華龍一號與VVER堆芯測量系統差異性分析

王大明 龍昌利

摘要：堆芯測量系統的功能在線提供反應堆堆芯中子通量分布、堆芯反應堆冷卻劑溫度和反應堆壓力容器水位的測量數據。華龍一號作為中國自主研發的三代堆型，其堆芯測量系統在一定程度上借鑒了VVER設計理念但又有所區別。本文通過對比兩種堆型堆芯測量系統在系統設備及功能，簡單對兩個系統的差異性進行分析。

關鍵詞：堆芯測量；華龍一號；VVER；差異；分析

1 系統功能差異性分析

華龍一號堆芯測量系統（RII）功能是在線提供反應堆堆芯中子通量分布、燃料組件出口及反應堆壓力容器上封頭腔室內反應堆冷卻劑溫度和反應堆壓力容器水位測量數據。

VVER堆芯測量系統（ICIS）功能用于反應堆堆芯、一回路中子及熱工水力特性參數的在線監測，包括堆功率場分布，堆芯局部參數（偏離泡核沸騰比和燃料元件線性功率密度負載）超過允許值時形成保護信號傳遞給TXS系統，形成軸向功率偏移控制信號傳遞給EECPS用于控制堆芯功率場分布，處理自給能探測器噪聲信號以便于監測堆芯燃料元件表面沸騰。

從系統功能比較，ICIS比RII實現的功能要多。RII系統功能只有監測功能，主要監測堆芯中子通量，堆芯冷卻劑溫度和堆芯液位，ICIS處了以上功能還對一回路冷熱段冷卻劑溫度及熱工水力特性進行監測，通過計算將堆芯參數計算值與設計值對比，計算值超過閾值時會產生保護信號最終導致停堆。由此可見ICIS系統實現的功能多于RII系統。

2 系統設備差異性分析

RII探測器分為44個中子溫度測量通道，4個壓力容器水位探測器。中子通量測量機柜分為4個處理柜和1個控制柜，每個處理柜采集和處理10根或12根探測器組件的SPND電流信號，處理柜將電流信號差分、濾波、A/D轉換、信號延遲消除等處理后移網絡通訊送至控制柜，同時處理柜進行LPD和DNBR快速計算?？刂乒駷橹凶油繙y量系統提供人機接口，通過網絡通訊接收處理柜數字信號和DCS部分電廠工況數據，實現全堆芯三維功率分布顯示、LPD和DNBR精細計算、計算運行圖、報警和用于堆外核儀表系統功率量程的校準系數計算。報警同時傳遞給DCS，機柜產生重要計算結果送至主控室專用顯示器顯示，供操縱員查看。堆芯冷卻監測系統分為AB兩列，每列各一個堆芯冷卻監測機柜，兩列公用一臺服務單元。

ICIS探測器由54個中子溫度測量通道及40個熱電阻溫度計。系統機柜分為4個控制保護機柜用于采集就地儀表模擬和離散信號并轉換為數字信號，根據接收的信號計算燃料元件線功率及DNBR，在其超過設定值時形成保護信號，同時將SPND噪聲信號傳遞給堆芯噪聲檢測機柜；2個信息控制柜互為備用，用于接收來自二回路蒸汽發生器主給水溫度、壓力、流量和主蒸汽壓力等工藝信號，在負荷跟蹤模式下傳遞堆芯功率場分布控制信號到棒控棒位系統；1個下層系統工程師站用于監測控制保護柜和信息處理柜各模件輸入的電信號和物理信號及工作狀況；2個堆芯核測上位機用于功率分布計算，形成功率分布控制命令，并將反應堆堆芯和反應堆裝置當前信息傳遞給綜合分析系統值班工程師服務站和OM690，還將信息傳遞給操縱員工作站。

3 調試差異分析

由于堆型差異華龍一號與VVER在調試工作上差異主要體現在以下幾個方面：

（1）就地探測器調試差異。

ICIS的44個中子溫度測量通道安裝與VVER的54個中子溫度測量通道相同，但是華龍一號堆芯測量系統4個獨立水位探測器進行水位監測，這點與VVER一體化探測器有明顯區別。華龍堆芯測量系統水位探測器通過連接板電纜連接到堆芯冷卻監測機柜，VVER堆芯核測水位探測器是與中子溫度集成到中子溫度測量通道，環路電纜分成兩個接頭分別對應中子溫度部分和水位監測部分，中子溫度部分信號通過一個接頭傳輸至控制保護機柜，水位監測部分信號通過另一個接頭傳輸至水位監測箱。如果水位探測器出現故障需要在更換，RII系統水位探測器是獨立的，僅需更換故障探測器對中子溫度無影響，ICIS系統水位探測器集成到中子溫度測量通道，測量通道包含的中子溫度探測器也要隨之更換。

（2）機柜調試差異。

ICIS系統有40個熱電阻溫度計分布在一回路冷熱段，在熱試期間通過冷熱段熱電阻溫度計監測溫度的均方根與一回路平均溫度差不超過0.5℃驗證ICIS系統一回路冷卻劑溫度顯示符合反應堆裝置當前狀態。ICIS水位監測部分有獨立的水位監測箱分布在四個通道，水位信號傳輸至監測箱進行處理通過通訊傳輸至主控室顯示。

RII系統分為兩部分CCMS和CNFM。CCMS接收堆芯熱電偶信號和水位探測器信號，機柜同時將溫度值傳送到記錄設備和IIC系統，并將接收溫度值與反應堆冷卻劑壓力信號計算飽和溫度，計算結果通過通訊傳輸至服務單元及主控室顯示。

在A2階段ICIS進行一回路冷卻劑溫度顯示試驗，RII在一回路沒有熱電阻溫度計，在整個A階段RII與ICIS不同的是只進行機柜單體試驗及通道測試。ICIS水位監測類似于一個獨立的小系統，監測箱可獨立完成水位信號處理及水位監測信號傳輸，當ICIS控制保護柜失電或者故障時，不影響壓力容器水位監測。RII系統CCMS機柜分為AB兩列，每列對應接收2個水位探測器信號，其中一列出現故障時，另外一列仍可實現堆芯溫度及水位監測。雖然ICIS與RII機柜分布結構上存在差異，但是都考慮到機柜不可用情況，并避免了因為機柜故障而失去監測功能的極端情況。

正常工況下ICIS與RII中子通量測量自動運行，不需要運行人員干預。從固定的SPND上連續獲取電流信號，實時測量堆芯中子通量。繪制通量圖ICIS在C1階段需要執行堆芯參數保護和預保護功能測試，模擬線功率密度和DNBR超過預保護定值時在TXS中是否會形成保護信號，驗證ICIS系統的保護功能。RII系統中子部分是非安全級事故后監測，不具備保護功能，在保護系統中無保護邏輯，在調試或運行過程中當出現軸向功率偏差及DNBR超過預整定值時，機柜向主控室發出報警信號。

4 結語

無論是華龍一號還是VVER，堆芯測量系統都是為了適應各自堆型而采取不同功能，無優劣之分。對于核電來說最合適的才是最好的，每個堆型都有不同的設計理念。對比不同堆型相同系統的差異性，隨著調試和運行經積累不斷完善系統設計及功能，才能使堆芯測量系統更好的服務核電站運行工作。

參考文獻：

[1]SYSTEM MANUAL RII INCORE INSTRUMENTATION SYSTEM CHAPTERS 25 [內部資料].

[2]Incore Instrumentation system （ICIS） Operation Maintenance Manual [內部資料].

[3]Equipment Specification of the Reactor Vessel Level Measurement Detector[內部資料].