趙 亮，王 佳，陳錦裕

（福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

反應(yīng)堆堆芯核測(cè)系統(tǒng)是核電站核測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其主要作用是測(cè)量反應(yīng)堆堆芯功率分布，?？潭淹夂藴y(cè)系統(tǒng)并提供堆芯燃耗的歷史數(shù)據(jù)。作為堆芯核測(cè)系統(tǒng)的重要部件，目前國(guó)內(nèi)外常用的中子探測(cè)器主要有可移動(dòng)微型裂變室探測(cè)器、固定式自給能釩（銠）中子探測(cè)器和氣動(dòng)球活化測(cè)量探測(cè)器。

福清核電（即福建福清核電有限公司）1號(hào)、2號(hào)機(jī)組采用法國(guó)AREVA公司的微型裂變室探測(cè)器進(jìn)行堆芯中子注量率的測(cè)量，是目前國(guó)內(nèi)多數(shù)M310核電機(jī)組采用的測(cè)量方式。堆芯核測(cè)探測(cè)器的運(yùn)行性能直接影響到機(jī)組的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了有效維護(hù)堆芯核測(cè)探測(cè)器的運(yùn)行，本文通過分析福清核電功率運(yùn)行以來(lái)出現(xiàn)過的多起探測(cè)器相關(guān)故障，總結(jié)提高系統(tǒng)設(shè)備可靠性的維修方法。

1 微型裂變室工作原理

堆芯核測(cè)探測(cè)器是堆芯測(cè)量的敏感元件，又稱微型裂變室，外徑4.7 mm，長(zhǎng)66 mm。中子是不帶電荷的粒子，不可能直接探測(cè)它們。微型裂變室通過中央涂有二氧化鈾的電極，兩層同心包殼之間充以氬氣。裂變室端部連接到螺旋驅(qū)動(dòng)電纜上，在相關(guān)外設(shè)的配合下驅(qū)動(dòng)電纜促使裂變室進(jìn)入反應(yīng)堆中心區(qū)域，由熱中子射入到微型裂變室靈敏體內(nèi)，打在涂有二氧化鈾的電極上，使235U核發(fā)生裂變。裂變產(chǎn)生的重的帶正電的裂變碎片使氬氣電離，產(chǎn)生電子—正離子對(duì)。電子和正離子在外加電磁場(chǎng)作用下向兩極漂移，而形成脈沖，電子—正離子向兩極漂移形成的電脈沖疊加起來(lái)，則形成電流。微型裂變室的輸出平均電流I0=SNφ。其中，SN為微型裂變室靈敏性系數(shù)；φ 為變堆芯中子通量水平。

探測(cè)器通過指套管內(nèi)部插入堆芯，指套管沿著L形導(dǎo)向管一直插至推芯頂部，與手動(dòng)閥、密封段組成一回路邊界。機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)閥、各類選擇器和驅(qū)動(dòng)裝置等組成，實(shí)現(xiàn)將探測(cè)器插入指定通道的目的?？刂撇糠钟煽刂乒瘛⒎峙涔?、繼電回路及顯示單元組成。每個(gè)探測(cè)器有一個(gè)獨(dú)立電源，提供可調(diào)的直流電壓，正常運(yùn)行時(shí)工作電壓設(shè)定為125 V。

2 50%FP平臺(tái)堆芯核測(cè)探測(cè)器坪特性曲線不合格

2.1 故障現(xiàn)象及可能的原因

在執(zhí)行福清核電2號(hào)機(jī)組中子注量率刻度調(diào)試規(guī)程時(shí)發(fā)現(xiàn)，3個(gè)探測(cè)器在10%FP和30%FP功率平臺(tái)坪特性曲線有超驗(yàn)收規(guī)范的趨勢(shì)，而50%FP坪曲線斜率達(dá)0.33%/V，超過驗(yàn)收規(guī)范0.2%/V（圖1）。FP即滿功率，是Full Power的縮寫。

此故障的可能原因主要有3個(gè)：①探測(cè)器性能下降；②探測(cè)器或測(cè)量回路絕緣問題；③機(jī)柜數(shù)據(jù)處理過程非線性放大造成誤差。

