中国电业与能源2023年6期

VVER机组堆芯核测系统安装调试实践

张敬飞

VVER机组堆芯核测系统安装调试实践

张敬飞

江苏核电有限公司 江苏连云港 222000

摘要：堆芯核测系统作为VVER机组的重要仪控系统，主要用于监测堆芯中子物理和热工水力参数,并通过监测堆芯局部参数进行反应堆保护。本文介绍了堆芯核测系统安装及调试的主要内容、所遇到的问题及解决处理方法，以及对系统后续运行维护的经验反馈。

关键字：堆芯核测系统；安装调试；经验反馈；

1. 前言

VVER机组堆芯核测系统作为反应堆监测、控制及诊断系统中的一个安全级仪控子系统，其安全等级高，外部接口多，其安装和调试期间的工作实践经验十分重要。

2. 堆芯核测系统介绍

VVER机组堆芯核测系统主要包括中子温度测量通道，下层保护机柜，上位机及主控室监测终端。其功能包括：

- 监测堆芯中子物理和热工水力参数，以及监测一、二回路的热工水力参数；

- 在机组30%-110%额定功率范围内，根据堆芯局部参数（线功率密度和偏离泡核沸腾比）生成预保护和保护信号并送至安全仪控系统；

- 计算反应堆平均热功率并送至主控室后备盘的显示仪表；

- 与外部系统传输或接收信号。

3. 堆芯核测系统的安装调试

3.1 中子温度测量通道的安装及与环路电缆的连接

堆芯核测系统在堆芯侧的安装工作包括中子温度测量通道安装、环路电缆与中子温度测量通道的连接。

中子温度测量通道在首次安装前需准备专用吊耳、细绳、及开箱用的扳手等工器具，根据计划安装的先后顺序在安装前对中子温度测量通道在包装箱中调整位置。同时安装前需用记号笔在保护管组件运输平台及中子温度测量通道安装孔洞上做好标记。其安装步骤如下：

- 将中子温度测量通道从包装箱中取出，使用吊耳与测量通道相连接，并在测量通道尾部绑扎写有安装坐标位置的布条；

- 通过环吊将中子温度测量通道吊运至对应安装孔洞上方，由保护管组件运输平台上第一平台的人员引导通过预留孔，再由第二、三平台人员人力将中子温度测量通道下插到保护套管的孔中；

- 待中子温度测量通道上端到达保护管组件第一层平台后，暂停下插工作，由第一层工作人员将中子温度测量通道用细绳固定好后再继续下放，由第二、三层工作人员将中子温度测量通道下插至堆芯标准位置；

- 通过上述步骤安装完成所有中子温度测量通道后，在中子温度测量通道的顶端安装保护套帽。

在中子温度测量通道安装完成后，将预先在保护钢结构上布置好的环路电缆一端连接中子温度测量通道，另一端连接堆芯水泥墙竖井上的电缆插头，从而将信号输送至下层控制保护机柜。为保证环路电缆与中子温度测量通道的正确连接，在环路电缆布置到保护钢结构之前，在环路电缆的两端分别进行了标记，分别对应中子温度测量通道的安装坐标和水泥墙竖井插头的孔洞号。在完成环路电缆和中子温度测量通道的连接后，进一步通过加热中子温度测量通道顶部的热电阻，在下层工程师站检查热电阻温度值的变化，以验证整个通路的正确连接及信号传输。

3.2 堆芯核测系统调试实践

堆芯核测系统的调试工作主要验证系统设备的完整性，安装和功能满足设计要求。如下表格列出了堆芯核测系统主要的调试项目，并在下文进行了相应总结。

表3.2-1 堆芯核测系统主要调试项目

3.2.1自给能探测器信号的屏蔽功能检查

自给能探测器通过测量中子通量密度而形成电流信号（微安级），作为计算线功率密度（QL）和偏离泡核沸腾比（DNBR）的基础数据，直接参与保护信号的形成。为避免在自给能探测器异常或故障时输出错误的电流信号，需在出现该情况时，对故障自给能探测器进行屏蔽，即把该自给能探测器置为失效状态，使其测量的电流信号不再参与计算。

进行该项功能检查时，需将服务器中的中子物理计算的功能模块和热工水力计算的功能模块停掉，随后在自给能探测器状态文件中对故障自给能探测器的状态置为失效状态（失效状态值为-1），最后再启动上述两个功能模块。以上操作需在主备通道中分别单独操作，以避免同时关闭主备服务器的功能模块造成上层计算数据的丢失。

