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1、1.6 其它系统1.6.1核仪表系统（RPN）一、系统功能RPN,（核仪表系统，这样叫不准确，应为核功率测量系统）的主要功能是：1、连续监测反应堆功率、功率水平的变化及反应堆轴向功率分布。为此，核仪表系统（RPN）由设置在反应堆压力容器周围的一系列探测器进行中子注量率测量，并对测得的各种模 拟信号予以显示，给操纵员提供在装料、启动、功率运行及停堆等反应堆状态下中子注量率信 息。2、通过功率测量通道所得信号计算，可监测反应堆径向功率的倾斜和轴向的功率偏差。3、向功率调节系统、反应堆保护系统提供功率量程范围内中子注量率信息。4、它在安全方面的作用是通过功率量程测量通道高中子注量率和中子注量率变化率
2、高 信号触发反应堆紧急停闭。二、系统的组成核仪表系统（RPN）所需测定的范围是从额定功率的10-9直至额定功率的200%。为此，该 系统包括：1、分属于源量程、中间量程和功率量程的 8 个独立的测量通道，它们可以提供三种不 同的保护水平。2、3 个辅助的中子注量率监测通道。 测量通道是指由一些必要的元件或者仪表、装置所组成的系统。 8个独立的测量通道是：图（ 1 ）,图（ 2 ） 。1、源量程测量通道（CNS），它由2个独立的相同线路组成。在停堆时和在电站启动的初 始阶段，源量程线路保证中子注量率的冗余测量。它的测量范围是10-1到2X105n/cm2.s。（额定 功率的 10-9到 10-3
3、%）2、间量程测量通道（CNI）,它由2个独立的相同线路组成，保证中子注量率从2X102到5X 1010n/cm2 .s。（额定功率的10-6到100%）范围内的冗余测量。中间量程测量线路是在反应堆 临界以后到额定功率的10%时使用。P.C.正比计数管_IC.I.C补偿电离室贯穿件U.I.C.非补偿电离室A表示一根一次中子源棒和一根二次中子源棒O表示四根二次中子源棒图（1） 核仪表系统的组成3、功率量程测量通道（CNP）,它由4个独立的相同线路组成。它保证堆芯上部、下部以 及平均的中子注量率的冗余测量，测量范围5X102到5XlOion/cm2.s。（额定功率的10-6到200%）每个探测器分
4、成6个灵敏段，其中3段用于堆芯上部，另3段用于堆芯下部。 每个功率测量线路测量堆芯的一个象限内的中子注量率。功率主测量线路的探测器所产生信号送到4个仪表柜中处理。3 个辅助监测通道是：1、一个计数线路，它产生数字显示和音响信号，以便在停堆期间和反应堆启动时监视 堆内中子注量率的变化。2、一个功率信号的对比线路。3、一个堆内功率分布监视线路。中子注量率的测量原理图（3）中子注量率的测量取决于它的数值大小。在注量率数值很低时，用脉冲计数的方法，而在注量率数值较大时，采用电流测量的方法。在这两种情况下，都应该能消除Y寄生辐射对测量所产生的份额。（1）在注量率很低时，采用正比计数器。这种正比计数器根据
5、脉冲的幅度设置一个甄别 阈值，把Y射线产生的脉冲分开。这个方法用于测量源量程的中子注量率。（2）在注量率较高时，测量平均电流，这个平均电流是a射线和y射线所产生的电离电 流之和。如果Y射线所产生的电流相对于a射线所产生的电流不可忽略，就采用Y射线补偿电离 室。Y射线补偿电离室由两个电离室组成，其中一个电离室同时对Y和a两种射线都灵敏，而另 一个电离室仅仅只对Y射线灵敏。采用有关的电子线路可以使这两个电离室所得到的两个电流相 减。这个方法用于测量中间量程的中子注量率。如果Y射线所产生的电流是可以忽略的，就只用一个电离室。它的输出电流就是a粒子所 产生的电流。这个方法用于测量功率量程的中子注量率。