圖1 異常的坪特性曲線

2.2 故障處理

對(duì)機(jī)柜卡件精度、回路絕緣等進(jìn)行檢查未見異常，更換探測(cè)器后坪特性曲線恢復(fù)正常。

由于堆芯核測(cè)探測(cè)器制作工藝的特殊性，同時(shí)堆芯中子通量測(cè)量對(duì)反應(yīng)堆控制和安全至關(guān)重要，國(guó)外有電廠采用定期更換中子探測(cè)器的方法來(lái)保證設(shè)備可靠性，此方法固然可行，但周期短成本高。也有根據(jù)使用次數(shù)來(lái)決定的，如探測(cè)器使用達(dá)到3500次左右時(shí)進(jìn)行更換。而普遍的做法是，通過探測(cè)器坪曲線、探測(cè)器測(cè)試數(shù)據(jù)有效性以及螺旋電纜的磨損情況，來(lái)評(píng)估探測(cè)器是否滿足運(yùn)行要求。

福清2號(hào)機(jī)組首次50%FP功率平臺(tái)測(cè)試，3個(gè)探測(cè)器的坪特性曲線坪區(qū)斜率過大，不滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則。為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性，功率運(yùn)行前更換了3個(gè)故障探測(cè)器。分析主要原因?yàn)椋涸撆翁綔y(cè)器生產(chǎn)質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致首次使用即超出驗(yàn)收準(zhǔn)則。

目前檢查探測(cè)器性能主要通過分析坪特性曲線和測(cè)量絕緣電阻兩種方式，由于坪曲線繪制在臨界后功率運(yùn)行期間執(zhí)行，而且絕緣電阻不能直接反映探測(cè)器性能優(yōu)劣，因此提高生產(chǎn)階段系統(tǒng)設(shè)備可靠性顯得尤為重要。

3 探測(cè)器絕緣下降導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)異常

3.1 故障現(xiàn)象

進(jìn)行堆芯功率分布測(cè)量時(shí)，1號(hào)探測(cè)器出現(xiàn)“Flux value beyond the threshold of overload channel 1”故障報(bào)警，1號(hào)探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)明顯高于其他探測(cè)器（圖2）。

圖2 MAP242-PASS1每8 mm中子通量數(shù)據(jù)

雖然存在異常報(bào)警，但是1號(hào)探測(cè)器坪特性曲線正常，物理人員數(shù)據(jù)處理合格。隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加，1號(hào)探測(cè)器相對(duì)于其他探測(cè)器的校刻因子也在不斷變大，最終出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)不合格。

3.2 故障的排查與處理

繪制坪特曲線進(jìn)行排查，結(jié)果顯示極化電壓處斜率合格，坪區(qū)比較平穩(wěn)。探測(cè)器絕緣和電容檢查，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器絕緣有所下降：大修期間大于110 MΩ，故障狀態(tài)下為64 MΩ。回路電容也發(fā)生改變：大修期間為11 μF，故障狀態(tài)為43 μF。這說明探測(cè)器或者同軸電纜回路中存在絕緣不良。分段檢查后，確定探測(cè)器損壞，經(jīng)烘干處理無(wú)效。更換備件，故障消除。

為保障探測(cè)器的正常運(yùn)行，探測(cè)器以及電纜的絕緣電阻測(cè)量是重要預(yù)防性維修工作。由于整個(gè)通路的同軸電纜、貫穿件和探測(cè)器以及螺旋驅(qū)動(dòng)電纜都可能是故障點(diǎn)，以前的做法是分段測(cè)試，找到故障區(qū)域再行處理。目前使用時(shí)域反射儀進(jìn)行更為直接便捷的診斷，而無(wú)需分段測(cè)試。

