华龙一号堆芯测量系统调试介绍

华龙一号堆芯测量系统调试介绍

王大明,潘悦

（中国核电工程有限公司华东分公司 浙江嘉兴 341300）

摘要：华龙一号堆芯测量系统在线提供反应堆堆芯中子通量分布、燃料组件出口以及反应堆压力容器上封头腔室内反应堆冷却剂温度和反应堆压力容器水位的测量数据，对核电站安全性和经济性有重要作用。本文通过对堆芯测量系统设备结构和调试工作内容进行介绍，并对系统设备细节给出一些优化建议，从而对后续核电项目堆芯测量系统的设计提供参考。

关键词：堆芯测量 设备 调试 优化

0 引言

华龙一号堆芯测量系统（RII）是核电厂重要系统之一，系统在功能上分为堆芯冷却监测系统（CCMS）和堆芯中子通量测量系统（CNFM），在设备上CCMS和CNFM分别有各自的机柜，实体上是隔离的，因此在调试过程中CCMS和CNFM调试内容和方法各有差异，具体体现在调试规程和调试工器具。调试工作人员使用调试工器具，通过调试规程的执行，对RII系统功能和设备可用性进行测试，确保RII系统设备经过调试后处于良好的运行状态。

1 系统结构

1.1 堆芯冷却监测系统

堆芯冷却监测系统（CCMS）采集和处理来自堆芯热电偶和堆芯水位探测器的信号，为水位探测器组件中加热器提供直流电源，并将处理后的数据信息通过硬接线或者网络传输只其他系统以及DCS显示或记录。

CCMS系统分为AB两列，互为冗余，各自包含一列独立的数据处理柜，两列共用一个服务单元。数据处理柜采集到数据进行分析和计算，将处理后的数据发送到主控室显示和报警，通过服务单元对数据处理柜的输入、输出和设备状态进行监测，CCMS系统结构简图见图1。

图1 CCMS系统结构简图

数据处理柜主要由1个电源机箱、1个信号处理机箱、3个隔离网关组成。电源机箱由2个低压电源和2个恒流源组成，低压电源主要负责为信号处理机箱和隔离网关供电，水位电源输出2路0-2A可调电流至水位探测器组件。信息处理机箱主要功能是采集堆芯温度洗好和现场工况信号，并经过处理输出至相关系统。隔离网关主要功能是CCMS数据处理柜与专用测试设备和DCS之间通信。

服务单元主要由1个工业控制计算机、1个显示单元和1台打印机组成。服务单元主要功能有：权限控制、参数下载、信息显示和打印。

1.2 堆芯中子通量系统

堆芯中子通量测量系统（CNFM）包含由堆芯中子-温度探测器组件和相关电缆组成的CNFM一次仪表，以及由信号处理设备组成的CNFM信号处理系统。

CNFM信号处理系统主要功能是采集和处理安装在压力容器内的自给能中子探测器（SPND）的电流信号，将SPND的电流信号连同反应堆的其他工况信号一起，用于在线连续计算堆芯三维功率分布，监测燃料组件线功率密度（LPD）和偏离泡核沸腾比（DNBR），并为堆外核仪表系统（RNI）功率量程提供校准系数，CNFM系统包括4台SPND信号处理柜和1台控制柜，CNFM系统结构简图见图2。

图2 CNFM系统结构简图

信息处理柜分为两种型号，运算处理机箱和电源机箱在两种机柜内都是1个，但测量机箱数量不同，根据就地探测器组件分配数量不同，一种处理柜有12个测量机箱，另一种处理柜有10个机箱。测量机箱由7个电流放大卡、2个信号采集卡、1个信号处理卡、1个CAN卡、1个RS485卡和1个低压电源组成。运算处理机箱由1个CPU卡、4个CAN卡、4个RS485卡、2个以太网卡、1个信号采集卡、1个模拟量输入卡和1个开关量输出卡组成。电源机箱由2个低压电源组成，主要功能是为运算处理机箱提供冗余的直流低压电源。信息处理柜是堆芯种子通量二次仪表的一部分，主要功能是完成SPND电流信号的放大、采集、延迟消除，LPD/DNBR快速计算、通讯等。

控制柜由位于计算机房内的控制柜本体和位于主控室显示单元两部分组成，其中控制柜本体包括上层计算机、下层计算机、就地显示器、就地鼠标键盘、服务器、打印机、供电模块。控制柜主要功能是完成全堆功率分布计算、显示和记录、外部通信、自检和绝缘检测、机柜状态监测和报警、运算结果超限报警和提供校准参数等功能。

2 调试内容

华龙一号堆芯测量系统工作从机柜测试开始到探测器组件测试完成，整个调试周期涉及热态功能试验阶段，装料准备阶段以及装料后临界准备阶段，时间跨度较长，根据每个阶段调试工作的特点，将堆芯测量调试分为三个阶段：