6、图（3） 中子探测原理1、源量程测量通道：RPN014和024MA 连接到源量程两个相同通道上的探测器是涂硼正比计数器，它的可电离气体是氩。它的 灵敏度大约是8A/n/cm2s,其测量范围是10-倒2X105n/cm2.so高压电源大约为900V，见图(4)。在涂硼正比计数管中,中子所形成的核反应是10nn+ B 7 Li+4 He+2.793Mevu 532.7 Li+4 He+2.793Mev327 Li+ Y (0.48Mev)3CPNB44正比计数管脉冲脉冲血 I111L计数乘c/s指示报警记录保护(RPR)图(4) 源量程测量通道在计数管气体中产生了具有很强致电离作用的a粒子和锂离子
7、，在运动中一些离子汇集 到中央电极上。采用高压在探测器内形成一个电场。每个中子和硼-10的核起反应，并产生一个a粒子。a粒子使探测器内的气体电离，在中 央电极上就产生一个电流脉冲。探测器对Y射线也是敏感的，Y射线可以使其充填气体电离。对于一个给定的高压，电 离所产生的电流脉冲幅度A随射线的能量变化而变化。从原理上来讲，a射线产生电离电流信 号的幅度大于Y射线的信号幅度。在中子注量率很低情况下，在探测器的电极上搜集到一系列 电流脉冲；在中子注量率很高的情况下，在探测器的电极是收集到一个电流。在探测器中所产生的脉冲通过一个“脉冲放大器”来处理。这个线路包括下列几部分：一个放大器，它的功能是使电子线
8、路的探测器相匹配，并改善信号一噪音比。一个脉冲处理单元，它把Y射线和a粒子所产生的脉冲区别开，并且为a脉冲整形。一个电流装置，它提供与计数率成正比的直流电流。脉冲被送到视听计数线路，该线路也给出计数率的音响指示。 直流电流被送到对数放大器，然后给出电流：I=log (计数率)输出信号送到下面几个线路中去：(1) 周期计线路，为了测量堆内中子注量率的变化，中子注量率的倍增时间显示在 仪表盒前面；(2) 模拟量输出线路，它再送到指示仪表和自动记录仪；(3) 逻辑量输出线路，它的输出信号或者用于启动报警装置；或者用于反应堆保护 系统。每个源量程测量线路的电子设备安置在核功率测量线路仪表柜的一个线路盒
9、内。 每个线路的线路盒包括四部份线路：(1) 脉冲放大器线路；(2) 周期计线路；(3) 模拟量输出线路；(4) 逻辑量输出线路。 为了检验线路的响应，应该取出这个抽屉盒，这是为了取消来自探测器的信号。 源量程测量线路所需要的低压电源和探测器所需要的高压电源在每个仪表盒里均由220V电源产生，并且是独立的和有后备的(220V不中断电源)。源量程中子注量率通道给主控室操纵员提供以下信息：停堆期间中子注量率高警告信号(500c/s)；源量程中子注量率高停堆信号；中子探测器高压失电警告信号；中子探测器输出信号消失警告信号；注量率倍增周期指示信号。2、中间量程测量通道：RPN013和023MA 中间量
10、程的每个相同线路所采用的探测器是涂硼补偿电离室。补偿是通过一个仅对Y射线灵敏的电离室来实现的：图(5)A-B 间 ir+inB-C 间irin热中子装置的灵敏度是8X10-i4A/n/cm2.s，它的测量范围从2X102到5XlOion/cm2.s。它对Y射线的灵敏度是3X10-i3A/R/h,而在没有补偿的运行情况下，其灵敏度为4.3X 10-11A/R.h。中子探测器的高压电源为450V，补偿电压为45V。信号处理与源量程线路使用的信号处理一样，见图6。所产生的信号和输入电流的对数成正比。 线路盒（就地的）与源量程线路的线路盒是相同的。 中间量程中子测量探测器由两个同轴的圆柱形电离室组成，