常用同軸電纜主要由內(nèi)導(dǎo)體、金屬屏蔽網(wǎng)及絕緣介質(zhì)組成，電纜可以看作長(zhǎng)線。時(shí)域反射儀實(shí)際上是一個(gè)小型的一維雷達(dá)，它向電纜一端注入低壓脈沖，該脈沖沿著電纜傳播，若電纜存在斷路或短路故障，該區(qū)域同軸電纜特性阻抗發(fā)生變化，脈沖在其中的傳播將發(fā)生反射和透射，時(shí)域反射儀捕捉反饋信號(hào)的異常，即可通過運(yùn)算確定故障位置，還能從阻抗的變化中發(fā)現(xiàn)電纜的故障趨勢(shì)。通過該方法測(cè)量可以準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)對(duì)電纜造成損傷。圖3為時(shí)域反射儀測(cè)量正常通路的波形。

圖3 時(shí)域反射儀測(cè)試正常波形

4 探測(cè)器驅(qū)動(dòng)設(shè)備故障的影響

為完成堆芯核測(cè)，除探測(cè)器外還有一整套機(jī)電設(shè)備，包括緊密連接探測(cè)器的螺旋驅(qū)動(dòng)電纜、指套管、組路選、移動(dòng)支架、驅(qū)動(dòng)單元、控制機(jī)柜、控制卡等。驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)輪盤和導(dǎo)向鏈配合，帶動(dòng)螺旋驅(qū)動(dòng)電纜在有一定彎曲弧度的指套管與保存通道之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把測(cè)量數(shù)據(jù)傳送回機(jī)柜供分析處理。任何輔助設(shè)備發(fā)生故障，探測(cè)器將不能正常完成測(cè)量工作，常見有卡塞問題。

對(duì)于福清1號(hào)、2號(hào)機(jī)組首循環(huán)出現(xiàn)大量的卡澀缺陷，經(jīng)過故障排查和缺陷處理后，排除驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、組路選擇器、電動(dòng)閥和管道故障后，確認(rèn)最主要的原因是法國(guó)廠家提供的螺旋電纜潤(rùn)滑劑已過期失效，更換潤(rùn)滑劑后系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)正常。

由于探測(cè)器相關(guān)支持設(shè)備繁多，機(jī)電一體化控制設(shè)備復(fù)雜，故障處理難度大，需認(rèn)真分析，逐項(xiàng)排查，才能保證探測(cè)器的正確動(dòng)作。同時(shí)也需要加大預(yù)防性維修力度，定期檢查清潔指套管、調(diào)試驅(qū)動(dòng)單元、組選路選電動(dòng)閥等。

5 探測(cè)器互校準(zhǔn)

結(jié)合福清核電1號(hào)、2號(hào)機(jī)組首個(gè)燃料循環(huán)以來(lái)的故障，總結(jié)堆芯核測(cè)探測(cè)器的維修方法?？紤]探測(cè)器坪特性曲線斜率、坪區(qū)、拐點(diǎn)、數(shù)量級(jí)的同時(shí)，關(guān)注探測(cè)器互校因子的變化。

由于堆芯核測(cè)系統(tǒng)采用5個(gè)探測(cè)器同時(shí)對(duì)堆芯多個(gè)通道進(jìn)行測(cè)量，而每個(gè)探測(cè)器都有它自身的靈敏度，每次物理試驗(yàn)前都需要對(duì)探測(cè)器相互之間的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行互校準(zhǔn)。假設(shè)以1號(hào)探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，那么另一個(gè)探測(cè)器相對(duì)于1號(hào)探測(cè)器就有了一個(gè)?？桃蜃?，經(jīng)過修正的數(shù)據(jù)將能更加真實(shí)地呈現(xiàn)反應(yīng)堆的運(yùn)行情況。根據(jù)試驗(yàn)的需要，通常采用參考通道試驗(yàn)法和循環(huán)互校試驗(yàn)法兩種方法。

6 結(jié)束語(yǔ)

在探測(cè)器絕緣和整個(gè)同軸電纜的電容檢查正常之后，使用時(shí)域反射儀測(cè)量連續(xù)性可以作為一種補(bǔ)充參考方法，同時(shí)記錄變化趨勢(shì)，便于分析探測(cè)器性能以及老化情況。從以上分析可以看出，故障原因可能會(huì)有多種形式，但只要仔細(xì)區(qū)分其中細(xì)微的差別，同時(shí)充分利用新的診斷工具，就能更好地完成維修工作。