核电站启堆期间中间量程通道调试分析

杨 杰

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

压水堆核电站中，核仪表系统用于监测反应堆的实时功率，其调试工作主要在装料后进行，需要根据实际工况对通道参数进行合理配置。核电站首次装料后的核仪表系统调试工作较多，其中中间量程的调试从临界前一直持续至满功率。

本文主要介绍核电站中间量程在首次装料后的各个试验项目和方法，并对其调试特点和难点进行总结，同时对调试过程中的不足进行分析，用于指导后续机组的调试工作。

1 中间量程概述

核电站的核仪表系统通过测量反应堆泄漏中子通量从而监测反应堆实时功率，测量范围大约为10-9%～2×102%功率[1]。为了能够覆盖全部测量范围并且保证测量精度，将整个测量范围分为源量程（Source Range，SR）、中间量程（Intermediate Range，IR）、功率量程（Power Range，PR），相邻量程之间存在一定数量级的重叠区域，确保反应堆功率监测的连续性。

3个量程均采用独立的探测器及通道，其中IR探测器采用裂变室。入射中子与裂变室中235U产生裂变反应，生成的裂变碎片使填充气体产生电离，生成的带电离子在高电压场中被电极收集从而形成脉冲信号。IR探测器的输出信号中，不仅有中子反应生成的脉冲信号，也有γ粒子通过光电效应等生成的脉冲信号，同时还有噪声在电子线路中产生的干扰信号。由于中子脉冲信号的幅度高于γ脉冲信号和噪声信号，因而可以使用甄别器筛选出需要的中子脉冲，即仅允许幅度高于甄别阈值的中子脉冲通过。

在较低中子场中，IR探测器输出间断的脉冲信号，可以通过脉冲甄别过滤掉γ和噪声信号，即CPS（Count per Second，脉冲计数率）模式。在较高中子场中，IR探测器输出的脉冲信号交叠为连续的交流信号，此时可以根据坎贝尔理论[2]得到信号的均方值，即MSV（Mean Square Voltage，均方电压）模式。

图1 IR信号处理流程Fig.1 IR Signal processing process

IR探测器的输出信号分成CPS和MSV两路并行处理。CPS信号处理，即甄别、整形后得到脉冲计数率（CRSE），再转换为CPS功率（CRPI）。MSV信号处理，即滤波、衰减后得到RMS（Root Mean Square，均方根）电压（MSVS），再转换为MSV功率（MSVP）。两种工作模式的功率转换公式如公式（1）和公式（2）所示。式中，KCRI为CPS功率转换系数，K1MS为MSV功率转换系数。出厂预设值均为2，后续需根据工况调整。

CPS模式和MSV模式的信号处理方式不同，同时两者之间存在一定的重叠区域。因此，需要进行加权运算，使两种信号在一定区段内平稳切换，得到IR加权功率（SIRP）。IR加权功率（SIRP）经过修正后得到IR功率（NE002），修正系数KGIR出厂预设值为1，后续需根据工况调整。

IR信号处理的基本流程如图1所示。

2 装料后IR调试项目

首次启堆期间，IR通道需要根据实际工况对通道参数进行调整，包括甄别电压、增益系数、功率转换系数、热功率修正系数等。

2.1 甄别电压调整

首次启堆期间，IR通道的甄别电压需要在模式3和模式2进行两次调整，以确保在无中子场和有中子场中甄别器均能够有效过滤掉γ信号和噪声信号。

IR通道中设置有可调的衰减器，能够使输入信号的幅度同步缩小。如果衰减系数过大，中子信号、γ信号和噪声信号的幅度差异过小，甄别器可能无法有效地识别出中子信号；如果衰减系数过小，中子信号的幅度可能超出甄别器的工作限值。因此，调整IR甄别电压的同时，需要确定合适的衰减系数，以确保甄别电压工作在甄别器硬件的有效范围内。

模式3和模式2下绘制的IR甄别曲线形状相似，即随着甄别电压的逐渐增大，通过甄别器的脉冲计数率逐渐减小。但两次绘制的IR甄别曲线均未出现明显的平稳区段，无法有效地区分中子和其它信号的分离点，即无法有效地确定合适的甄别电压。

