铂自给能探测器在反应性调节系统的应用

王 萌，于 超，张 璁，林 熙，廖明军

（中核核电运行管理有限公司维修五处，浙江嘉兴 314300）

0 引言

秦山第三核电站的RRS（Reactor Power Regulation System，反应堆功率调节系统）采用自给能探测器铂探测器和钒探测器对堆芯功率进行监测。堆芯LZC（liquid zone control system，液体区域控制系统）的14 个区域中每个区域有两个铂探测器，正常情况下取它们的平均值作为控制用。因此，共有28 个铂探测器用于RRS 调节，从这些探测器来的信号经放大后送给电站计算机，经过处理以确定给与维持所要求的总功率所需要的调节参数，而且其对功率变化是瞬时响应的。系统能够以平均约1.5%的精度预计平均区域中子通量密度，以及以约3.5%的精度预计高功率区域的管道功率。反应堆总体功率控制回路包括3个过程：中子通量测量信号的读入和校准、功率偏差的计算、反应性装置的控制。区域功率的控制回路包括3 个过程：铂中子通量探测器的读数和区域校准、差分信号的计算和区域控制的接通、反应性装置的控制。

1 铂自给能探测器的结构及工作原理

自给能探测器由发射体、绝缘体、收集体及电缆等组成。铂自给能探测器由Pt 发射体、MgO 绝缘体、核级Inconel 收集体制成，铂自给能探测器如图1 所示。

图1 铂自给能探测器

核反应堆内产生的中子被发射体Pt 原子核俘获后，Pt 原子核被激发形成复合核，复合核的存在极不稳定，会以产生γ 射线的形式退激，γ 射线与探测器材料发生康普顿散射、光电效应以及电子对生成效应产生电子，电子在铂探测器内定向移动形成电流I，此时电流的大小正比于核反应产生的中子通量。因此，测量电流I 可以判断此时堆内核反应的中子通量，即此时反应堆的功率。由于这一过程是在极短的时间内发生，所以铂自给能探测器对中子场变化的响应是瞬时的。

2 RRS 铂自给能探测器的工作回路

RRS 中铂自给能探测器的工作回路如图2 所示。

图2 RRS 铂自给能探测器工作回路

铂自给能探测器产生一个与所在区域中子通量成正比的电流信号，经过电缆送到设备间I/U 转换放大器，经过其放大处理，送出两路0.5～4.5 V 直流电压信号，分别送到X 侧的电站计算机和备用的Y 侧的电站计算机中，在电站计算机中对不同的探测器信号进行不同的处理。铂探测器信号主要应用在用于反应堆功率控制和阶跃降功率（STEPBACK）程序中。堆芯铂探测器AI 信号的有效范围是0～1.5 FP。铂探测器的信号只在较高的功率水平（大于0.1 FP）才比较准确。中子功率的测量是快速的，但是由于读到的只是某个点的通量，所以读数易受干扰。而钒自给能探测器器有180 s 的延迟，读到的也是各个点的通量，但能提供各个区域的信息。

3 RRS 铂自给能探测器的安装组件

探测器组件的毛细导管中安装着铂自给能探测器。在秦三厂的重水堆（CANDU6）中，有26 个垂直方向安装的自给能探测器组件和7 个是水平方向安装的自给能探测器组件。共33 个自给能探测器组件，每个组件有11 个毛细导管，意味着每个组件可以最多安装11 个探测器。用于反应堆调节系统的28 个铂探垂直安装于探测器毛细导管中，为保护探测器及其相关电缆，探测器的毛细导管中充以氦气并密封。探测器组件连同导向管是在工厂里组装的，这样可以充以纯净的氦气并进行气密封焊，以保证探测器可得到最大的初始保护，防止可能因污染而引起的腐蚀。安装在毛细导管中的每个探测器都可以独立地进行更换，便于单个探测器性能下降时及时对其进行更换。

4 RRS 铂自给能探测器的校正

通常RRS 参数ADAF的标准值应为-0.04×Pthm（热功率）。RRS 参数A*DiF（14 个，每个区域一个）的标准值应为0。但是由于仪表的漂移、铂探测器的燃耗、铂探测器测量的是局部通量，因此铂探测器的测量信号与相应LZC 区域的实际平均通量（功率）有一定的偏差，当偏差较大时，就必须校正探测器。

4.1 RRS 铂探测器通道A/C 偏差大校正

在高功率下日常堆芯监测时，若两个铂探测器（A/C 通道）偏差值≥0.03 FP 的区域个数≥1，则执行RRS 铂探测器通道A/C 偏差大校正。将需要校正的探测器信号校正到等于本区另一个通道的探测器信号（即A/C 信号相等），每次只校正一个区的一个探测器。必须分多步调节，每步调节电压幅度不超过0.08 V（3%FP），中间间隔10 min，等待单区LZC 水位和探测器信号稳定后再进行下一次调节。校正时还需要注意以下2 点：

（1）铂探测器在线校正会短时间影响区域功率，引起LZC区域液位变化。对铂探测器校正时，应密切监视LZC 相关区域水位，并密切监视和确保ROPT 有足够的裕量，如果ROPT 裕量小于4%，及时降低反应堆功率，保证ROPT 裕量大于4%。

