[科普中国]-堆芯测量装置

简介

堆芯测量装置由中子通量测量、温度测量和反应堆压力容器水位测量子系统组成。温度测量系统和水位测量系统是冗余的，是PAMS系统的一部分，设备分为A系列和B系列，它们在电气上和实体上均是隔离的。在设计基准事故下，安全壳内的系统设备能完成测量功能。所有设备均抗震。

中子通量测量用于在预定孔道中沿活性区高度测量中子通量，并将通量数据与从集中数据处理系统(KIT)接收到的电站其它数据相结合，由数据处理软件确定测得的三维功率分布。正常工况下，温度测量系统通过集中数据处理子系统(KIT)的处理、运算，给出堆芯热电偶温度的物理值，探测或校验径向功率偏移，或者探测与控制棒组脱离的控制棒束。事故工况下，温度测量系统将进行连续的温度测量。反应堆压力容器水位测量的功能是当所有反应堆冷却剂泵停止运行时，系统给出反应堆压力容器的精确水位；当至少有一台反应堆冷却剂泵运行时，指示水位趋势。事故工况下，系统将进行连续的水位测量，以便在事故期间和事故后，让运行人员了解反应堆压力容器水位的变化趋势。

堆芯测量装置通过串行数据线路从集中数据处理系统(KIT)下载温度、压力、流量、棒位和堆外核仪表探测器电流等数据，以便与通量图数据相结合进行离线数据处理，从而确定三维功率分布和堆外核仪表的校准系数。系统还能向KIT和控制室报警系统(KSA)提供实时的设备监测与故障信息。1

系统组成与工作原理中子通量测量中子通量用微型移动式探测器测量。通过一个驱动和选择系统，将探测器从反应堆压力容器底部插入堆芯，驱动和选择系统同时将4个通量探测器送入38根指套管中的4根。

反应堆正常运行期间，指套管固定在它们的导向管里，导向管焊接在压力容器底封头贯穿件上，并贯穿二次浇灌混凝土生物屏蔽构筑物，延伸到堆芯仪表间里的密封段。换料期间，指套管从给定的堆芯高度抽出到堆芯底部，以避免干扰燃料组件吊装。

系统的电气设备由机电控制系统、分配柜和读出控制柜组成。

机电控制系统用于把中子通量探测器插入堆芯，它分为4个通道，每个通道连接1支探测器。每个通道由1个驱动单元、1个组选择器、1个带路组选择器的路选择器、10个电动隔离阀(第四通道为8个)组成。

分配柜位于反应堆厂房环廊。它构成堆芯仪表间内机电设备与电气厂房内读出控制柜之间的接口。分配柜的主要功能是：

①为机电设备供电，并提供机电设备与电气厂房内读出控制柜的接口；

②翻译和处理读出控制柜的信号；

③采集来自机电设备(如驱动单元、自动隔离阀、选择器等)的开关信号，并送往读出控制柜。

分配柜由4套相同的装置组成，每套装置专用于1个仪表通道，并由位于读出控制柜内的1个通道控制器进行控制。

读出控制柜的主要功能是：

①通过人机接口触发对机电控制系统的动作指令；

②完成对探测器电流信号的数据采集；

③从KIT系统接收温度、压力、流量、棒位和堆外核仪表探测器电流等数据，以便与通量图数据相结合进行离线数据处理，从而确定三维功率分布和堆外核仪表的校准系数等信息；

④完成对各种信息的显示。1

温度测量燃料组件出口水温测量选用的是1E级铠装镍铬-镍铝热电偶，热电偶有不锈钢包壳且用氧化铝绝缘。为了冗余，温度测量分为A和B两个系列，每个系列包括15支热电偶。

热电偶经压力容器顶盖管座贯穿到反应堆压力容器内，并延伸到堆内构件的上堆芯板。在压力容器内，热电偶沿着导管按规定的路线走向，导管牢固地固定在上部堆内构件上。热电偶的热接点伸出导管约7~9mm。热电偶补偿导线由一对镍铬-镍基导线组成。它们沿着电缆桥架上升到安装在电缆桥上的连接板。从连接板开始，热电偶补偿导线沿着电缆桥架到达并通过电气贯穿件，最后沿着安全壳外的电缆桥架到达堆芯冷却监测柜的输入端子上。用于热电偶冷端补偿的3支RTD温度计安装在堆芯冷却监测机柜内，冷端温度信号直接送给机柜。

堆芯冷却监测机柜将热电偶的电压值转换为物理值(℃)，并且自动完成冷端补偿。机柜同时将30个温度值(15/系列)传送到集中数据处理计算机。堆芯冷却监测机柜接收压力信号(稳压器和反应堆冷却剂压力)，并利用它们进行饱和温度计算。在堆芯冷却监测机柜的显示仪上可以得到所有输入数据、输出数据、整定值、中间计算结果和详细的报警信息等。

