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)測反應堆的實時功率，其調(diào)試工作主要在裝料后進行，需要根據(jù)實際工況對通道參數(shù)進行合理配置。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試驗項目和方法，并對其調(diào)試特點和難點進行總結(jié)，同時對調(diào)試過程中的不足進行分析，用于指導后續(xù)機組的調(diào)試工作。

1 中間量程概述

核電站的核儀表系統(tǒng)通過測量反應堆泄漏中子通量從而監(jiān)測反應堆實時功率，測量范圍大約為10-9%～2×102%功率[1]。為了能夠覆蓋全部測量范圍并且保證測量精度，將整個測量范圍分為源量程（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)量級的重疊區(qū)域，確保反應堆功率監(jiān)測的連續(xù)性。

3個量程均采用獨立的探測器及通道，其中IR探測器采用裂變室。入射中子與裂變室中235U產(chǎn)生裂變反應，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中被電極收集從而形成脈沖信號。IR探測器的輸出信號中，不僅有中子反應生成的脈沖信號，也有γ粒子通過光電效應等生成的脈沖信號，同時還有噪聲在電子線路中產(chǎn)生的干擾信號。由于中子脈沖信號的幅度高于γ脈沖信號和噪聲信號，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。

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

圖1 IR信號處理流程Fig.1 IR Signal processing process

IR探測器的輸出信號分成CPS和MSV兩路并行處理。CPS信號處理，即甄別、整形后得到脈沖計數(shù)率（CRSE），再轉(zhuǎn)換為CPS功率（CRPI）。MSV信號處理，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)。出廠預設值均為2，后續(xù)需根據(jù)工況調(diào)整。

CPS模式和MSV模式的信號處理方式不同，同時兩者之間存在一定的重疊區(qū)域。因此，需要進行加權(quán)運算，使兩種信號在一定區(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出廠預設值為1，后續(xù)需根據(jù)工況調(diào)整。

IR信號處理的基本流程如圖1所示。

2 裝料后IR調(diào)試項目

首次啟堆期間，IR通道需要根據(jù)實際工況對通道參數(shù)進行調(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進行兩次調(diào)整，以確保在無中子場和有中子場中甄別器均能夠有效過濾掉γ信號和噪聲信號。

IR通道中設置有可調(diào)的衰減器，能夠使輸入信號的幅度同步縮小。如果衰減系數(shù)過大，中子信號、γ信號和噪聲信號的幅度差異過小，甄別器可能無法有效地識別出中子信號；如果衰減系數(shù)過小，中子信號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，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)分中子和其它信號的分離點，即無法有效地確定合適的甄別電壓。

考慮到新反應堆本身的γ和噪聲分量遠小于中子分量。因此，模式2試驗后保持當前配置。經(jīng)過后續(xù)升功率驗證，當前配置能夠保證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%功率時進行調(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時對應MSV功率200%，從而盡可能地提高MSV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)當前熱功率值得到RMS電壓期望值3.54V。

反應堆的熱功率[3]通過監(jiān)測二回路的壓力、溫度、流量等參數(shù)并進行計算得到，能夠較為準確地表征當前反應堆的實際功率。而核儀表系數(shù)測量的核功率誤差較大，在較高功率時需以熱功率作為基準。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功率能夠表征當前實際功率。根據(jù)公式（2），MSV功率（MSVP）與MSV功率轉(zhuǎn)換系數(shù)（K1MS）成正比，因而獲取當前熱功率值、當前MSV功率值、K1MS當前值后，可以計算得到K1MS目標值。

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%功率時進行調(diào)整。但CPS模式僅在較低功率時使用，此時熱功率測量不準確，故無法直接將CPS功率與熱功率進行比較。但可以利用MSV功率作為中間量將兩者進行比較，根據(jù)較高時的熱功率值和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。但設計方提供的原調(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，導致計算出的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%功率進行調(diào)整，以確保探測器中反應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器V-A特性曲線的飽和區(qū)，即一對帶電粒子在電場中產(chǎn)生電離并被收集到的離子對數(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，探測器內(nèi)的帶電離子較多，更有利于確定坪區(qū)段。因此，選擇在100%功率時繪制坪曲線并調(diào)整高電壓。

3 中間量程調(diào)試特點

3.1 調(diào)試重點

相對于較為成熟的堆型，新堆型的理論設計和工程實際之間存在著較多偏差，IR通道的調(diào)試有以下特點：

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）多個參數(shù)聯(lián)調(diào)。調(diào)試階段IR通道多個可調(diào)參數(shù)需要同時或先后進行調(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)整甄別電壓時需同時調(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

新堆型在首次啟堆期間依據(jù)實際工況對設計和程序進行驗證，IR通道的首次調(diào)試有以下難點：

1）工況考慮不足。例如，繪制的甄別曲線與預期差異較大。

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）程序存在錯誤。例如，原程序中KCRI調(diào)整時未考慮到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。其調(diào)試過程，可以有效地作為后續(xù)機組的借鑒，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計中，優(yōu)化設計使調(diào)試過程更加精煉。