堆外核测系统通道信号干扰问题研究

堆外核测系统通道信号干扰问题研究

颜 ,彬

中国中原对外工程有限公司   上海  200233

摘要：基于堆外核测系统对于核电机组运行的重要作用，重点研究了华龙一号堆外核测系统在系统设计、安装、调试及运行维护方面的特点。分析表明，华龙一号堆外核测系统整体具备先进性和安全性，但在安装调试阶段容易产生信号干扰问题。通过现场实际案例分析，以工程建设经验为基础，总结出一些常见的信号干扰问题处理经验，并列举实际处理措施和优化方向，希望能为后续堆外核测系统安装、调试以及设计改进提供一定参考。

关键词：华龙一号；RNI系统；安装；调试

前言

华龙一号为中国自主研发的三代压水堆核电技术，堆外核测系统（简称RNI系统）作为华龙一号的重要系统，其功能是连续监测反应堆功率、功率水平的变化和功率分布。该系统具有记录高达200%核功率的超功率偏离能力，通过测量反应堆压力容器外的中子注量率进而推算出堆内功率，仪表测量值能为操纵员提供在堆芯装料、停堆、启堆和功率运行期间的反应堆状态信息。另外该系统参与保护，在中子注量率高和中子注量率变化时，若超过相应定值，将执行安全停堆功能。

堆外核测系统对于屏蔽要求极高，外来信号干扰明显，电流信号接近皮安级，整个信号路径需特别注意保护，由于探测器安装位置的特殊性，靠近反应堆压力容器，辐射强度大且常年处于高温环境，岛内设备众多紧凑，各种系统状态和设备的启停变化很容易产生电磁干扰，因此在设备安装和调试期间需要特别注意防范，采取必要措施减少干扰影响。

2堆外核测系统介绍

2.1 测量原理

   华龙一号堆外核测系统的基本原理是通过测量反应堆压力容器外产生的中子计数率和电流来指示堆内中子注量率和功率情况。通常堆外核测探测器主要有正比计数管、裂变室和电离室三种类型，其中正比计数管分为涂硼正比计数管和BF3正比计数管，其工作原理类似，利用入射中子与10B产生核反应：

可以理解为硼吸收中子后产生具有能量的锂离子和α粒子，由于高能量带电粒子使探测器内的气体电离，形成脉冲计数从而得到一定数值的中子计数，该计数正比于堆内中子注量率。

电离室一般为圆柱形，其工作原理与正比计数管基本类似，硼吸收中子产生的带点粒子与电离室内气体产生电离，形成电流脉冲，如果中子注量率足够高，电离室两端电极之间由于高压的原因会形成电流，经信号放大和调理后可以得到正比核功率的电流值，该电流值范围一般在10-11A到10-3A之间。另外由于γ射线也会产生电离，故需要采取补偿来消除误差，一般采用两个同轴的圆柱形电离室，一个电离室涂硼，一个不涂硼。涂硼电离室收集电流包含中子和γ射线的共同贡献，而不涂硼电离室收集电流则只由γ射线贡献，两者相减即得到中子贡献电离电流，去除了γ射线引入测量误差。裂变电离室在华龙一号堆外核测系统中未有应用，主要是利用中子与UO2的裂变反应产物电离效应进行中子测量，此处不再详细描述。

2.2 系统结构

华龙一号堆外核测系统分为三个独立的量程通道，分别是源量程、中间量程和功率量程，其中源量程提供在停堆及初次启动期间的冗余中子注量率信号，源量程探测器覆盖从           10-1~2×105n·cm-2·s-1的注量率范围，对应10-9%~10-3%FP(满功率)量程；中间量程覆盖从         2×102~2.7×1010n·cm-2·s-1的热中子注量率范围，对应10-6%~100%FP量程；功率量程可覆盖从5×102~1.9×109n·cm-2·s-1的热中子注量率范围，对应10-6%~200%FP量程。所有仪表的量程存在重叠部分，可从启堆到满功率运行进行连续功率监测，能提供运行期间所要求的超功率反应堆停堆保护。

根据测量原理分类，源量程探测器是带有一体化电缆的硼衬基正比计数管，每个探测器使用一根一体化同轴电缆与仪表井上方的连接板相连，电缆采用高抗干扰屏蔽，该电缆既把高压电源从机柜端传送到探测器，并把脉冲信号从探测器传送到处理设备；中间量程探测器是硼衬基补偿电离室，探测器由三根一体化同轴电缆与安装在仪表井上方的连接板相连，分别传送高压、补偿电压和探测器电流信号；功率量程是有六个中子灵敏段分隔硼衬基非补偿电离室，探测器由七根一体化同轴电缆与安装在仪表井的顶部的连接板相连，分别传送探测器的六段电流信号和高压信号。下图是各个量程探测器在堆芯周围的布置图，每个量程都包括4个冗余且独立的通道。

图1 RNI探测器布置图

2.3 系统功能

RNI系统与众多系统均有接口，其产生的反应堆停堆信号在反应堆保护系统（RRP）中进行逻辑处理；中间量程和功率量程产生的功率信号送入棒控棒位系统（RPC）进行逻辑处理，进行棒位棒速控制；功率量程通道的平均功率信号、轴向功率偏差信号参与堆芯功率分布计算。