11、一个电离室是涂硼的，另一个 是不涂硼的，涂硼电离室对中子和Y射线敏感，不涂硼电离室只对Y射线敏感，该两个电离室 分别产生电离电流I+I和I ,经反向连接后，只剩下中子电离电流。n yY核仪表系统中间量程中子测量通道产生以下信号：允许信号P6:定值为10-5%FP。超过该值定值时，允许手动闭锁源量程高注量率停堆。闭锁信号C1：中间量程中子注量率高，定值为20%FP。超过定值时，闭锁自动和手动 控制棒提升。停堆信号：中间量程中子注量率高，定值为25%FP。探测器高压失电警告信号和探测器失去补偿电压失电警告信号。3、功率量程测量通道 RPN010、020、030、040MA四个功率量程测量线路(CN
12、P )是相同的，见图(7)。 所使用的探测器由一个非补偿的涂硼电离室组成，它由六个敏感段构成，敏感段总长为607 X 6mm。每段对热中子的灵敏度约为2.3X10-i4A/n/cims。图(8) 两段的公用高压电源大约是555V。每个敏感段提供的信号经过处理产生一个电流，该电流表示堆芯相应部分的中子注量率水两个电流都分别经过一个线性放大器处理，该线性放大器的增益是可调的。可以根据堆内 仪表系统所提供的堆内注量率测量值校堆放大器。上述两个前置放大器输入到一个“平均放大器”。后者将两个敏感段的电流加起来，以便 产生一个表示探测器所在高度的总的注量率水平，即给出相应的功率水平。图(7) 功率量程测量
13、通道6X10-11A的电流所对应的是子注量率是5XlOion/cm2s,所对应的功率是200%Pn。 输出信号表示相对功率Pr，并且按%Pn来刻度，将它送到下列线路：上半部下半部404380图(8) 长电离室(1) 长棒控制系统(RCL )的功率不平衡监视线路(仅限于CNP4)；(2) 指示仪表和自动记录仪；(3) 反应性测量仪(仅限于CNP4)；(4) 对比线路；(5) 功率分布监测线路；(6) 反应堆保护系统。在上述仪器中，除了反应性测量仪和控制棒系统的连接以外，都直接接收线性放大器的输出信 号。现场的线路盒集中了与每个功率量程测量线路连接的仪表。如果要检验线路的响应，应该 抽出这个抽屉盒
14、，以便消除来自探测器的信号。功率量程中子注量率测量通道产生以下允许信号P、闭锁信号C和停堆信号，其定值分别 是：1. P10：10%PN2. C20：15%PN3. 停堆：25%P (低功率设置)N4. P16：40%PN5. C2：103%PN6. 停堆：109%P (高功率设置)N7. 中子注量率变化率高停堆信号。4、各种测量通道的测量范围:图(9) 探测器高度上的热中子注量率是来自于堆芯的泄漏注量率。泄漏注量率与反应堆功率之间的对应关系根据下列因素而变：反应堆的物理特性探测器的位置和形状这种对应关系还随着燃料的燃耗率而变化。三、 核仪表系统的运行:图(10)1、 源量程测量通道 源量程探
15、测器：涂硼正比计数器管CPNB44灵敏度：8CPS/n/(cm2 s) 中子注量率范围：10-i-106c/s (相应于 10-12X 105n/cm2.s)脉冲放大器：运行范围10-1110-3A输出信号1107CPS周期测量仪：反应堆功率P的变化遵循指数律P=P 2t/T0 (2)P0为t=0时刻的功率 t(2)功率倍增周期(2)中子注量率 功率(n/cm2.s-1)(%FP)2*1021021098*10-4A102101108100ATWT25%FPRT20%FPC11*1010 2.3*10-4A_n/cm29%Fp rt _103%FP C240%FP P1625%FP RT 15%FP C2010%FP P1010710-1功率量程4个通道106中间量程2个通道
