姚 彤，蔡昊廷，黃 靖

（中核核電運行管理有限公司 維修三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

堆芯中子通量測量系統(tǒng)是堆芯測量系統(tǒng)（RIC）的3 個子系統(tǒng)之一，測量反應(yīng)堆堆芯中子通量分布數(shù)據(jù)，結(jié)合從集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（KIT）接收到的其他數(shù)據(jù)（1/2 環(huán)路冷熱段溫度與流量、堆芯溫度、主回路壓力、堆外核測儀表系統(tǒng)（RPN）功率量程探測器電流、控制棒A1/B1/C1/D 子組給定位置），由數(shù)據(jù)處理軟件確定測得的三維功率分布。

每一次機組換料大修期間，由于機組更換燃料組件需要抽出堆內(nèi)指套管，需要在抽拔指套管前對堆芯中子通量測量系統(tǒng)堆芯儀表間內(nèi)機械設(shè)備進行解體，為指套管抽出預(yù)留空間。插入指套管后，需恢復(fù)堆內(nèi)設(shè)備。系統(tǒng)恢復(fù)后，機組隨即提升狀態(tài)，準(zhǔn)備并網(wǎng)發(fā)電。

如果系統(tǒng)恢復(fù)期間出現(xiàn)失誤，或檢修不充分，則可能影響系統(tǒng)正常運行，無法對堆芯功率分布進行測量。一方面，機組將面臨退防的風(fēng)險；另一方面，維修人員將在機組帶功率下進入核島維修，輻射風(fēng)險較大。

1 概述

1.1 系統(tǒng)組成

圖1 中子通量測量通道布置Fig.1 Layout of neutron flux measurement channels

圖2 堆芯儀表間設(shè)備俯視圖Fig.2 The top view of the core instrument room equipment

堆芯中子通量測量系統(tǒng)選擇堆內(nèi)38 個燃料組件作為測量通路，每個測量通路都有特定的編號，分為4 個通道，1、2、3 通道各10 個通路，4 通道8 個通路。如圖1 所示。

系統(tǒng)主要設(shè)備包括讀出控制柜、分配柜、機電設(shè)備、密封段、導(dǎo)向管、指套管，保存容器。

讀出控制柜是堆芯核測系統(tǒng)的控制和監(jiān)測設(shè)備，用于向分配柜發(fā)送操作指令、監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)和采集堆芯測量數(shù)據(jù)。

分配柜構(gòu)成堆芯儀表間內(nèi)機電設(shè)備與電氣廠房內(nèi)讀出控制柜之間的接口。它的主要功能是：

1）為機電設(shè)備供電，并提供機電設(shè)備與電氣廠房內(nèi)讀出控制柜的接口。

2）翻譯和處理讀出控制柜的信號。

3）采集來自機電設(shè)備的狀態(tài)信號，并送往讀出控制柜。

機電設(shè)備用于把中子通量探測器插入堆芯，它分為4個通道，每個通道由下列部件組成：

①1 臺驅(qū)動單元；②1 臺組選擇器；③1 臺路選擇器；④10 只電動隔離閥（第4 通道為8 只）。

密封段的主要功能是密封指套管外壁和導(dǎo)向管內(nèi)壁之間的一回路冷卻劑。導(dǎo)向管主要是為指套管的插入提供安全通道，指套管為中子通量探測器提供安全的測量路徑。保存容器用來存放驅(qū)動電纜和探測器，防止由電纜和探測器活化而引起堆芯儀表間的高放射性水平[1]。

1.2 測量工作原理

堆芯中子通量測量系統(tǒng)包括DOS 6.22 和WINDOWS NT 4 兩種操作系統(tǒng)。

測量開始時，先進入DOS 6.22，打開測量文件模式，選擇并加載需要的測量文件，再回到待機模式運行，即可進行通量測量。

每次通量測量按如下順序進行：

讀出控制柜根據(jù)測量文件控制分配柜，分配柜通過繼電器控制組選器和路選器旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，對應(yīng)的電動閥打開。分配柜同時把各執(zhí)行元件的狀態(tài)返回讀出控制柜。

讀出控制柜通過中子通量測量抽屜給探測器加偏置電壓，驅(qū)動單元以高速（18m/min）從保存通道中抽出探測器到1010 位置，組選器旋轉(zhuǎn)到測量位置，與測量通道的連接管接通，路選器旋轉(zhuǎn)就位，電動閥打開，探測器沿連接管、組選器、路選器、電動閥和指套管提供的路徑以高速將探測器推至距堆芯頂部20cm 處，然后以低速（3m/min）將探測器推至距堆芯頂部。在上行穿過堆芯的過程中，系統(tǒng)測量堆芯中子通量的最大值，確定最適合的測量量程（低靈敏度量程：0mA ～2mA；中靈敏度量程：0μA ～200μA；高靈敏度量程：0μA ～20μA）。當(dāng)探測器到達堆頂時，系統(tǒng)與KIT 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，接收數(shù)據(jù)。如果此時通訊失敗，將在探測器回抽到底部時再次進行通訊。

