新型核电厂堆外核测系统校正因子探究

【摘要】核电厂的堆外核测系统（NIS）主要功能为监测反应堆功率和提供反应堆保护信号。NIS系统信号传递及处理过程较为复杂，在与实际功率对应的过程中是利用校正因子经过多次转换实现。在反应堆启动和运行过程中，需要进行相关试验以修改校正因子，使NIS系统真实反映反应堆内的实际情况。因此探究NIS系统各校正因子的设置过程，保证校正因子设置的正确性，对于确保NIS相关功能的实现具有重要的意义。

【关键词】核电厂；堆外核测；校正因子

1、引言

核电厂的堆外核测系统（NIS）可在整个功率运行量程内，通过监测中子的泄漏率来监测反应堆功率。NIS系统提供反应堆功率水平、功率分布和功率变化率的显示，提供反应堆启动和超功率保护。本文以国内某新型核电厂为例，详细探究核测系统相关校正因子的设置过程。

2、NIS系统概述

堆外核测系统是PMS的一个子系统，由4个相同且独立的序列组成。每个序列包含源量程、中间量程、功率量程三个通道。每个序列主要设备包括探测器、前置放大器、核测机柜、核测处理器等，其结构示意图见图2-1所示。

3、堆外核测系统信号处理过程

3.1源量程信号处理

源量程探测器产生的脉冲信号进行处理的基本处理流程大致如图3-1所示。

3.2中间量程信号处理

中间量程探测器产生的脉冲信号，在前置放大器中进行放大后分成两路，一路经过脉冲幅度甄别后送至NIC机柜；另一路生成MSV（Mean Square Voltage，均方电压）信号，再分成两路送至NIC机柜。中间量程探测器信号基本处理流程大致如图3-2所示。

3.2.1脉冲信号处理

选择模块输出的计数率CRSE，需要转换成功率CRPI，公式为：

脉冲功率转换系数KCRI可以通过MTP设置。假定100%功率时探测器处中子通量为5×109nv，而探测器的灵敏度为0.2cps/nv，可得出1cps相当于10-7%功率，则KCRI=0.2。

3.2.2 MSV信号处理

选择模块输出的MSV电压MSVS，需要转换成功率MSVP，即对MSV信号进行平方运算，得到泊松分布统计计数的平均值，然后再乘以转换系数，公式为：

MSVP = K1MS*（MSVS）2

MSV功率转换系数K1MS可以通过MTP设置，需要根据100%功率时IRPM输出的MSV电压进行确定。

3.2.3功率加权运算

由于脉冲信号和MSV信号采用两种不同的方式进行处理，不能直接通过阈值比较器进行选择，而需要进行加权运算，使两种信号在一定区段内平稳切换。设定两种信号的过渡区段下限为KSLC、上限为KSUC，当脉冲信号CRSE在过滤区段内时，权重因子WRSF的计算公式为：

权重因子WRSF的范围为0～1，表示MSV信号所占权重，而脉冲信号所占权重为（1-WRSF）。如果CRSE≤KSLC，则WRSF=0；如果CRSE≥KSUC，则WRSF=1。中间量程输出功率信号SIRP的计算公式为：

3.2.4热功率校准

中间量程输出的功率信号SIRP，可以通过增益/偏置环节，确保与热功率一致，公式为：

式中，NE002为中间量程最终功率输出。增益系数G和偏置系数O可以通过MTP设置。初始增益系数为1、偏置系数为0。一般保持偏置系数为0，仅调整增益系数。

3.2.5启动率计算

NIS处理器在计算中间量程功率信号的同时，也计算功率变化率，即启动率SUR。启动率计算公式为，τ60和τ61可以通过MTP设置。

脉冲功率信号计算得到启动率CRRC，MSV功率信号计算得到启动率MSRC，同样进行加权运算得到最终SUR，公式为：

3.3功率量程信号处理

功率量程通道不含前置放大器，其信号基本处理流程大致如图3-3所示。

3.3.1功率转换

上部和下部通道经过V/I转换后的电流值，需要分别转换成功率，公式为：

式中：NE004和NE003—上部和下部V/I转换后的电流值，单位μA；

UDPI和LDPI—上部和下部功率转换后的功率值，单位%功率；

KISC—电流/功率转换系数，单位%/μA。上部和下部通道采用同一个电流/功率转换系数，可以通过MTP设置，需要根据堆芯实际情况进行确定。

假定100%功率时探测器处中子通量为6.15×108nv，此时上部和下部通道的功率输出应均为50%，而探测器的灵敏度为6×10-13A/nv，此时探测器输出电流I=（6.15×108nv）×（6×10-13A/nv）=3.69×10-4A=369μA，可得到电流转换系数KISC=50÷369=0.1355。

3.3.2密度补偿

功率转换系数仅需要在装料后或者更换探测器后进行一次设置，后期利用增益/偏置环节进行周期性校准。修正后的功率PRPP-UU和PRPP-LU，需要进行密度补偿。

密度补偿系数FNA计算公式为：

式中，A和B是固定参数，ρ（P，TDC）是下降段冷却剂密度。P是稳压器压力的理论值PoNOM和测量值PPZR中的较大值，TDC=TCOLD（1+τ37s）/[ （1+τ38s） （1+τ39s）]，其中TCOLD是冷端温度测量值，参数τ37、τ38、τ39可以通过MTP设置，初始值分别是6.0、1.5、1.5。如果将TE121和TE125设置为280.55°C，则FNA值为1。

上部和下部通道分别计算出密度补偿系数，即FNAU和FNAL。将功率值除以密度补偿系数，即得到密度补偿后的功率PRPP-UP和PRPP-LO。

3.3.3 功率計算

以UDIRD10和LDIRD10分别表示送至NIS处理器的上部和下部电压，总功率PRPP为：

轴向功率偏差DION为：

总结：

根据电厂技术规格书的监督要求，堆外核测系统需要在启动过程及运行后一定间隔时间内进行热平衡计算、AFD比较和AFD校准等相关试验。试验的主要目的是在MTP或SD中重新设置NIS系统的相关校正因子，使得堆外核测系统的测量信号能真实反映堆内实际情况。由于NIS系统具有监测AP1000功率和提供保护信号的重要功能，因此探究校正因子设置过程，保证校正因子正确性，对于NIS系统的正常实现，AP1000机组的安全稳定运行具有重要意义。

参考文献：

[1]核电培训教材《堆外核测系统结构和功能》.

作者简介：

尹志涛，中核辽宁核电有限公司，工程师，生产准备处技术支持科。