启动仪表在重水堆核电站的应用及改进

启动仪表在重水堆核电站的应用及改进

仇庭盛

中核核电运行管理有限公司维修五处，浙江省嘉兴市， 314300

摘要：本文介绍了CANDU-6机组启动仪表系统的工作原理、功能和组成，对启动仪表系统现场调试及运行以来所遇到的问题进行了总结，并针对出现的问题进行了改进。

关键字：启动仪表；工作原理；改进措施；

1. 前言

重水堆与压水堆相比重水堆有其自身的特点：在启动过程中主要靠自身产生的光激中子，完全靠U-238的自发裂变产生中子，而不依靠外中子源。启动仪表系统用于测量10^-14FP到10^-6FP的反应堆功率，通过它及时、准确的反映出低功率水平下反应堆的功率及其变化趋势，从而确保反应堆处于安全、稳定的可控状态。

2. 系统功能

启动仪表系统在为控制室提供可靠的反应堆低功率指示的基础上，其脱扣报警逻辑还分别连接至一号停堆系统的脱扣逻辑。当出现一个通道内的失去计数率、探测器工作电压异常、超高的中子计数率或中子计数率上升速率过快时，都将会触发该通道脱扣，若出现两个或两个以上通道都将自动触发一号停堆系统从而使反应堆进入停堆状态。

3. 启

   图2 启动仪表控制逻辑

   
   

   动仪表系统工作原理

启动仪表系统工作原理如图所示：BF₃正比计数器（探头）探测到反应堆堆芯内产生的中子，探头通过前置放大器（前放）将中子信号进行初步放大，此脉冲信号再通过经过电缆传输到放大器进行进一步放大。经过放大器放大了的信号再送至单道分析器进行甄别，对满足甄别域的脉冲信号整形输出标准逻辑信号，一路给线性/对数率表单元，另一路接入计时/计数器，通过计数、取对数处理后在报警单元内进行比较，来实现对反应堆功率的实时监测和超功率保护。

图2 启动仪表系统工作原理图

4. 启动仪表误脱扣统计

历次大修都由于启动仪表的原因造成了一号停堆系统误脱扣，最高时1次大修就造成5次以上误脱扣，其中101、203、205大修还造成了SDS#1动作，停堆棒插入堆芯。

5. 启动仪表误脱扣原因分析及改进措施

根据统计启动仪表误脱扣的原因集中在信号干扰、设备本身故障及人员误碰上，下文主要对这三种原因产生进行分析，并根据分析结果采取针对性的改进。

5. 重水堆机组启动仪表信号特点

BF₃探测器输出的脉冲信号，通过前置放大器和主放进行放大，放大过程中势必会对噪声信号（如γ噪声）也进行了放大，所以设计了单道分析仪对噪声信号进行甄别，单道分析器即微分甄别器，对满足上阈及下阈的脉冲信号转换成标准幅值的方波信号后输出，然后再经过计数、取对数处理后再进行高对数比较和高对数率比较，来实现对反应堆功率的实时监测和超功率保护。

5. 重水堆机组启动仪表信号干扰分析

信号干扰具有过程短、时间不固定的特点，要彻底解决这个问题，必须要分析信号干扰产生的来源和传播途径，只有屏蔽干扰源，切断传播途径，或把干扰强度降到最大可能低的限度内，才能从根本上解决干扰问题。

5. 信号干扰的类型

启动仪表异常脱扣数据进行了采集并分析，最高电压6.48V根据转换公式：电压=（LOG(CPS)-1）*2,最高计数为19000CPS，持续时间50ms左右，远远超过当时的脱扣设定值8000CPS,可以判断不是设备本身的故障，信号干扰是来自现场。

