压水堆核电站硼表自动标定方法

吴金泉 史政林 熊炎 林伟财

摘 要 压水堆核电站中的硼表是用来在各种工况下对一回路冷却剂的硼浓度进行自动连续监测的工具，硼表监测是反应堆反应性监测控制的重要手段之一，因此长期准确监测反应堆堆芯硼浓度是一项非常重要的工作，防止反应堆及一回路系统中的硼被意外稀释而引起反应堆功率的意外增长。本文简要介绍了压水堆核电站硼表的工作原理和自动标定的方法。

【关键词】核电站 硼表 自动 标定

硼表即是专门针对核电站反应堆及一回路系统中的硼浓度的在线监测专用的唯一设备。由于硼表的长期连续运行，仪器工作点可能发生缓慢漂移，为保证硼浓度测量的准确性与可信度，每个燃料循环周期后必须对硼表进行标定校准，这也是核电站正常运行的一项重要保障措施。

1 测量原理

硼表的测量原理如图1所示。

通过探测装置与核取样回路连接，构成一个完整和独立的反应堆及一回路系统硼浓度测量系统；一回路的硼水经旁路流入探测装置，并返回主回路，探测装置内部安装有中子探测器和中子源，核电站主回路中的硼对热中子具有很大的吸收截面。探测器输出的脉冲信号计数率与探测器接收到的热中子数成正比。硼表通过对脉冲信号进行采集，数据处理单元通过中子计数率计算出回路中的硼浓度。通过长期在线监测反应堆及一回路系统内循环水中的硼浓度，回路中的温度将影响回路中硼水的密度和热中子能量，导致硼的有效微观截面的变化，从而影响硼浓度的测量结果。为提高硼浓度测量精度，探测装置中增加温度测量，在硼浓度计算转换时通过测量回路中的温度值进行温度修正。

2 硼表的标定

硼表的标定是通过对不同浓度的标准硼溶液分别测出对应的中子计数率值，通过二次拟合数学关系获取等温标定系数。在特定的實验条件下，即中子源强度、中子探测器的特性均为常量，高压和甄别阈电压均设置在最优点时，通过不断改变回路中的硼溶液浓度获取相应的中子计数率，建立计数率n与浓度P之间的函数关系，即：

其中：a、b、c为二次拟合系数；n为硼浓度为P时的中子计数率；P为硼浓度

一旦建立了上述函数关系，即可通过测量计数率和温度就能确定相应的硼浓度了，这是硼表标定的出发点和归宿点。

在仪表投入运行后，中子源强度，中子探测器特性的渐变均可视为零，它对计数率无影响，而极化电压和甄别电压又设置在最优点，即使有较小的波动，在最优点邻域变化率甚微，对计数率变化的影响极小。由于仪表标定时的实验条件与实际运行相一致，故经标定所建立的数学模型是有效的。但上述标定并非一劳永逸，随着时间的推移，中子源强度，中子探测器特性等渐变的积累必将导致运行条件和前述实验条件的不一致，此时，应考虑对仪表重新标定，以获取新的数学模型。硼表标定时间长且繁琐，记录数据多，耗费人力物力。

3 自动标定的难点及解决方法

3.1 自动采集中子计数率的设计

硼表标定是通过对不同浓度的标准硼溶液分别测出对应的中子计数率值，最后通过二次拟合数学关系获取等温标定系数。要实现核电站硼表自动标定，就必须研究在现有硼表系统中如何在标定过程不同的硼浓度时实时的采集相对应的中子计数率，才能为后续的标定规程和方法实现提供可靠的试验数据，因而自动采集不同硼浓度的中子计数率是最为关键的技术。为解决这一问题，利用内存分析技术获取硼表软件的关键数据，实现中子计数率等关键数据的实时采集。

3.2 自动标定功能稳定性的设计

硼表标定结果的准确性关系到核电站的安全稳定运行，核电站硼表自动标定支持系统能否投入实际应用，关键在于自动标定过程是否稳定，标定结果是否准确可靠，因而自动标定功能稳定可靠是直接关系到研究成果能否投入实际应用的关键问题。为解决这一关键问题，对采集的数据进行稳定性判断。

在硼表标定过程中，化学人员在就地配置相应硼浓度，配置好之后，系统需要稳定一段时间。稳定之后，对实时读取到的中子平均计数率/温度进行分析判断。判断数据合格稳定之后则进行数据记录，否则继续等待稳定。

数据判断稳定之后，再进行一次合格性判断，若合格则读取该平均计数率数据存入相应的表格，连续读取存储10个合格的数据，其中如果遇到不合格数据则将该浓度下的所读取存储的数据全部清除，并重新开始记录10个连续稳定的平均计数率，直到读取到10个合格稳定的数据为止，并记录存储到对应表格，再计算出10计数率的平均计数率。

每一个标定浓度下的平均计数率计算完成后，通知化学标定人员已完成该浓度标定点的标定，数据已记录完成，可以进行配置下一个硼浓度点，此时系统不进行记录数据，等待化学标定人员配液完成，一定时间后软件开始进行数据稳定性判断，并记录存储数据，每个浓度标定点按照上述流程完成整个流程，直到完成最后一个硼浓度点。

4 结语

随着我国核电工业的迅猛发展，核电站的安全性能和自动化要求越来越高，硼表测量的准确性关系到核电站的安全控制，对硼表标定过程进行优化，提高硼表标定的自动化水平，既能确保精度，又能大幅度提高工作效率，是一种值得推荐的标定技术。随着自动化程度的提高，硼表自动标定在今后的压水堆核电站中将会得到广泛的应用。

参考文献

[1]卢才华，饶贤明，庄昀等.压水堆核电站一回路硼浓度监测[J].核电子学与探测技术，2004.

[2]王璨辉等.LOT104D硼表系统培训教材[Z].中国核动力研究设计院，2012.

作者单位

广西防城港核电有限公司 广西壮族自治区防城港市 538000