核仪表系统源量程闪发计数原因探析

陈邦续，刘桓宇，刁建洲，陈臻

（中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518124）

1 引言

源量程是核仪表系统（RPN）三个测量量程之一，其主要作用是在停堆状态和初始起堆状态监测反应堆内中子计数率变化情况，源量程能够测量的功率范围为1～107CPS,源量程的稳定运行是反应堆次临界状态监视的重要保证。但是源量程传输的脉冲信号极其微弱，易被外界环境干扰产生信号波动。

阳江核电1号机组处于反应堆完全卸料模式,源量程连续多次闪发计数，闪发计数率在5～20CPS，每次闪发持续5～7S。本文基于阳江1号机发现的完全卸料模式下源量程闪发计数的问题和排查过程，对检查过程中发现的异常状况进行分析，探析源量程闪发计数的原因和机理[1]。

2 源量程闪发计数现状

近年来中广核各电站曾多次出现源量程闪发计数现象，统计数据如表1。源量程在启停堆过程中对反应堆内中子计数率的变化情况起主要监测作用，若在此期间出现源量程闪发，影响源量程可用性判断，严重制约机组状态转换，闪发计数问题找不到根本原因很难继续进行反应性操作，因此分析确认源量程闪发的根本原因是各方关注的重点[2]。

表1 CGN各电站源量程闪发计数信息统计

3 RPN源量程组成和特点

RPN系统源量程通道的组成主要包括CPNB44涂硼正比计数管、连接盘、信号电缆，贯穿件、机柜侧处理板件和指示ID表。根据源量程的探测原理，探测器测量中子脉冲信号，经过连接盘和岛内信号电缆，再经贯穿件和岛外信号电缆送至RPN机柜内源量程机架I.AIR板件进行预处理，然后将脉冲信号送至AIMP5进行信号甄别和调理，调理后的标准脉冲信号经ICTO板转换成数字量信号送UC25处理，最后通过6S.ANA输出4～20mA模拟量信号到RPS进行阈值比较和显示,RPN测量通道如下图所示：

图1 RPN源量程测量通道组成

由于源量程传输的是CPNB44探测器输出的微弱脉冲信号，所以很容易受到外界环境中电磁信号影响，而且源量程闪发计数问题大多难以定位到准确的干扰源。

4 源量程闪发计数可能原因分析

机组在源量程出现计数闪发后，现场检查发现靠近源量程贯穿件的BOSS头焊接现场使用了一种直流逆变焊机，源量程闪发计数的时间点和焊接工作时间点完全吻合，以及后续在相同地点模拟焊接后确认源量程闪发确为BOSS头焊接引起。直流逆变焊机在工作过程中产生了强干扰信号，并通过接地线引入到源量程电缆托盘和贯穿件，干扰信号以电容耦合的方式耦合到信号线中，形成干扰脉冲信号[3]。

4.1 直流逆变焊机介绍

逆变式直流焊机的工作过程，是将50Hz工频交流整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT或场效应管组成的逆变电路将该直流电变为15～100kHz的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流（或再次逆变输出所需频率的交流电）。逆变焊割设备的控制电路由给定电路和驱动电路等组成，通过对电压、电流信号的回馈进行处理，实现整机循环控制，采用脉宽调制PWM制技术，输出高频脉冲电流，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊割工艺效果。

4.2 电容性耦合型干扰信号传播

当相邻两个电路中的导体之间有一定的电势差且两导体距离足够近时，一个电路的电场会对另一个电路的导体产生感应，两者相互作用，相互影响，这种耦合方式成为电容性耦合，下图2为电容性耦合示意图：

图2 两导体之间的电容性耦合实际电路图和等效电路图

图2中加在导体1上的电压U1是干扰源，导体2为被干扰电路。显然被干扰电路由于电容性耦合的存在，在导体2对地之间产生了噪声电压，这个噪声电压UN可以表示成如下公式：

4.3 高频干扰导致闪发计数的仿真分析

由于脉冲焊机内高频脉冲可以等效成直流方波信号，而直流方波信号可以用傅里叶变换分解成正弦波和各次谐波的叠加形式，其中蕴含大量交流分量。

对周期为T0的矩形信号串进行傅里叶级数展开，并绘制其和各次谐波的叠加输出波形并进行分析。

那么周期为T0的矩形信号可以表示为：

周期信号的三角函数形式的傅里叶展开为

假设焊机内电流信号为T1=T0/2=2的方波信号，使用matlab绘制该方波信号的奇次谐波并进行叠加处理观察谐波信号交流分量的变化情况如下：

图3 方波信号与高次谐波仿真波形

图4 耦合输出干扰波形

通过对方波信谐波叠加的波形可以看出，高次谐波信号就可以轻易通过电容耦合到导体2中，再观察导体2中形成的感应信号，为高频脉冲信号，与源量程探头输出脉冲信号相似，从而被RPN处理板件采集输出导致源量程信号闪发。

5 结论

经过对完全卸料模式下源量程闪发计数原因的理论分析和仿真研究，可以看出高频干扰信号很容易通过电容耦合的方式传播到RPN等易受干扰设备上，最终形成干扰信号。同时，由于干扰信号和RPN源量程探头输出信号具有相同的特征，所以干扰信号被采集，导致源量程信号闪发。该问题的研究对以后分析RPN系统抗电磁干扰薄弱环节和改进设备增加设备稳定性具有工程实际意义。