3.2.2堆芯参数保护和预保护功能测试

堆芯参数保护和预保护功能测试作为堆芯核测系统的重要功能检查项目，其试验目的是验证系统的保护和预保护信号能否正常触发并传输给安全仪控系统。堆芯核测系统的保护和预保护信号由下层控制保护机柜计算的QL和DNBR触发,并通过硬接线送至安全仪控系统。

堆芯核测系统基准数据中，针对4台主泵运行时，对中心燃料棒组件、周边燃料棒组件和含钆燃料棒组件分别设定了不同的QL的第一类预保护（PP-1）定值。在3台主泵、2台相对主泵、2台相邻主泵运行时，QL定值分别为4台主泵运行时相应定值的0.75、0.57和0.45。第二类预保护（PP-2）与第一类与保护（PP-1）及停堆保护（EP）之间设定值的比例关系为0.98：1：1.05。当在QL的数值超过了对应设定值时，则会触发QL的预保护或保护信号。

DNBR的第二类预保护（PP-2）、第一类预保护（PP-1）和停堆保护（EP）的设定值分别为1.35、1.30和1.20。当DNBR的数值低于了对应的设定值时，则会触发DNBR的预保护或保护信号。

根据堆芯核测系统的技术设计文件，其在30%至110%额定功率期间执行保护功能，因此为验证系统的投保护功能，需模拟机组功率达到30%额定功率。为使该试验结果更加精确，在机组实际功率为25%至29%额定功率时进行该试验（此时实际功率更加接近30%额定功率，可使试验结果更准确）。进行QL保护和预保护功能测试时，通过调整下层保护机柜中的QL计算系数，使机柜计算的QL值逐渐增大并超过预保护和保护的设定值，从而依次触发出PP-2、PP-1和EP信号。

而对于DNBR的保护和预保护功能测试，相对复杂很多。由于参与DNBR计算的参数包括主泵差压、反应堆堆芯上部压力、主泵供电频率、一回路冷腿温度及燃料元件的线功率密度，因此在下层保护机柜中需要同时修改多个参数来调小计算出的DNBR值，从而使计算得到的DNBR值低于DNBR设定值以触发预保护及保护信号。

3.3 调试经验反馈

3.3.1 机组甩负荷试验期间上层QL和DNBR裕量值短时消失问题处理

动态试验甩负荷期间，堆芯核测上位机显示的QL和DNBR裕量值短时失去显示，时间持续约2分钟。经调取大量历史曲线并进行分析，最终发现堆芯上部压力在甩负荷期间降低并低于了15MPa（最低压力值为14.77MPa），而在基准数据中，设置了当堆芯上部压力值在低于15MPa时，不进行中子物理计算，中子物理计算对堆芯上部压力的设置范围为15Mpa至17MPa。由于没有进行中子物理计算，故失去了QL和DNBR裕量值的显示。通过将调整中子物理计算的堆芯上部压力范围，保证了后续动态试验甩负荷期间，上层上位机QL和DNBR裕量值的正常计算及显示。

3.3.2机组满功率初期修正系数偏差多次报警问题处理

机组满功率运行初期，多次出现修正系数偏差报警。根据多次调取历史数据进行对比，发现导致偏差出现的参数主要为控制棒棒位和一回路硼酸浓度的变化。其中控制棒棒位相比于上次传输修正系数时的棒位每变化一步，该偏差值大约上涨0.2%至0.3%。在满功率运行初期一回路硼浓度仪表多次出现断线情况，导致硼浓度值直接变为0g/kg，从而导致上下层偏差值的跳变上涨。为解决该问题，在上层上位机引入了在线跟踪监测模拟计算程序(IR)计算的硼浓度值作为备用，在当一回路硼浓度仪表出现断线时，切换到IR程序计算的硼浓度值，从而解决了上下层修正系数偏差值突变报警的情况。

4. 结论

通过梳理总结VVER机组堆芯核测系统安装调试过程中出现的问题，提升了对系统功能及故障处理的掌握，为运行维护积累了经验。同时对后续同类型机组堆芯核测系统的安装调试工作具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]NRC “Kurchatov Institute”，Tianwan NPS.Unit3&4 Monitoing, control and diagnostic system(MCDS) RF V-428M In-core instrumentation system  User Manual, 2015:5-8

[2]RE “INKOR”，Tianwan Nuclear Power Station Unit 3&4 Assemblies of incore detector operation manual，2015:7-18