核测量系统样机测试与评价

李响 贾月光 周常宝

中国原子能科学研究院 北京 102413

引言

中国先进研究堆（CARR）是一座安全可靠、高性能、多用途的研究性反应堆[1]，功率测量系统在反应堆控制仪表中占十分重要地位，是反应堆功率调节系统和反应堆保护系统正确动作的重要依据[2]。CARR现有核测量系统为模拟系统，已运行近20年，市场上无满足CARR要求的产品可替代，需重新设计研发，为此，联合厂家研制了数字化和小型化的核测量系统样机并对核测量样机进行了调试，以验证各项指标满足设计要求。

1 核测量系统样机介绍

CARR核测量系统启动量程监测通道共设置2套，完成CARR启动阶段中子注量率信号的测量及源量程核功率的指示。功率量程监测通道完成CARR功率量程阶段的中子注量率信号的监测，共设置6套[3]，CARR核测量系统机柜布置图如图1所示：

核测量样机选择：1套启动量程监测通道和1套功率量程监测通道进行研发。

启动量程通道包括：1块低压电源插件、1块高压电源插件、1块脉冲放大器插件、1块数字处理显示组件及 1块显示单元。

功率量程通道包括：1块低压电源插件、1块高压电源插件、1块补偿电源插件、1块电流放大器插件、1块数字处理显示组件及 1 块显示单元。显示单元置于显示单元机箱，其他模块置于功率量程机箱。

功率转换机箱包括：1块低压电源插件、1块音响插件、1块数字处理显示组件、1块显示单元。显示单元置于显示单元机箱，其他模块置于功率转换机箱[4]。

2 核测量系统样机测试

对核测量系统样机进行调试，是为了验证硬件安装是否正确，检查系统间接口、样机功能和输出精度是否满足技术规格书的设计要求。主要采用单机箱功能调试，通过脉冲发生器交直流稳压源给出标准信号，测量输出值，并进行比较计算，对系统机箱本身硬件和软件进行功能试验，判定结果满足是否设计要求。

2.1 上电测试

对机柜进行上电测试。机柜上电包括：上电前检查和机柜上电测试。断开/闭合断路器，观察输出电压。

2.2 启动量程机箱测试

2.2.1 高压输出范围测试。高压可以输出0～1500V的电压。在显示单元面板上，点击高压设置按钮，分别使输出电压高压达到0±15V、100±15V、300±15V、600±15V、900±15V、1200±15V，使用万用表监测高压模块后端的输出电压并记录，测量结束后将高压恢复到250V。

2.2.2 高压移除测试。高压可以通过显示单元关闭，闭锁高压输出。通过显示单元设置高压输出为600±15V，记录显示单元显示的高压电压值；点击显示单元的高压关闭按钮，等待1min后记录显示单元的高压电压显示值、高压模块后端的输出电压；点击显示单元的高压打开按钮，等待1min后记录显示单元的高压电压显示值、高压模块后端的输出电压。

综上，集成K-K子网络、P-P子网络以及两个子网络间的映射关系，可以得到协同产品创新知识超网络的基础模型S-GP-K：

2.2.3 脉冲计数率范围测试。使用信号源输入不同的脉冲计数，记录显示单元的脉冲计数数值。

将脉冲幅度为1mV，脉冲宽度为60ns，上升时间40ns，下降时间40ns，脉冲频率为1000Hz的负极性脉冲送入启动量程置脉冲放大器的探测器输入，调节甄别阈值，使输出频率与输入频率一致，并记录当前甄别阈值、本底噪声。

将频率依次改为10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、50kHz、100kHz、500kHz、1MHz的负极性脉冲送入，在不同频率时分别记录显示单元的显示数值。此项测试计数率精度100Hz以上时精度为±1%，100Hz以下时精度为±1Hz。

2.2.4 故障功能测试。触发故障信号，测量显示单元的故障状态显示。启动量程机箱拔出高压电源卡件，显示单元的故障指示由正常变为故障；恢复高压电源卡件至正常工作状态，显示单元的故障指示由故障变为正常；拔出放大器卡件，显示单元的故障指示由正常变为故障；恢复放大器卡件至正常工作状态，显示单元的故障指示由故障变为正常。

2.3 功率量程通道测试

2.3.1 高压输出范围测试。高压可以输出0～1000V的电压。在显示单元面板上，点击高压设置按钮，分别使输出电压高压达到0±15V、100±15V、300±15V、600±15V、900±15V、1000±15V，使用万用表监测高压模块后端的输出电压并记录，记录显示单元的高压电压。

