要凶是：淘—它—梦顾通过控制计算筹机的界面友好蝇的用户程序，每显示内部参数突、设定值等；摆—脱—降滤对从源量程来股的超定值脉冲扔信号进行分频者、放大，以提及供在主控室和收反应堆厂房内愚的源量程计数棋率的音响指示工。有三个扬声嚷器良；早库揭。部—优—慨嘉执行功率高选茎功能：将来刑自宁4浑个功率量程通怕道的功率水平遗信号进行比较云，选出最大的把一个信号提供宵给棒速控制系喊统；舌—搅—男烧计算来自四个兆象限的平均功诉率；北—踢—妨碌接收来自保护秩通道的各种信征息，并送往主月控室和应急控嫂制室显示。与功率分布监测辨功能：薯通过功率分布假监测计算机完锤成，采用实时少或延时屏幕显践示表征堆芯运车行特性的一定尽数量的曲线和焰数