陳邦續(xù)，劉桓宇，刁建洲，陳臻

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

源量程是核儀表系統(tǒng)（RPN）三個(gè)測量量程之一，其主要作用是在停堆狀態(tài)和初始起堆狀態(tài)監(jiān)測反應(yīng)堆內(nèi)中子計(jì)數(shù)率變化情況，源量程能夠測量的功率范圍為1～107CPS,源量程的穩(wěn)定運(yùn)行是反應(yīng)堆次臨界狀態(tài)監(jiān)視的重要保證。但是源量程傳輸?shù)拿}沖信號(hào)極其微弱，易被外界環(huán)境干擾產(chǎn)生信號(hào)波動(dòng)。

陽江核電1號(hào)機(jī)組處于反應(yīng)堆完全卸料模式,源量程連續(xù)多次閃發(fā)計(jì)數(shù)，閃發(fā)計(jì)數(shù)率在5～20CPS，每次閃發(fā)持續(xù)5～7S。本文基于陽江1號(hào)機(jī)發(fā)現(xiàn)的完全卸料模式下源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)的問題和排查過程，對(duì)檢查過程中發(fā)現(xiàn)的異常狀況進(jìn)行分析，探析源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)的原因和機(jī)理[1]。

2 源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)現(xiàn)狀

近年來中廣核各電站曾多次出現(xiàn)源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。源量程在啟停堆過程中對(duì)反應(yīng)堆內(nèi)中子計(jì)數(shù)率的變化情況起主要監(jiān)測作用，若在此期間出現(xiàn)源量程閃發(fā)，影響源量程可用性判斷，嚴(yán)重制約機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)換，閃發(fā)計(jì)數(shù)問題找不到根本原因很難繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)性操作，因此分析確認(rèn)源量程閃發(fā)的根本原因是各方關(guān)注的重點(diǎn)[2]。

表1 CGN各電站源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)信息統(tǒng)計(jì)

3 RPN源量程組成和特點(diǎn)

RPN系統(tǒng)源量程通道的組成主要包括CPNB44涂硼正比計(jì)數(shù)管、連接盤、信號(hào)電纜，貫穿件、機(jī)柜側(cè)處理板件和指示ID表。根據(jù)源量程的探測原理，探測器測量中子脈沖信號(hào)，經(jīng)過連接盤和島內(nèi)信號(hào)電纜，再經(jīng)貫穿件和島外信號(hào)電纜送至RPN機(jī)柜內(nèi)源量程機(jī)架I.AIR板件進(jìn)行預(yù)處理，然后將脈沖信號(hào)送至AIMP5進(jìn)行信號(hào)甄別和調(diào)理，調(diào)理后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)經(jīng)ICTO板轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)送UC25處理，最后通過6S.ANA輸出4～20mA模擬量信號(hào)到RPS進(jìn)行閾值比較和顯示,RPN測量通道如下圖所示：

圖1 RPN源量程測量通道組成

由于源量程傳輸?shù)氖荂PNB44探測器輸出的微弱脈沖信號(hào)，所以很容易受到外界環(huán)境中電磁信號(hào)影響，而且源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)問題大多難以定位到準(zhǔn)確的干擾源。

4 源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)可能原因分析

機(jī)組在源量程出現(xiàn)計(jì)數(shù)閃發(fā)后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)靠近源量程貫穿件的BOSS頭焊接現(xiàn)場使用了一種直流逆變焊機(jī)，源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)的時(shí)間點(diǎn)和焊接工作時(shí)間點(diǎn)完全吻合，以及后續(xù)在相同地點(diǎn)模擬焊接后確認(rèn)源量程閃發(fā)確為BOSS頭焊接引起。直流逆變焊機(jī)在工作過程中產(chǎn)生了強(qiáng)干擾信號(hào)，并通過接地線引入到源量程電纜托盤和貫穿件，干擾信號(hào)以電容耦合的方式耦合到信號(hào)線中，形成干擾脈沖信號(hào)[3]。