RNI产生一定数量的模拟、逻辑信号送往DCS侧，用于测量显示和状态报警，为操纵员运行提供重要指示。

3 信号干扰问题案例分析

在华龙一号机组RNI系统设备的安装调试过程中，由于部分原因均产生不同干扰，导致信号出现异常，潜在影响了机组的安装和调试进度，故对相关案例进行研究以进一步指导后续安装调试，避免影响工期。

3.1电缆路径侧干扰

华龙一号机组在现场RNI系统安装过程中，由于电缆桥架安装问题，桥架过渡段不够紧密，电缆在过渡段整体暴露在外，由于探测器一体化铠装电缆由探测井内引出连接至井上方的连接板，随后连接板另侧同轴电缆需要通过蒸汽发生器间等岛内厂房，接入安全壳贯穿件经过双壳间，然后通过不同厂房连接至机柜输入端，整个信号传输路径很长电缆具有较大的分布电容，然后由于岛内各种动力电缆穿过，很容易产生干扰信号引入到核测测量通道中。

   针对该情况，首先对所有电缆路径进行排查，期间发现探测井附近的中间量程铠装电缆上缠绕的玻璃布电气胶带有破损，该胶带具有耐高温加强绝缘屏蔽效果，能有效提供电缆抗干扰能力。由于此时机组仍未装料，压力容器周围环境相对较好，立即安排重新缠绕绝缘胶带；另外在对电缆桥架过渡段处电缆进行检查时发现电缆套管由于电缆弯曲应力原因，部分套管松脱使得部分电缆完全暴露在环境中，为此临时采用铜箔或绝缘胶带进行包裹，并要求安装单位加强电缆铺设装质量。

3.2设备错误接地干扰

调试期间由于源量程计数异常，通过对RNI系统各测量通道机柜进行检查，发现部分机柜接地异常，其中1通道源量程和中间量程信号地与保护地导通，功率量程信号地浮空；2通道三个量程信号地均与保护地导通；4通道源量程信号地与保护地导通，中间量程和功率量程均浮空。总体而言三个机柜接地情况均不一致，整个系统接地紊乱，据此对计数异常的2通道机柜进行详细检查，发现中间量程高压模块PCB板固定螺丝过长，导致其与模块外壳接触，致使信号地通过卡件外壳串入保护地；功率量程高压模块线缆上缠绕的铜箔与卡件外壳接触，致使其信号地传入保护地。后继续检查2通道源量程信号放大模块，发现放大器信号输出接口与屏蔽盒之间处于导通状态，拆开卡件发现放大器信号输出接口固定螺孔与屏蔽盒接触，随后亦在屏蔽盒表面加绝缘胶带进行隔离。

   根据厂家设计要求，源量程、中间量程和功率量程的信号地与机柜的柜体是隔离的，信号地不与机柜柜体连接，机柜柜体连接在保护地排上；源量程、中间量程和功率量程的信号地相互独立。为此制定接地排查方案，保持机柜接地与设计要求一致。

3.3 岛内空间辐射干扰

系统调试期间，岛内双层壳间存在大量安装和清洁工作，其中不乏电焊机和吸尘器等大功率电气设备电源线搭在同轴信号电缆上；由于压力容器保温调整间隙过程中，需要使用电焊机，电源线穿过或搭在铠装电缆上，突然间的大电流通过会产生空间辐射。另外泵、风机等大功率设备的启停，也会产生一定量的辐射电磁波，对信号传输形成外部干扰。

上述实例证明，岛内施工应注意加强监管，系统调试期间严禁使用大功率电器设备，或优化安装调试逻辑顺序，在岛内环境较好时执行RNI系统调试试验。

3.4 电网波动传导干扰

经调查趋势发现，岛内主泵启动瞬间，电网电压瞬间被拉低的过程中，均发现RNI源量程计数异常，初步判断电网波动变化产生干扰。为进一步验证，现场利用RNI机柜上游供电柜调压复现电网波动，供电柜调压是根据上游母线负荷变化进行的自动调节，保证电压在正常范围内，调压动作无规律，实际测试中发现调压动作和源量程计数率异常有较多符合。

由于RNI机柜电源本身存在滤波，考虑电网波动干扰属于高频信号，现场进一步优化方向考虑更换电源滤波选型，剔除电网波动引入干扰。

4结论与建议

作为我国自主设计开发的三代核电机组华龙一号，堆外核测系统的设计充分借鉴了国内外各类堆型的先进性和安全性，在功能应用和运行维护方面已达到了世界先进水平，但是在设备出厂、施工和鉴定上都遇见了一些问题，例如机柜卡件接地、信号电缆铺设、信号接地和机柜电源滤波，本文旨在列举现场安装调试期间发生的信号干扰案例，对此进行分析总结，为后续核电项目安装调试以及运维提供经验参考，也提出一些优化意见供厂家和设计人员作为借鉴，以保障堆外核测系统的正常稳定运行。

参考文献：

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