5. 重水堆机组启动仪表干扰信号来源检查

（1）空间的辐射干扰
　　启动仪表系统在低功率下大修阶段，反应堆厂房内人员众多，各种检修工作错综复杂，各种大电磁干扰的设备都在使用，极容易对启动仪表的弱电压脉冲信号形成干扰。　　
（2）系统外引线的干扰
规范的接地是提高电子设备可靠性的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰。在对启动仪表的接地系统进行检查，发现启动仪表的盘柜没有进行接地，现场也没有进行接地，因此启动仪表的接地处于浮空状态。

（3）通道间相互干扰检查

启动仪表原设计中为了确保不同通道间的计时/计数同步，将3个通道的计时/计数器用信号线进行了连接，所有通道的计时时间都是参照主通道的设定进行并在同一时间开始计时或复位。这样的连接方式若单道道由于干扰信号的引入脱扣，极容易通过此信号线传导至其他通道而导致系统动作。

5. 重水堆机组启动仪表防信号干扰改进措施　

在对信号干扰的改进上主要通过大修指令限制、规范接地系统、去除传播途径以及降低干扰强度入手，提高抗干扰能力抑制信号干扰，保证了启动仪表的稳定运行。

5. 防空间干扰的改进措施

为了防止强干扰设备在启动仪表投用期间造成干扰而导致启动仪表误脱扣，在大修期间会发布大修管理指令，在启动仪表投用运行期间严禁使用强干扰设备如：手机、对讲机、电焊机、吸尘器、切割机、转孔机等。

5. 规范可靠、正确的屏蔽接地系统

统一采用在控制盘侧电缆一端接地法，即在启动仪表盘柜进行单端接地，就地及其余电缆都处于浮空状态。原设计中信号线处于浮空状态没有可靠的接地，干扰信号无法得到释放，在启动仪表盘柜连接了一根接地线，保证了单点接地，提高了抗干扰能力。

5. 保证通道的相互独立

为了防止各通道之间相互干扰，在一个通道受到干扰时另一个通道也因这个干扰信号而误动导致SDS#1动作，去除了3各通道之间的连接，将每个通道的计时/计数器单独进行计时和计数。

5. 降低干扰强度的改进

为了增强设备的抗干扰性能，将干扰强度降到最大可能低的限度内，在信号线、高压线、电源线上都增加了抗干扰磁环。抗干扰磁环又称铁氧体磁环，简称磁环，它是电子电路中常用的抗干扰元件，主要用于抑制线缆上的传导干扰，对于干扰信号有很好的抑制作用。

5. 主放设置方法的改进措施

主放的功能是前置放大器放大输出的脉冲信号进行进一步放大，调试阶段根据运行规程是将主放的粗调增益设为16、微调增益设为2.2。检查发现这样设置实际信号达到10伏以上幅值，将干扰信号也放大至高于单道分析仪的帧别器门槛（3V），从而使干扰信号引入。目前在线调整主放的放大倍数将主放的输出为8V的中子脉冲，既保证正常信号能够准确记录，又能保证将干扰信号有效的过滤。

5. 防人因改进措施

为了防止现场进行探头重新定位工作时，工作人员误碰其他通道设备，编制了启动仪表探头定位演练方案，并规定在作业前演练的要求。同时现场前置放大器的放置位置进行了调整，将前置放大器放置在电离室孔道的外侧，容易误碰的接线放置在墙壁侧，使工作人员对探头进行重新定位时无法接触到前置放大器的接线。另外每个通道上的电离室孔道上都进行了标识，防止人员走错间隔。

6. 启动仪表的改进效果

通过不断的数据积累和分析，对启动仪表从信号干扰、设备原因、防人因上进行了多项改进措施后，后续大修中没有发生误脱扣故障，启动仪表运行稳定。

结束语

重水堆具有不停堆换料的特点，因此即使在停堆大修期间燃料棒仍处于堆芯中，启动仪表装置能够与重水反应堆自身的设计相配，并能很好地满足反应堆控制和保护的需要。但在计数率低的情况下，自身抗干扰的能力较差，需要通过不断改进彻底的消除干扰信号，使启动仪表能够安全、稳定的运行。

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