某研究堆中子计数装置工作异常的分析与处理

杜双+余峰+肖克雅

摘 要 本文介绍了某研究堆宽量程中子计数装置在临界实验中工作异常的现象，并对此进行了原因分析。文章介绍了宽量程中子计数装置的工作原理，并从一次仪表、二次仪表、信号电缆和干扰源4个方面进行了详细的分析与验证。

关键词 某研究堆；宽量程中子计数装置；探测器；信号电缆；电磁干扰

中图分类号 TL411 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0263-02

2014年3月，在某研究堆上对核电操纵人员进行临界操作培训时，发现两台宽量程中子计数装置（简称计数装置）测量工作异常，现象主要体现在临界外推过程中，中子计数涨幅不符合外推曲线规律。根据多次临界操作培训的经验和现象分析，初步判断两台宽量程中子计数装置工作异常，急需进行检修排查。经排查故障原因确定为探测器性能变差、外部低压电源性能变差产生的干扰两个主要因素，通过对相应设备的更换解决中子计数装置不能正常工作的问题。

1 故障现象

正常的临界操作培训过程中，中子计数装置的状态体现如下：

1）因未带功率运行，中子脉冲本底较低造成的中子计数涨幅很小。但分阶段提棒引入反应性较大时，完全可以根据两台计数装置数据进行临界外推。

2）次临界度较浅时，分阶段将3SB/6SB由0提至临界棒位时，中子计数涨幅满足外推曲线规律。（2013年12月18日临界操作培训临界外推数据见附表1）

此次培训过程中，计数装置的状态异常。在临界操作培训过程中，外推无法利用两台计数装置数据进行，主要是靠已知临界棒位，在已知次临界深度的情况下，进行1/2或1/3计算逐步达临界。（详见附表1 2014年3月18日临界操作培训）

2 工作原理

中子计数装置主要包括5个NIM插件：前级单元、处理单元、输出单元、高压单元和低压单元。

3 故障排查

针对目前某研究堆临界外推的现象，专业组人员对控制保护系统进行了全面的检查，将此次故障排查的重点集中在仪器本身，包括两台中子计数仪器、两套裂变电离室及传输信号电缆上。为了排除故障，本次检修工作主要从二次仪表和一次仪表两个方面进行。

3.1 二次仪表排查

为了检查和确认二次仪表出现故障的可能性，专业人员首先对仪器进行了自检（计数通道检查，周期检验），仪器各项功能正常。其次针对中子计数涨幅不明显的现象主要检查了前级单元和处理单元。在此次故障现象之前，阈值通常为5V左右，且完全满足临界外推的要求。此次故障现象出现后，专业人员结合运行人员次中子脉冲本底较低的分析，将阈值调至4.2V和4.0V，中子计数率变高，运行人员重复分阶段提棒，故障现象无变化。此次故障现象发生后，两台仪器的处理单元显示数据的波动性基本相似，排除处理单元故障。使用检测仪表检测高压单元电压和低压单元电压，数值均正常，且电压均稳定。

3.2 一次仪表排查

经过前期对一次仪表、二次仪表的故障排查，发现二次仪表本身工作正常，无故障，而一次仪表（即裂变电离室）故障可能性高，其可能原因是电离室已超过使用寿期，导致性能下降引起的。经过专题会议进行讨论，确定了两个方案。第一方案主要内容为：在堆芯放入一枚中子源，人为提高堆芯中子脉冲本底，且暂不更换裂变电离室。第二方案为更换裂变电离室，完全匹配的电离室采购周期较长，考虑采用其他型号电离室暂时代替，但其中子信号计数率可以满足某研究堆计数要求。

实验结果如下：除了计数明显变大，其涨幅与核电培训异常现象一致，一方面由于反应堆长期不运行，堆内中子计数本底本身较低，加入的中子源强度为107量级，量级较低不足以对实验数据带来较大变化，另一方面，裂变电离室性能本身已经下降，其灵敏度不够，导致涨幅不明显。（详见附表1 2014.3.21实验数据）

更换两套裂变电离室后，验证结果如下：中子计数率涨幅基本满足临界实验的要求，但是，还存在稳定性差、波动幅度大等问题。更换电离室解决了原电离室性能下降的问题，但仪器本身还存在其它干扰的问题。导致外推结果不理想。附表四和附表五为裂变电离室检修完毕后临界外推的数据。

4 解决故障

经过对设备本身、仪器连接线的故障排查均未发现异常，更换探测器后中子计数装置的计数涨幅基本满足临界实验的要求，但是，还存在稳定性差、波动幅度大等问题。更换电离室解决了原电离室性能下降的问题，但仪器所受干扰仍然存在。

根据分析，此次现象确实表明低压电源对该装置的计数影响明显，经检查，保护柜A柜和B柜共有4块低压电源，棒控柜A柜和B柜共有4块低压电源，其型号均为4NIC-Q系列朝阳电源，且其外形为黑匣子，无法检修。其工作原理为通过处理，将外电220V交流电源转变为±15V和+24V三种直流电源。低压电源在工作过程中产生脉冲信号或开关量处理信号，并会产生大量热量影响该装置。

处理方案：正常情况下，低压电源性能正常时，对装置计数无影响，出现此次现象后，专业人员将保护柜四块低压电源进行了排查，发现有两块低压电源性能降低，更换电源后，计数装置的计数率在不提棒状态下计数为个位计数，现象正常。在一周的现象观察后，此次中子计数装置异常排查工作告一段落。在后期的临界实验中，两台计数装置表现良好，临界实验顺利进行，至此，外部干扰对周期的影响得到了解决。

5 结论

此次中子计数装置异常状态的检修分别解决了电离室超过使用寿期性能下降的问题、主控室其它仪器仪表对装置的干扰问题，彻底解决了临界实验和开堆过程中两台装置计数不能正常工作的问题，为反应堆的安全运行提供了必要的保障。

参考文献

[1]刘增良，刘国亭.电气工程CAD[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]中国建筑东北设计研究院.《民用建筑电气设计规范》（JGJ16—2008）.北京：中华人民共和国建设部，2008.