驅(qū)動單元以選定的速度抽出探測器，用上行時確定的量程采集數(shù)據(jù)，每8 個編碼點采集一次，下行時經(jīng)過堆芯，堆芯長度3968 個編碼點，每個探測器下行測量一次共采集496 個數(shù)據(jù)。當(dāng)探測器到達距離堆芯底部80cm 的位置時，采集16 個數(shù)據(jù)，用上述相同的量程測量本底噪聲。結(jié)束后，將探測器抽回到起始位置，關(guān)閉相應(yīng)的電動閥，準(zhǔn)備下一次的送入動作或送到保存通道。

在所有測量完成后，將數(shù)據(jù)進行保存，切換進入WINDOWS NT 4 系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下對測量數(shù)據(jù)進行離線處理。

在開始測量之前，系統(tǒng)先檢查相關(guān)通路是否發(fā)生泄漏。如果探測到密封段泄漏，系統(tǒng)允許將探測器插入泄漏通路，如果探測到指套管泄漏，系統(tǒng)禁止將探測器插入泄漏通路，保持該通路電動閥關(guān)閉[2]。

2 大修維護策略

RIC 堆芯中子通量測量系統(tǒng)大修維護工作主要分三階段：解體階段、低低水位階段、恢復(fù)后驗證階段。由于設(shè)備組成的特殊性與維修窗口的局限性，RIC 系統(tǒng)大部分設(shè)備的維護工作只能在低低水位時期進行，而設(shè)備恢復(fù)后的驗證工作必須在大修末期反應(yīng)堆開始走狀態(tài)后進行，所以系統(tǒng)的維護工作環(huán)環(huán)相扣，保證每一個環(huán)節(jié)維護成功率顯得尤為重要。

2.1 解體階段

主線工作：堆芯儀表間連接管的解體在完成停堆前堆芯功率分布測量圖繪制后，反應(yīng)堆進入大修冷停堆。此時RIC 維護人員需要進入堆芯儀表間，進行連接管解體工作，以確保指套管順利抽出。

工作內(nèi)容：解除驅(qū)動單元、路組選擇器、電動閥通訊與動力電纜并妥善放置，拆除電動閥至組選器、組選器至路選器、電動閥至密封組件之間金屬連接管，解體驅(qū)動單元并將探測器驅(qū)動電纜從尾部抽出包扎放置在堆芯儀表間墻角，將路選器與電動閥小推車沿軌道推開為指套管抽出留出足夠路徑。

經(jīng)驗反饋：除主要解體工作外，維修人員還需對RIC手操箱上電測試，驗證手操箱內(nèi)PLC 工作正常，保證低低水位階段各設(shè)備性能測試順利進行。若PLC 在運行周期內(nèi)掉電，則會丟失工作程序，需提前更換電池，并重新寫入工作程序。

2.2 低低水位階段

該階段維修工作無大修主線工作，但工作內(nèi)容繁多，需合理安排人力工時及工作時間，在低低水位期間完成所有工作，并保證系統(tǒng)維護質(zhì)量，避免驗證階段發(fā)現(xiàn)問題后返工。

1）堆芯設(shè)備檢查工作：每個大修周期，由于存在系統(tǒng)解體，需對儀表間內(nèi)每個設(shè)備進行細致檢查。堆芯儀表管路檢查：目視檢查每根解體下來的管路，外觀無折損現(xiàn)象，使用假探測器伸入每根解體下來的管路，驗證驅(qū)動電纜在通過時順滑無卡澀現(xiàn)象。若存在損壞管路，則可能導(dǎo)致運行期間探測器卡澀而無法完成通量圖繪制，甚至需要進島處理故障。對可能導(dǎo)致卡澀的管路進行更換。對于已解體存放的探測器驅(qū)動電纜，在回裝前需使用NEOLUBE 對驅(qū)動電纜進行涂抹，使之均勻覆蓋在驅(qū)動電纜表層，起潤滑作用，防止探測器卡澀。

2）驅(qū)動單元、路組選擇器、電動閥、保存通道檢查：對每個解體部件進行電氣及機械性能檢查。每個設(shè)備內(nèi)的微動開關(guān)要求絕緣電阻大于10MΩ（500V 電壓），導(dǎo)通電阻小于5Ω，開關(guān)功能正常。驅(qū)動單元檢查自整角機、環(huán)滑組件、驅(qū)動電機電氣性能，導(dǎo)向鏈條在恢復(fù)后用塞尺檢查，要求間距在0.8mm ～1.2mm 之間。路組選擇器檢查球形定位器，要求力矩為0.23daN.m ～0.27daN.m 之間[3]。

