华龙一号与VVER堆芯测量系统差异性分析

王大明 龙昌利

摘要：堆芯测量系统的功能在线提供反应堆堆芯中子通量分布、堆芯反应堆冷却剂温度和反应堆压力容器水位的测量数据。华龙一号作为中国自主研发的三代堆型，其堆芯测量系统在一定程度上借鉴了VVER设计理念但又有所區别。本文通过对比两种堆型堆芯测量系统在系统设备及功能，简单对两个系统的差异性进行分析。

关键词：堆芯测量；华龙一号；VVER；差异；分析

1 系统功能差异性分析

华龙一号堆芯测量系统（RII）功能是在线提供反应堆堆芯中子通量分布、燃料组件出口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测量数据。

VVER堆芯测量系统（ICIS）功能用于反应堆堆芯、一回路中子及热工水力特性参数的在线监测，包括堆功率场分布，堆芯局部参数（偏离泡核沸腾比和燃料元件线性功率密度负载）超过允许值时形成保护信号传递给TXS系统，形成轴向功率偏移控制信号传递给EECPS用于控制堆芯功率场分布，处理自给能探测器噪声信号以便于监测堆芯燃料元件表面沸腾。

从系统功能比较，ICIS比RII实现的功能要多。RII系统功能只有监测功能，主要监测堆芯中子通量，堆芯冷却剂温度和堆芯液位，ICIS处了以上功能还对一回路冷热段冷却剂温度及热工水力特性进行监测，通过计算将堆芯参数计算值与设计值对比，计算值超过阈值时会产生保护信号最终导致停堆。由此可见ICIS系统实现的功能多于RII系统。

2 系统设备差异性分析

RII探测器分为44个中子温度测量通道，4个压力容器水位探测器。中子通量测量机柜分为4个处理柜和1个控制柜，每个处理柜采集和处理10根或12根探测器组件的SPND电流信号，处理柜将电流信号差分、滤波、A/D转换、信号延迟消除等处理后移网络通讯送至控制柜，同时处理柜进行LPD和DNBR快速计算。控制柜为中子通量测量系统提供人机接口，通过网络通讯接收处理柜数字信号和DCS部分电厂工况数据，实现全堆芯三维功率分布显示、LPD和DNBR精细计算、计算运行图、报警和用于堆外核仪表系统功率量程的校准系数计算。报警同时传递给DCS，机柜产生重要计算结果送至主控室专用显示器显示，供操纵员查看。堆芯冷却监测系统分为AB两列，每列各一个堆芯冷却监测机柜，两列公用一台服务单元。

ICIS探测器由54个中子温度测量通道及40个热电阻温度计。系统机柜分为4个控制保护机柜用于采集就地仪表模拟和离散信号并转换为数字信号，根据接收的信号计算燃料元件线功率及DNBR，在其超过设定值时形成保护信号，同时将SPND噪声信号传递给堆芯噪声检测机柜；2个信息控制柜互为备用，用于接收来自二回路蒸汽发生器主给水温度、压力、流量和主蒸汽压力等工艺信号，在负荷跟踪模式下传递堆芯功率场分布控制信号到棒控棒位系统；1个下层系统工程师站用于监测控制保护柜和信息处理柜各模件输入的电信号和物理信号及工作状况；2个堆芯核测上位机用于功率分布计算，形成功率分布控制命令，并将反应堆堆芯和反应堆装置当前信息传递给综合分析系统值班工程师服务站和OM690，还将信息传递给操纵员工作站。

3 调试差异分析

由于堆型差异华龙一号与VVER在调试工作上差异主要体现在以下几个方面：

（1）就地探测器调试差异。

ICIS的44个中子温度测量通道安装与VVER的54个中子温度测量通道相同，但是华龙一号堆芯测量系统4个独立水位探测器进行水位监测，这点与VVER一体化探测器有明显区别。华龙堆芯测量系统水位探测器通过连接板电缆连接到堆芯冷却监测机柜，VVER堆芯核测水位探测器是与中子温度集成到中子温度测量通道，环路电缆分成两个接头分别对应中子温度部分和水位监测部分，中子温度部分信号通过一个接头传输至控制保护机柜，水位监测部分信号通过另一个接头传输至水位监测箱。如果水位探测器出现故障需要在更换，RII系统水位探测器是独立的，仅需更换故障探测器对中子温度无影响，ICIS系统水位探测器集成到中子温度测量通道，测量通道包含的中子温度探测器也要随之更换。

（2）机柜调试差异。

ICIS系统有40个热电阻温度计分布在一回路冷热段，在热试期间通过冷热段热电阻温度计监测温度的均方根与一回路平均温度差不超过0.5℃验证ICIS系统一回路冷却剂温度显示符合反应堆装置当前状态。ICIS水位监测部分有独立的水位监测箱分布在四个通道，水位信号传输至监测箱进行处理通过通讯传输至主控室显示。

RII系统分为两部分CCMS和CNFM。CCMS接收堆芯热电偶信号和水位探测器信号，机柜同时将温度值传送到记录设备和IIC系统，并将接收温度值与反应堆冷却剂压力信号计算饱和温度，计算结果通过通讯传输至服务单元及主控室显示。

在A2阶段ICIS进行一回路冷却剂温度显示试验，RII在一回路没有热电阻温度计，在整个A阶段RII与ICIS不同的是只进行机柜单体试验及通道测试。ICIS水位监测类似于一个独立的小系统，监测箱可独立完成水位信号处理及水位监测信号传输，当ICIS控制保护柜失电或者故障时，不影响压力容器水位监测。RII系统CCMS机柜分为AB两列，每列对应接收2个水位探测器信号，其中一列出现故障时，另外一列仍可实现堆芯温度及水位监测。虽然ICIS与RII机柜分布结构上存在差异，但是都考虑到机柜不可用情况，并避免了因为机柜故障而失去监测功能的极端情况。

正常工况下ICIS与RII中子通量测量自动运行，不需要运行人员干预。从固定的SPND上连续获取电流信号，实时测量堆芯中子通量。绘制通量图ICIS在C1阶段需要执行堆芯参数保护和预保护功能测试，模拟线功率密度和DNBR超过预保护定值时在TXS中是否会形成保护信号，验证ICIS系统的保护功能。RII系统中子部分是非安全级事故后监测，不具备保护功能，在保护系统中无保护逻辑，在调试或运行过程中当出现轴向功率偏差及DNBR超过预整定值时，机柜向主控室发出报警信号。

4 结语

无论是华龙一号还是VVER，堆芯测量系统都是为了适应各自堆型而采取不同功能，无优劣之分。对于核电来说最合适的才是最好的，每个堆型都有不同的设计理念。对比不同堆型相同系统的差异性，随着调试和运行经积累不断完善系统设计及功能，才能使堆芯测量系统更好的服务核电站运行工作。

参考文献：

[1]SYSTEM MANUAL RII INCORE INSTRUMENTATION SYSTEM CHAPTERS 25 [内部资料].

[2]Incore Instrumentation system （ICIS） Operation Maintenance Manual [内部资料].

[3]Equipment Specification of the Reactor Vessel Level Measurement Detector[内部资料].