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(yàn)堆臨界裝置（HFETRC）核測系統(tǒng)的組成和調(diào)試過程，對系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)，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(yīng)堆核測系統(tǒng)調(diào)試、維修工作具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞

HFETRC;核測系統(tǒng);臨界裝置

中圖分類號： TL362 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yàn)堆的堆芯物理設(shè)計(jì)及計(jì)算進(jìn)行校核驗(yàn)證，為后續(xù)堆運(yùn)行提供重要的物理參數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行堆芯1：1物理模擬試驗(yàn)。HFETRC建成于1982年，主要用于開展高通量工程試驗(yàn)堆的零功率物理試驗(yàn)研究。為了在HFETRC上開展中國工程試驗(yàn)堆零功率物理試驗(yàn)，需要對HFETRC進(jìn)行改造調(diào)試，用以滿足中國工程試驗(yàn)堆物理試驗(yàn)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(yùn)行、試驗(yàn)人員提供反應(yīng)堆裝料、卸料、停堆、啟堆和功率運(yùn)行時反應(yīng)堆的狀態(tài)信息及保護(hù)。為此，需對HFETRC核測系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查、儀表校驗(yàn)、故障處理、設(shè)備安裝調(diào)試，確保臨界試驗(yàn)的順利進(jìn)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(yàn)、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(dú)立測量通道來監(jiān)測反應(yīng)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(hù)儀、兩臺功率測量儀等二次儀表，以及它們各自相應(yīng)的探測器、電纜、轉(zhuǎn)接盒組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yīng)堆中子注量率的監(jiān)測，運(yùn)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(shí)現(xiàn)對中子注量率水平的實(shí)時顯示，其配套使用的中子探測器為BF3計(jì)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(yīng)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(yīng)堆所處的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)周期增長速率超過設(shè)定值時，觸發(fā)短周期警告信號、周期保護(hù)信號，中子注量率超過設(shè)定值時觸發(fā)小功率保護(hù)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(hù)儀用于監(jiān)測反應(yīng)堆的運(yùn)行功率保護(hù)，防止功率超過設(shè)定值，當(dāng)運(yùn)行功率超過設(shè)定值時，觸發(fā)功率高警告信號、保護(hù)信號。功率保護(hù)儀可以在量程范圍內(nèi)根據(jù)運(yùn)行限值要求設(shè)定保護(hù)值，其配套使用的中子探測器為γ補(bǔ)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(yīng)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(yīng)堆功率，其配套使用的中子探測器為γ補(bǔ)償電離室。

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

2 核測系統(tǒng)調(diào)試

2.1 核測系統(tǒng)調(diào)試準(zhǔn)備

核測系統(tǒng)開始調(diào)試前，需要完成以下準(zhǔn)備工作：核測系統(tǒng)二次儀表校驗(yàn)程序準(zhǔn)備齊全有效，設(shè)備使用說明書、圖冊、測試記錄表齊全;設(shè)備校驗(yàn)人員，系統(tǒng)測試人員均通過考核并取得授權(quán)，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)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(jì)量器具均經(jīng)鑒定合格且在有效期內(nèi)，中子源場強(qiáng)滿足測試要求;測試現(xiàn)場溫濕度滿足設(shè)備使用要求。

2.2 設(shè)備單體調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試前，需要完成中子探測器電氣性能測試、轉(zhuǎn)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(yàn)。

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

轉(zhuǎn)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(yàn)按照校驗(yàn)程序開展設(shè)備功能、性能測試。主要測試內(nèi)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(diào)試

完成核測系統(tǒng)設(shè)備單體調(diào)試及安裝后，進(jìn)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(hù)儀和功率測量儀響應(yīng)是否正確;調(diào)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(jìn)行24h穩(wěn)定性試驗(yàn)，測試系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定性及抗干擾能力。

3 故障處理

核測系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的故障現(xiàn)象主要為設(shè)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(jìn)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(jìn)行檢查，由于電纜接頭制作不當(dāng)，導(dǎo)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(nèi)、接線盒內(nèi)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(jìn)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(jīng)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(jìn)行絕緣處理，導(dǎo)致24V電源線與設(shè)備外殼接觸。三極管在工作過程中會產(chǎn)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(jì)數(shù)，此時堆內(nèi)無中子源及燃料元件。對周期監(jiān)測儀的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)，但計(jì)數(shù)仍然存在。對探測器結(jié)構(gòu)、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(nèi)，外殼與臨界裝置導(dǎo)通接地，裂變室外殼與信號電纜屏蔽層導(dǎo)通接至儀器屏蔽地。由于裂變電離室電纜存在兩點(diǎn)接地，在兩接地點(diǎn)引入地環(huán)流，引入的干擾嚴(yán)重影響信號的傳輸。對裂變電離室外殼進(jìn)行絕緣處理，采用一點(diǎn)接地的方式。通電測試，1號周期監(jiān)測儀的計(jì)數(shù)恢復(fù)正常。

3.4 周期監(jiān)測儀無輸出故障處理

系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)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(jìn)行測試，當(dāng)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(jì)數(shù)恢復(fù)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(jì)數(shù)正常。

3.5 功率保護(hù)儀觸發(fā)功率保護(hù)信號故障處理

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

4 結(jié)束語

核測系統(tǒng)對臨界裝置的安全、可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵性作用，通過調(diào)試，對系統(tǒng)存在的故障進(jìn)行了識別。通過測試、對比分析等方法對故障點(diǎn)進(jìn)行精確的定位，并對故障進(jìn)行有效的處理，確保了臨界裝置核測系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保障了中國工程試驗(yàn)堆臨界試驗(yàn)的順利進(jìn)行。調(diào)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(yàn)堆核測系統(tǒng)安裝調(diào)試提供一定的參考。