考虑到新反应堆本身的γ和噪声分量远小于中子分量。因此，模式2试验后保持当前配置。经过后续升功率验证，当前配置能够保证IR通道正常工作。

2.2 MSV系数调整

首次启堆期间，IR通道的MSV增益系数和MSV功率转换系数需要在25%功率时进行调整，以使MSV通道能够发挥其最佳性能。

MSV通道中的RMS电压通过输入卡件AI688送至处理器，而AI688可接收信号范围为0V～10V。因此，需要调整MSV增益系数，使RMS电压为10V时对应MSV功率200%，从而尽可能地提高MSV通道精度。根据公式（2），MSV功率（MSVP）与RMS电压（MSVS）的平方成正比，故可以直接根据当前热功率值得到RMS电压期望值3.54V。

反应堆的热功率[3]通过监测二回路的压力、温度、流量等参数并进行计算得到，能够较为准确地表征当前反应堆的实际功率。而核仪表系数测量的核功率误差较大，在较高功率时需以热功率作为基准。因此，需要调整MSV功率转换系数，使MSV功率值与热功率值一致，即MSV功率能够表征当前实际功率。根据公式（2），MSV功率（MSVP）与MSV功率转换系数（K1MS）成正比，因而获取当前热功率值、当前MSV功率值、K1MS当前值后，可以计算得到K1MS目标值。

2.3 CPS功率转换系数调整

首次启堆期间，IR通道的CPS功率转换系数（KCRI）同样需要在25%功率时进行调整。但CPS模式仅在较低功率时使用，此时热功率测量不准确，故无法直接将CPS功率与热功率进行比较。但可以利用MSV功率作为中间量将两者进行比较，根据较高时的热功率值和MSV功率值得到模式切换期间期望MSV功率值，即期望CPS功率值。

需要注意的是，较高功率时的热功率和MSV功率值必须采用MSV参数调整前的数值。但设计方提供的原调试程序中，采用的是RMS增益系数调整后、K1MS调整前的数值，导致计算出的KCRI值与正确值偏差较大。

2.4 IR热功率修正系数调整

首次启堆期间，IR热功率修正系数（KGIR）需要在100%功率进行调整，以确保满功率工况下IR功率值与热功率值一致。

2.5 IR高电压调整

首次启堆期间，IR高电压需要在100%功率进行调整，以确保探测器中反应生成的带电粒子均能够被电极收集。裂变室工作在中子探测器V-A特性曲线的饱和区，即一对带电粒子在电场中产生电离并被收集到的离子对数在一定高电压范围（即坪区段）内保持不变。

功率较高时，探测器内的带电离子较多，更有利于确定坪区段。因此，选择在100%功率时绘制坪曲线并调整高电压。

3 中间量程调试特点

3.1 调试重点

相对于较为成熟的堆型，新堆型的理论设计和工程实际之间存在着较多偏差，IR通道的调试有以下特点：

1）可调参数较多。调试阶段IR通道包含较多可调参数，硬件处理环节有衰减系数、甄别电压、MSV增益、高电压，软件处理环节有MSV功率转换系数、CPS功率转换系数、热功率修正系数。

2）多个参数联调。调试阶段IR通道多个可调参数需要同时或先后进行调整，以期望通过联调使通道发挥最佳的性能。例如，调整甄别电压时需同时调整衰减系数，使甄别器发挥较佳的硬件性能。

3.2 调试难点

新堆型在首次启堆期间依据实际工况对设计和程序进行验证，IR通道的首次调试有以下难点：

1）工况考虑不足。例如，绘制的甄别曲线与预期差异较大。

2）参数偏差较大。例如，RMS增益系数调整前后的MSV功率分别为约44%和约25%，KCRI数值从2调整至约7.5。

3）程序存在错误。例如，原程序中KCRI调整时未考虑到RMS增益系数调整的影响。

4 结论

核电站中间量程通道在调试过程中存在明显的特点。其调试过程，可以有效地作为后续机组的借鉴，确保调试过程能够顺利开展。其调试结果可以充分地反馈在堆型设计中，优化设计使调试过程更加精炼。