VVER与M310机组堆外核测系统对比

李榛

摘要：VVER机组为我国引进的俄罗斯的压水堆，在国内仅在田湾建设。M310为目前在国内大规模商用应用的主力机型。虽然二者之间在设计理念上有很大的区别，但在堆外核测系统的设计上有很多的共同之处，本文比较了二者之间反应堆堆外核测系统的异同，并分析了各自的优缺点。通过它们之间的对比为堆外核测系统的安装调试提出了相应建议。

关键词：堆外核测；VVER；M310；分析比较

目前在国内建成的核电机组主要有引进的俄罗斯的VVER和引进法国技术并不断改进形成的M310机组。VVER机组在田湾1、2号已建成商运十余年，而M310机组在国内先后有二十余台机组投入运行，是国内应用最广的商用机型。

反应堆堆外核测系统作为安全级仪控系统的重要组成部分，用来测量反应堆的实时功率并监测反应堆的功率变化和堆芯内的功率分布。当监测参数超过设定阈值时为反应堆提供紧急保护信号来保证安全。堆外核测系统布置在反应堆压力容器周围，通过测量堆芯泄露的中子注量率来反应堆芯的反应性，进而可以测算出反应堆的核功率。在VVER机组中堆外核测系统简称NFME，M310机组中简称为RPN系统。

1 堆外核测系统的对比分析

堆外核测系统用来测量从反应堆装料到满功率的核功率，功率范围从1×109%FP到200%FP，覆盖十几个数量级。单一类型的探测器无法覆盖这么广的量程，在RPN中将堆外核测的探测器根据测量范围分为源量程、中间量程和功率量程。在NFME中将探测器分为源量程、启动量程、工作量程1和工作量程2。

RPN系统组成有2个源量程、2个中间量程和4个功率量程。而NFME则相对复杂：3个源量程、4个物理启动量程、4个启动量程、4个工作量程和安裝在堆芯围板内成六边形布置的换料监测探测器。4个物理启动量程的探测器在完成首次启动后更换为工作量程备用。

在RPN中由于压力容器支撑环的存在探测器圆筒支架不能够支架安装于测量位置，因此探测器安装在可移动小车上。这样在需要对探测器进行工作时，可以将小车拉出远离堆坑，尽量减少维修人员的剂量。但是在小车推进与拉出的过程中，与探测器相连的一体化电缆有磨损的风险，并且小车的轨道要保持绝对的无异物以防止小车被卡住。在小车上部有个连接探测器一体化电缆和岛内电缆的连接盘，该连接盘长期位于辐射比较大的环境中容易导致探测器信号的漂移。而在VVER中没有这个连接盘，探测器信号直接从堆腔引出接到环廊的转换盒中，增加了信号抗干扰的能力。

源量程探测器在停堆期间、堆芯换料和机组启堆临界过程中使用。RPN系统源量程采用涂硼正比计数管（型号：CPNB44），在探测器内壁涂10B作为中子吸收物质，探测器内部空间充85%氩气和15%二氧化碳作为电离气体和气体放大效应载体。VVER的源量程探测器均采用BF3正比计数管，电离室内充以三氟化硼气体，硼吸收中子后产生的α粒子可以使三氟化硼气体电离。脉冲的频率与入射中子数量成正比，从而实现对功率的监测。

RPN系统中源量程在中间量程达到P6时，会通过主控的开关切除源量程的高压，使源量程退出运行。在VVER中由于三氟化硼计数管无法承受高伽马场，因此借助移动机构当功率低于103%FP时，下放探测器至堆芯正常工作位置，当功率高于102%FP时，操作移动机构向上提升探测器。这种机械式移动机构的缺点是存在发生故障的风险，且移动时会挤压源量程的电缆使电缆造成系统故障。

堆外核测系统探测器测得的脉冲信号或者电流信号都非常小，且从探测器到信号处理机柜的距离较远。RPN系统中信号放大器放置在电气厂房的机柜中。放置在电气机柜中可以防止现场环境对放大器的损坏和方便机组运行后的维修。但是信号从探测器到机柜的传输距离较长无法避免的会受到信号的干扰。在VVER机组中将放大器放置在安全壳外的环廊中。信号经过放大后提高了抗干扰能力，增加了系统的稳定性。

M310机组的堆外核测系统各量程呈90°均匀分布不会产生畸变，可以在各个象限监测反应堆的功率，便于后续信号的处理和运算。源量程退出的方式保留为高压切除方式，相较VVER中用机械提升的方式更加的合理可靠，不会因为机械装置的运动导致探测器一体化电缆的损坏。在功率量程探测器中继续采用6段的电离室从上到下覆盖整个堆芯，更利于监测轴向功率分布的计算，此种类型的探测器为华龙一号独有具有突出的优势。

在RPN系统中每个机柜各有一个源量程、中间量程和功率量程。在运行时除了源量程会在启动阶段时切除高压退出，中间量程会触发高定值停堆信号，功率量程会触发低定值、高定值停堆。这些停堆信号需要在反应堆保护系统中进行屏蔽，增加了保护系统中逻辑的复杂性。在NFME系统中将每个机柜作为一个整体来考虑，每个机柜只触发一个发送到安全仪控的停堆保护信号，这样逻辑上更加的简单，也减少了运行人员在启动过程中的工作。

2 总结

在RPN和NFME系统在探测器组成与布置、安装方式和探测器类型、与源量程电压切除方式等方面有所差异，各有利弊。

RPN和NFME的中间量程为了消除γ射线的干扰均采用了补偿电离室。探测器产生的信号为电流信号，且通过补偿电离室的方式来消除γ射线产生的干扰信号。这种方式避免了甄别电路对信号灵敏度的影响，简化了信号处理电路。补偿电离室一般情况下可以消除γ射线带来的干扰，但是在一些γ注量率较高而中子注量率相对较低的场合即使经过补偿也仍有将近3%的误差。两者可以借鉴AP1000系统中采用裂变室探测器。探测器内部充满氩气，内壁涂有235U作为中子吸收物质。采用微型裂变室相对于补偿电离室在探测器电极上产生的脉冲幅值和电压相对于γ射线干扰产生的信号的强度要高的多，在具有较强的γ影响下仍有较高的精度。

参考文献：

[1]薛莉炯.数字仪表堆外核测量技术在第三代AP1000核电站的应用[J].数字技术与应用，2012.（12）：8587.

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[3]中核控制系统工程有限公司.福建福清核电厂5、6号机组堆外核测系统（RNI）标段1—探测器及控制柜供货合同.