2.1 前期安装调试准备工作

RII系统在安全壳外使用软电缆，安全壳内使用铠装电缆。由于铠装电缆硬度较高且航插芯线较细，在运输或敷设过程中的磕碰可能会使芯线和引脚在焊接处断裂。铠装电缆敷设完成，安装人员会将电缆途经孔洞封堵使用高密材料封堵。孔洞封堵完成后，电缆出现无法维修的故障，且必须更换备件电缆时，需要先掏空孔洞封堵材料才能敷设备件电缆，这种操作极易造成电缆二次损伤。因此，当铠装电缆抵达现场仓库时要先进行一次电气性能测试，以确保电缆绝缘及连续性满足文件要求。在现场运输和敷设岛内贯穿件至连接板铠装电缆过程中，航插头需要提前用泡沫或者其他软物保护，避免航插碰撞。铠装电缆敷设完成后，仍需对电缆绝缘及连续性再次进行测试，确保电缆的可用性。

机柜安装就位后，调试人员需要对电缆端接情况进行提前跟踪，对端接完成率及校线正确性摸底。在端接和校线工作完成后，对机柜接地连续性及电源电缆绝缘进行测试，合格后进行机柜首次上电，检查机柜内卡件的报警状态无异常。

2.2 调试期间工作

CNFM机柜首先测试机柜门开报警、温湿度报警、机箱电源报警、风扇报警；其次对系统内通信情况进行测试，对比控制柜链路状态与数据处理柜通信卡件指示灯状态是否一致；最后测试CNFM系统自检功能、微电流及电厂工况信号采集功能、C21定期试验功能。通过以上测试，可以明确CNFM机柜可用性及本体功能是否正常。

CCMS机柜测试分为两部分：正常工况试验和异常工况试验。正常工况试验利用CCMS专用测试工具模拟机柜在正常运行范围内的模拟信号，检查CCMS机柜输出信号在DCS和SU上的显示精度。异常工况试验是利用CCSM专用测试工具模拟各种异常工况，检查在DCS的报警信号及状态信号是否符合预期情况。

2.3 装料及升功率期间工作

装料前中子-温度探测器组件及水位探测器进行电气性能测试，测试内容包括绝缘电阻、加热电阻值及连续性进行测试。一体化堆顶铠装电缆敷设完成需要进行绝缘、连续性测试。中子-温度探测器组件及水位探测器组件安装完成后，需要再次对探测器组件的电气性能进行测试，测试内容与装料前相同。探测器组件测试合格后，将电缆与探测器组件连接，对整个通道进行绝缘、电阻和连续性测试。

RII探测器组件安装测试完成以及压力容器扣盖和堆顶安装工作完成后，一回路开始升温升压，CCMS系统在不同的平台验证探测器组件内热电偶性能，对比DCS与SU热电偶温度显示值偏差，SU饱和温度读取值与理论值偏差等，在热停状态完成相关试验后，CCMS系统调试工作基本完成。

临界后随着堆芯功率不断提升，CNFM系统接收到的SPND电流也随之增大，当电流值满足精细计算和快速计算要求时，观察精细计算和快速计算运行情况，确认两种计算功能正常运行时，CNFM系统调试工作基本完成，剩余工作主要为配合物理试验调整参数。

3 优化建议

RII系统调试期间，RII设备整体运行情况良好，但也出现过一些设备问题。调试人员根据设备消缺的经验反馈，以及RII设备使用的效果，总结出共以下几点优化意见：

1）优化CCMS系统恒流源卡件保护电路。避免恒流源卡件电路故障后，损坏上游360V电源转换模块；

2）优化RNI系统功率量程电流信号传输方式。硬接线电流信号传输及处理柜模拟量输入模块存在误差，影响堆芯AO参数计算，建议将信号采集改为网络通信方式；

3）优化Keyboard界面S1参数设定。控制柜S1参数为手动设置，在不同功率平台需要修改为对应数值。建议修改控制柜软件功能，使得S1可以根据当前机组功率水平自动匹配对应数值。

4 总结

华龙一号堆芯测量系统设备已在多个华龙一号核电项目使用，在这些核电项目调试期间，设备供应商已对堆芯测量设备进行多次优化，设备稳定性及人机功效有显著提升。对于后续核电项目，希望能继续优化堆芯测量系统设备，在设备品质不断提升的同时，也可以简化系统设备的操作，从而进一步改进调试方法，节约调试工期。调试工作人员与设备供应商一起努力，建立起良好的沟通和反馈渠道，为华龙一号品牌走向世界添砖加瓦。

参考文件

[1]堆芯测量系统手册 [内部资料]

[2]王大明，龙昌利. 华龙一号与VVER堆芯测量系统差异性分析 [J]. 科技风，2018，12：4.

[3]蒋波，王雷，江易蔚. HPR1000与AP1000堆芯测量系统差异性分析 [J]. 科技视界，2019，25: 78-79

[4]堆芯冷却监测系统设备运行维护手册 [内部资料]

[5]堆芯中子通量测量系统设备运行维护手册 [内部资料]