田湾核电站一、二期NFME系统技术比较

李榛

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222000）

田湾核电站采用俄WWER1000反应堆AES-91标准型机组，机组满功率运行时单机发电量达1.06×106kW，设计寿命为40年。田湾一期使用俄SNIIP-SYSTEMATOM公司设和制造的中子通量监测系统（英文缩写：NFME），该系统数字化程度高。一期自商运以来，NFME系统运行稳定，其可靠性得到了验证。鉴于良好的运行业绩，田湾二期工程依然使用俄SNIIP-SYSTEMATOM公司设计制造的NFME系统，该系统在田湾一期的基础上升级更新，使可靠性及精度方面得到了提高。本文对一、二期工程的NFME系统的功能和结构、硬件组成等方面进行对比。

1 田湾一、二期NFME系统的比较

NFME系统是核电厂重要的安全系统，它通过测量堆外热中子通量及其变化来计算反应堆核功率、周期和反应性等重要参数，在紧急情况下生成保护信号，为保护系统和控制系统提供必要的信号。每个U核发生裂变反应释放出能量，平均有200 MeV的能量转化为热能，而单位时间内核裂变总数则取决于核和中子相互作用而引起核裂变的概率。在稳定的一段时间内，堆内单位时间裂变总数就取决于堆内中子总数。如果考察堆内局部某一单位体积的功率，则取决于该单位体积中的中子密度，即中子通量。整个反应堆的核功率与反应堆的中子通量水平成正比，所以，可以通过测量反应堆的中子通量来反映反应堆的核功率。

1.1 系统功能的对比

从功能上划分，NFME系统可实现2个功能：①运行功能对比。田湾一、二期NFME系统对反应堆的启动、功率运行、停堆和换料等各种状态下的核功率、周期和反应性等参数进行监测，向操纵人员提供这些参数的指示、显示和记录。②安全功能对比。一期所实现的安全功能包括监测相对物理功率、功率变化率（即周期）和反应性；监测功率分布情况；被监测的参数超过设定值时，均能够产生控制和保护信号；在主控室显示相关信息，并将信息发送给其他系统。相比于一期，二期的NFME系统取消了DNBR/QL的计算功能，因此，也相应的取消了基于DNBR/QL的预保护信号。

1.2 组成结构对比

田湾一、二期NFME系统主要组成结构基本上无区别，均由四个完全独立而且物理隔离的通道构成，每个通道都包括中子探测器、转换单元、辅助单元、一回路冷腿温度计、信息处理机柜、在主控室和备控室的信息显示单元和声光报警器。各通道因搭配探测器略有差异，第一通道和第四通道配置了全部类型的中子探测器；第二通道无源量程探测器；第三通道无换料监测探测器。

4个通道的数据分别通过硬接线传给主控室和备控室各自的信息显示单元进行数字显示，并传送到同一个信息存储和显示机柜进行存档和显示。

1.3 NFME系统的硬件组成对比

在常用核测量系统中，特定中子敏感介质一般常用3He、10B和235U等材料，而用以产生电离的介质通常利用气体，以便于电离的离子对在电场作用下相向运动而产生电流。所以，核电厂原来测量中子通量的探测器一般有氦三正比计数管、BF3正比计数管、涂硼正比计数管、涂硼电离室、γ补偿电离室、裂变室和自给能探测器等类型。除了给能探测器以外，这些探测器的工作原理都是利用中子敏感介质发生核反应引起气体电离，并在不同强度电场作用下收集这些电离的离子对产生电信号来测量，只是类型、电场强度或测量范围有所不同。

一、二期NFME系统均采用了5种成套探测装置来保证反应堆不同状态下对堆芯中子通量的监测，每组成套探测单元都有探测器和转换单元构成，包括源量程探测装置、启动与工作量程探测装置、工作量程探测设备、物理启动量程探测设备、换料监测量程探测设备。

NFME系统探测装置除了探测器外，还包括进行信号处理的转换单元和供电的辅助单元，其主要功能基本相同。

转换单元用于实现探测器信号的放大、滤波成形和自检反馈信号的生成。可设置脉冲甄别阈或者调整电流放大器放大倍数以及自检反馈回路的调整。辅助单元主要实现探测器与机柜间的信号交换和光耦隔离，自检信号、闭锁信号和Good Condition信号的生成和光耦隔离，为各模件提供低压电源，为探测器提供稳定的高压电源。

1.4 信息处理与储存机柜概述

一、二期NFME系统均设置了4个相互独立的通道，硬件上物理隔离，没有信息交互。设置4个信息处理机柜，分布于UCB23米的4个分隔开的电子设备间。4个信息处理机柜具有类似的结构和功能，差别在于连接的探测器装置不同。一、二期NFME系统第一通道机柜、第四通道机柜连接了所有类型的探测器装置。第二通道机柜未连接源量程探测装置。第三通道机柜未连接换料监测的探测装置。经过4个信息处理机柜处理的数据，都传入数据存储机柜中进行存档。信息处理和存储单元BNO-90R模拟器用于检测NFME系统中的装置和单元。

信息处理和存储单元BNO-93R用于接收各量程探测器的信号，完成反应性的计算；在换料期间，投入换料监测模式，接收换料监测探测器信号计算频率和周期，当频率或周期超过设定值时产生“Stop”和“Reverse”信号，帮助换料机操纵员对换料过程进行判断。信息处理和存储单元BNO-91R接收各量程探测器信号，完成各量程功率和周期的计算，当功率和周期超过预先设定的保护和预保护定值时，产生保护信号和预保护信号。对于从BNO-91R接收的与功率成比例的频率信号，可将该信号转换为电压信号，对电压信号进行电隔离，将电压信号转换为电流信号，通过接口RS-485，从BNO-91R、BNO-92R和BNO-93R接收各变量信号，处理这些信号，然后将信息传送给UNO-245R和BIC-76R。

AKNP-30R（二期NFME系统机柜UN0-366R）中，信息处理和储存单元BNO-232R的主要功能为：在首次装料或换料期间，计算脉冲速率，监测反应堆周期；自检中产生信号送往主控室。

信息处理和储存单元BNO-231R主要执行的功能为：反应堆功率监测、反应堆周期监测、反应堆功率轴向分布监测、反应堆反应性监测、自检、产生送往TXS的离散信号EP和PP、产生送往TXS的用于控制反应堆功率的模拟信号、产生送往主控室的状态检查信号、量程指示信号、超过EP及PP的阈值信号。

2 结束语

田湾核电站一、二期设计原理基本相同，但探测器的性能有所提升，提高了可靠性；机柜机构进行了大幅度优化，预留了扩展空间，为后期升级改造提供了可能。