此外，在安装于控制室内的远传指示仪上连续地指示最低过冷裕度和最高堆芯温度，每系列一个远传指示仪。1

反应堆压力容器水位测量反应堆压力容器水位采用差压法测量，管线和变送器属于RCP系统，测量管线上部与反应堆压力容器排气管相连，下部与中子通量测量的密封段相连，每个系列的水位测量分为宽、窄两个量程。

反应堆压力容器水位测量的数据处理由堆芯冷却监测机柜完成。堆芯冷却监测机柜接收差压信号，并利用一次侧压力和一次侧温度计算出蒸汽密度和水的密度，进而计算出水位。在堆芯冷却监测机柜的显示仪上可以得到所有输入数据、输出数据、整定值、中间计算结果和详细的报警信息等。

此外，在安装于控制室内的远传指示仪上以数字指示窄量程水位、以指针指示宽量程水位，每系列一个远传指示仪。2

堆芯测量装置国产化的特点国产化的必要性长期以来，我国百万千瓦核电站的堆芯测量装置供货被国外供应商垄断，其运营维护也高度依赖国外供应商。大亚湾、岭澳、红沿河所使用的设备是法国ArevaNP公司的设备，该供应商独家垄断CPR1000项目堆芯测量装置的供应市场，采购过程中表现非常强势。

若堆芯测量装置不实现国产化，长期由国外厂家垄断，将导致两个比较严重的后果：一方面，由于竞争不充分，长期依赖进口，导致采购成本居高不下；另一方面，国外供应商交货周期较长，沟通不便，合同配合迟滞，合同执行困难，交货进度控制难度大，给整个工程建设进度带来了非常不利的影响。

实现堆芯测量装置自主化已成为工程建设及成本节约的必须，不仅符合发改委关于重大技术装备国产化的发展战略，更有利于掌控核电关键产业环节的资源，主要优势体现在：

（1）降低采购成本以宁德3&4号机组为例，在保证质量和进度的前提下，新增的国产化设备与最近采购的红沿河3&4号机组相应合同价相比，宁德3&4号机组价格降低8.45%节约了采购成本，经济效益显著。

（2）增强对供货进度和设备质量的控制力通过国内分包、国内总包的方式，在国产化过程中发掘并培养了一批具备良好供货能力的分包商。通过生产堆芯测量装置的部件，可以逐步培养其制造能力及产品质量保证体系，逐步成熟，成为国产化的中坚力量，为系统的全国产化奠定基础。

（3）强化服务质量和响应速度

设备国产化后，系统的现场服务将由国内企业承担，不仅服务响应更加及时，而且服务费用会得到极大降低，能更全面的满足工程建设需要。

（4）建立备品备件库

产品自主化生产，能更好保障机组40年运行所需的备品备件。不仅涉及在建电厂的使用，同时还涉及在役核电厂系统维护、备品备件更换等业务，为国内电站提供价格合理、优质的备品备件服务，免去了对国外供货备品备件价格逐年上涨的顾虑。2

国产化的难点1、供应商管理

由于堆芯测量装置包含的设备种类多，涵盖学科多，所采购和分包的产品种类繁多，大到有核安全级支架、管道、阀门，小到标准电器件、螺钉螺母，涉及的供应商数量较大，但由于核电项目的特点，采购量的限制，与供应商的合作关系就不单纯是一个挑选过程。如何选择评价供应商，与供应商建立战略伙伴合作关系，并对供应商进行质量监督是国产化的难点之一。

2、集成测试

测试平台的建立包括基础建设、测试专用工具及设备的开发、功能实验测试方法的研究，也是产化难点之一。通过建立一体化管理体系，对供应商管理和集成测试过程进行了全面梳理，分别建立供应商管理控制程序、供应商质量管理体系要求、供应质量监督控制程序、集成自试验控制程序等程序和细则，对后续工作的有序开展奠定了制度基础。2

应用情况堆芯测量装置在秦山核电二期工程一号机组的调试和成功投入运行，表明其功能完全满足设计要求，具体表现在以下几个方面：

(1)在反应堆启动调试阶段，进行了不同功率状态下的功率分布测量试验，以验证堆芯核设计的准确性，确保反应堆的安全运行。试验结果表明，堆芯中子通量测量系统的功率分布实测值与理论预计值符合得非常好，并向堆外核仪表提供了准确可靠的校准系数。

(2)在反应堆启动调试阶段，堆芯温度测量的一致性很好，与 RCP平均温度符合得非常好，满足设计要求。

(3)在反应堆启动调试阶段，反应堆压力容器水位测量与理论计算值基本一致，达到了设计要求。

(4)整个堆芯测量装置与电厂其他系统之间的接口完全满足设计要求，保证了各种数据安全、可靠地接收与发送。1