（2）如果断开铂探测器的WIBA，可能导致LZC 液位大幅变化甚至区域排空，改变ROPT 裕量，甚至引发停堆、停机。应严格遵循规程要求，不断开铂探测器的WIBA。

4.2 RRS 铂探测器精确校正

若出现1 个或者多个区域的通道A/C 探测器信号偏差大于0.04 FP，则需先执行RRS Pt 探测器通道A/C 偏差大校正，减小该区域A/C 探测器信号的偏差。再进行铂探测器精确校正。当符合下列任何一个条件时，需要精确校正RRS 铂探测器：①ADAF修正值≤-0.058 FP；②ADAF修正值≥-0.02 FP；③|A*DiF|>0.06 FP 的区域个数≥1；④|A*DiF|>0.04FP 的区域个数≥4；⑤RRS Pt 探测器信号超过1.05 FP 的区域个数≥4；⑥RRS Pt 探测器信号超过1.07 FP 的区域个数≥2。ADAF修正值见式（1）：

式中 ADAF——平均RRS 铂探测器信号的热功率校正因子

A*DiF——区域功率偏差校正因子

铂探精确校正应注意以下3 点：①断开或恢复单个Pt 探测器在DCCX 上的WIBA 会影响区域功率，引起LZC 区域液位变化。断开Pt 探测器WIBA 前应确认受影响的ROPT 探测器有足够裕量，恢复DCCX 上的WIBA 前，应确认DCCY 上该探测器的校正偏差<0.01 FP，断开或恢复WIBA 要保证足够的等待时间，密切监视LZC 相关区域水位并密切监测和确保ROPT 裕量足够，如果ROPT 裕量<4%则及时降低反应堆功率，保证ROPT裕量>4%；②断开同一堆芯区域2 个Pt 探测器的WIBA，会导致该区域功率失去控制，可能触发反应堆SETBACK 或STEPBACK 甚至直接导致停堆系统ROPT 保护动作，每次只准许记录、计算和校正1 个Pt 探测器；③在校正过程中，禁止进行升/降LZC 水位的操作。

5 RRS 铂自给能探测器的性能检查

绝缘阻抗和电容是铂自给能探测器性能检查时两个重要的参数。影响铂探测器稳定运行的重要因素还有探测器组件中的氦气环境。

5.1 铂自给能探测器的绝缘阻抗

铂探的绝缘阻抗<106Ω 时，会有较大的漏电流淹没此时的信号电流，从而导致铂探故障。在室温条件下，一个全新的无辐照的铂探测器的绝缘阻抗应>1013Ω；而在400 ℃时，其绝缘阻抗应>108Ω[1]。为便于对铂探测器进行故障诊断，在装入堆芯前后要对探测器的绝缘阻抗进行测试。装入堆芯后，高阻仪不能用来测量被辐照后铂探的绝缘阻抗，此时通过串联一个1 MΩ 的电阻到铂探测器，按下铂探放大器的“SOURCE Ω TEST”按钮的同时用多用表测量铂探放大器的输出电压Vt；松开铂探放大器的“SOURCE Ω TEST”按钮后再次测量其输出电压V0。此时，铂探绝缘阻抗RS：

RS<108Ω 时铂探性能下降。此项工作每半年进行一次，记录铂探阻抗，预测探测器的寿命，并及时更换性能下降的探测器，保证反应堆正常稳定运行。

5.2 铂自给能探测器的电容

电容是影响铂探正常运行的另一个重要参数，电容值应在出厂值的±0.10 nF 范围内[2]。对铂探测器电容值的测量可作为探测器故障检查的重要手段。通过测量电容可以判断探测器各个部件之间连接是否紧密可靠。绝缘电阻RS较大同时分布电容较低接近为0，此时铂探测器各个部件的连接处存在接触不良或断开的现象。

5.3 铂自给能探测器的氦气压力

出于对探测器及其接头的保护作用，高纯氦气（99.99%）被充在探测器组件中。反应堆调试时，氦气压力这一重要的参数需要被检测。若探测器组件各部件连接处断开，则氦气有泄漏，此时氦气压力偏低。需要紧固连接处甚至更换探测器组件或密封圈，并继续给探测器组件中充高纯氦气。反应堆投入运行后，定期对探测器组件中的氦气压力做预防性检查，当压力<0.035 MPa时，要在探测器组件内充高纯氦气以满足对探测器及其接头的保护。

6 结语

铂自给能探测器产生一个和所在区域中子通量密度成比例的输出信号。一个线性放大器将探测器输出电流变换成电压信号。这个放大器有0～150%满功率信号的输出量程。每个中子通量密度探测器组件包括一个长外套管，外套管中插有12 个锆导向管用以插入直线单体可更换式自给能探测器，其中一个导向管也可插入移动式中子通量密度探测器，以便对自给能探测器进行绝对校准。RRS 铂探测器性能可靠、稳定，实时监视LZC14个区域的堆芯功率，履行其“安全卫士”的使命。