2.3.2 补偿高压输出测试。补偿高压的实际输出与显示单元的显示数值对比，并记录其数值。在显示单元面板上，点击补偿高压电压设置按钮，分别使输出电压高压达到0±3V、-50±1.5V、-100±1.5V、-150±1.5V，用万用表监测补偿高压模块后端的输出电压，记录显示单元的电压。

2.3.3 电流范围测试。使用交直流稳压源输入不同的电流，记录显示单元的电流数值。调节电流源分别输出0.2nA、2nA、20nA、200nA、2uA、20uA、200uA送入功率量程电流放大模块的电流输入接口，记录显示单元的电流值，以及粗调，细调的功率、换挡精度。

2.3.4 故障信号测试。触发故障信号，测量显示单元的故障状态显示。功率量程机箱拔出高压电源卡件，显示单元的指示由正常变为故障；恢复高压电源至正常工作状态，显示单元的指示由故障变为正常；功率量程机箱拔出补偿高压电源卡件，显示单元的指示由正常变为故障；恢复补偿高压电源至正常工作状态，显示单元的指示由故障变为正常；功率量程机箱拔出放大器卡件，显示单元的指示由正常变为故障；恢复放大器至正常工作状态，显示单元的指示由故障变为正常。

使功率量程处于正常工作状态，电流源输入信号240uA，调节电流至310uA，测量换挡的测试电流及换挡时间，然后通过示波器/存储记录仪测量信号输入到计数率输出（AO）的响应时间，响应时间应≤200ms。重复测试3次并记录结果；电流源输入信号240uA，调节电流至310uA，测量换挡的测试电流及换挡时间。

2.3.6 AO输出测试。通过改变通道输入的电流，观察输出的AO电压变化。调节交直流稳压源分别输出0.2nA、2nA、20nA、200nA、2uA、20uA、200uA送入功率量程电流放大模块的电流输入接口，记录显示单元的电流值，使用万用表测量AO输出并记录。

2.4 功率转换机箱测试

2.4.1 输入采集测试。通过输入信号的变化，观察显示单元的显示变化。

通过脉冲信号源设置输出脉冲幅度5V，脉宽1us，频率10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、50kHz、100kHz、500kHz、1MHz的信号输入至数字控制单元的脉冲计数通道，记录功率转换显示单元的计数值和功率值。

调节电流源分别输出0.2nA、2nA、20nA、200nA、2uA、20uA、200uA送入功率量程电流放大模块的电流输入接口，记录显示单元的电流值和功率值，以及粗调，细调的功率、换挡精度。

2.4.2 音响响度测试。通过调节音响的旋钮，音响的响度发生变化。通过脉冲信号源设置输入输出脉冲幅度5V，脉宽1us，频率 100Hz的信号输入至数字控制单元，此时音响开始工作。调节音响模块的旋钮，音响的响度发生变化。

2.4.3 音响分频测试。通过在显示单元调节音响的分频，音响的鸣响周期发生变化。通过脉冲信号源设置输入输出脉冲幅度5V，脉宽1us，频率1KHz，100Hz，10Hz的信号输入至数字控制单元的脉冲输入通道1，此时音响开始工作。在显示控制单元分别调节音响计数的分频为1/10、1/100、1/1000、1/1000、1/10000此时音响模块的鸣响频率应出现变化。

在脉冲输入通道2脉冲，显示单元选择通道1，音响不鸣响。选择通道2后，音响模块开始鸣响，在显示控制单元分别调节音响计数的分频为1/10、1/100、1/1000、1/1000、1/10000此时音响模块的鸣响频率应出现变化。

3 调试出现的问题

3.1 显示单元优化

3.1.1 功率超200kW报警改为超120MW报警。

3.1.2 增加了周期显示。

3.1.3 显示屏字体颜色太暗，看不清界面，通过改变字体颜色，增加亮度，字体清楚可见。

3.2 输出错误

3.2.1 功率量程的量程AO输出多了一个量级，计算出功率也大了一个量级，通过软件修改显示正确。

3.2.2 功率量程的量值AO输出和原保护系统功率值不同，要求按原功率计算公式进行计算，后续待完善。

3.2.3 功率转换装置输出缺少全量程功率值，修改软件增加了全量程功率值输出。

3.3 功率量程没有失压报警功能，后续待完善，增加该功能

4 结束语

调试按照核测量系统样机调试程序进行，系统功能与性能测试正常，现阶段核测量系统样机达到设计目标，在设计正式产品时可进一步完善软硬件。