4.1 直流逆變焊機(jī)介紹

逆變式直流焊機(jī)的工作過程，是將50Hz工頻交流整流、濾波后得到一個(gè)較平滑的直流電，由IGBT或場效應(yīng)管組成的逆變電路將該直流電變?yōu)?5～100kHz的交流電，經(jīng)中頻主變壓器降壓后，再次整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流（或再次逆變輸出所需頻率的交流電）。逆變焊割設(shè)備的控制電路由給定電路和驅(qū)動(dòng)電路等組成，通過對(duì)電壓、電流信號(hào)的回饋進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)整機(jī)循環(huán)控制，采用脈寬調(diào)制PWM制技術(shù)，輸出高頻脈沖電流，從而獲得快速脈寬調(diào)制的恒流特性和優(yōu)異的焊割工藝效果。

4.2 電容性耦合型干擾信號(hào)傳播

當(dāng)相鄰兩個(gè)電路中的導(dǎo)體之間有一定的電勢差且兩導(dǎo)體距離足夠近時(shí)，一個(gè)電路的電場會(huì)對(duì)另一個(gè)電路的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)，兩者相互作用，相互影響，這種耦合方式成為電容性耦合，下圖2為電容性耦合示意圖：

圖2 兩導(dǎo)體之間的電容性耦合實(shí)際電路圖和等效電路圖

圖2中加在導(dǎo)體1上的電壓U1是干擾源，導(dǎo)體2為被干擾電路。顯然被干擾電路由于電容性耦合的存在，在導(dǎo)體2對(duì)地之間產(chǎn)生了噪聲電壓，這個(gè)噪聲電壓UN可以表示成如下公式：

4.3 高頻干擾導(dǎo)致閃發(fā)計(jì)數(shù)的仿真分析

由于脈沖焊機(jī)內(nèi)高頻脈沖可以等效成直流方波信號(hào)，而直流方波信號(hào)可以用傅里葉變換分解成正弦波和各次諧波的疊加形式，其中蘊(yùn)含大量交流分量。

對(duì)周期為T0的矩形信號(hào)串進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開，并繪制其和各次諧波的疊加輸出波形并進(jìn)行分析。

那么周期為T0的矩形信號(hào)可以表示為：

周期信號(hào)的三角函數(shù)形式的傅里葉展開為

假設(shè)焊機(jī)內(nèi)電流信號(hào)為T1=T0/2=2的方波信號(hào)，使用matlab繪制該方波信號(hào)的奇次諧波并進(jìn)行疊加處理觀察諧波信號(hào)交流分量的變化情況如下：

圖3 方波信號(hào)與高次諧波仿真波形

圖4 耦合輸出干擾波形

通過對(duì)方波信諧波疊加的波形可以看出，高次諧波信號(hào)就可以輕易通過電容耦合到導(dǎo)體2中，再觀察導(dǎo)體2中形成的感應(yīng)信號(hào)，為高頻脈沖信號(hào)，與源量程探頭輸出脈沖信號(hào)相似，從而被RPN處理板件采集輸出導(dǎo)致源量程信號(hào)閃發(fā)。

5 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)完全卸料模式下源量程閃發(fā)計(jì)數(shù)原因的理論分析和仿真研究，可以看出高頻干擾信號(hào)很容易通過電容耦合的方式傳播到RPN等易受干擾設(shè)備上，最終形成干擾信號(hào)。同時(shí)，由于干擾信號(hào)和RPN源量程探頭輸出信號(hào)具有相同的特征，所以干擾信號(hào)被采集，導(dǎo)致源量程信號(hào)閃發(fā)。該問題的研究對(duì)以后分析RPN系統(tǒng)抗電磁干擾薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)設(shè)備增加設(shè)備穩(wěn)定性具有工程實(shí)際意義。