經(jīng)驗反饋：大修恢復(fù)期間，曾發(fā)現(xiàn)在沒有任何報警的情況下探測器無法動作的情況，檢查發(fā)現(xiàn)驅(qū)動單元的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子與摩擦片間，因環(huán)境潮濕導(dǎo)致兩者銹蝕粘連，轉(zhuǎn)子無法脫開。因此，檢查驅(qū)動單元工作時增加打開驅(qū)動電機保護蓋，檢查內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況的工作。另外，大修期間在堆芯儀表間增加全時運行除濕機，降低房間濕度。

3）接入手操箱性能試驗：完成各組件性能檢查后，接入手操箱對電動閥、路組選擇器進行性能試驗。該試驗分步驗證各組件工作電流，通道切換時間以及切換位置是否符合標(biāo)準(zhǔn)。電動閥工作電流小于310mA，切換時間小于6s。路組選擇器工作電流在100mA ～190mA 之間，完成連續(xù)切換一周的時間小于15s。若性能不能滿足規(guī)程要求，則可能由于設(shè)備內(nèi)力矩不符要求，導(dǎo)致重新對問題設(shè)備進行機械性能檢查調(diào)整。

4）泄漏探測器檢查：由于設(shè)備解體工作，密封組件和指套管泄漏探測器密封遭到破壞，每一個大修周期需要對密封組件泄漏探測器和指套管泄漏探測器密封墊片進行更換，并用干布對探測器內(nèi)腔進行清潔。檢查泄漏探測器絕緣電阻大于10MΩ（50V 電壓）。檢查完后用1daN.m 力矩回裝探測器。

5）堆芯儀表間相關(guān)設(shè)備及連接管恢復(fù)：換料結(jié)束指套管回插后，堆芯儀表間相關(guān)設(shè)備即可進行恢復(fù)，每根電纜、連接管需按解體前編號一一恢復(fù)，并將涂抹過NEOLUBE的探測器驅(qū)動電纜回裝至驅(qū)動單元，恢復(fù)堆芯儀表間設(shè)備至解體前狀態(tài)。

6）機柜檢查及清潔：機柜斷電時，將機柜頂部及周圍灰塵清理，對機柜工控機內(nèi)每個風(fēng)扇拆下進行清灰處理，清潔完成后回裝。對讀出控制柜和分配柜內(nèi)部所有保險管進行通斷檢查，更換性能較差保險管。從讀出控制柜側(cè)對探測器同軸電纜進行絕緣測量，絕緣電阻大于100MΩ（250V 檔），分配柜側(cè)檢查電源組件繼電器參數(shù)符合設(shè)置要求。上電后，檢查讀出控制柜交流220V、直流48V 工作正常，光電編碼器供電電源24V 工作正常。檢查結(jié)束后，對讀出控制柜內(nèi)自整角機進行最終調(diào)整，探測器至初始位置為1010。

2.3 恢復(fù)后驗證階段

該階段為設(shè)備恢復(fù)后對系統(tǒng)各功能完整驗證階段，驗證試驗合格同時，驗證了大修工作的合格。

1）泄漏探測及電氣機械通道檢查：通過機柜給出指令，驗證密封組件泄漏探測器和指套管泄漏探測器性能合格，主控室泄漏報警功能正常。

2）系統(tǒng)恢復(fù)后路游檢查：通過運行預(yù)設(shè)繪圖程序，驗證系統(tǒng)在正常測量模式、緊急測量模式、參考測量模式3種模式下系統(tǒng)正常運行，探測器無卡澀。

3）探測器坪特性測試：通過預(yù)設(shè)程序，使探測器進入堆芯并給出線性電壓，求出探測器坪曲線，要求工作電壓大于50V 時探測器斜率小于2%/V，保證探測器性能處于良好狀態(tài)。

4）堆芯中子通量圖繪制：分別在0 功率、50%功率、75%功率、100%功率完成堆芯中子通量圖繪制。堆芯中子通量圖的繪制與合格，證明了大修期間對堆芯中子通量測量系統(tǒng)的維護圓滿完成。

3 結(jié)束語

筆者自參加工作以來始終負責(zé)RIC 堆芯中子通量測量系統(tǒng)的日常維護與大修檢修工作，參與秦二廠1/2 號機組大修數(shù)十次，但由于該系統(tǒng)已運行近20 年且大修工作繁雜凌亂，每次大修或多或少會出現(xiàn)一些小問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行。因此，對中子通量系統(tǒng)大修工作進行了較為細致的梳理，便于今后大修時工作得以井然有序地進行。