第三代AP1000核电站源量程通道信号调理技术介绍

薛莉炯

摘 要：堆外核测系统是核电站重要的核安全级系统，该系统的正常运行为核电站提供了重要的安全保障。本文重点介绍堆外核测源量程通道信号调理技术在第三代AP1000核电站中的应运。

关键词：堆外核测；源量程；信号调理；死区补偿

1 系统功能概要

第三代核电站堆外核测仪表系统是核电站重要的核安全级系统，它是反应堆保护系统中的一部分，是唯一能够直接监测核电站核功率的系统。该系统的正常运行为核电站提供了重要的安全保障

堆外核测系统有三个量程，它们被称为源量程，中间量程和功率量程，每个量程都有自己独特的信号处理方式。AP1000核电站源量程通道信号调理方式与二代及二代半核电有较大差别。本文将重点介绍堆外核测源量程通道信号调理技术在AP1000核电站中的应运。

2 源量程通道信号调理

源量程通道用于低功率阶段的中子通量监测，为反应堆正常运行提供了强有力的安全保障。探测器采用高灵敏度的BF3正比计数管，管内填充BF3气体。根据探测器设备特性与反应堆物理特性，决定了信号的类型与特点，因此需采用专用的信号调理技术。信号处理流程如下图所示：

2.1双甄别阈处理技术

源量程探测器工作于低功率阶段，此阶段内γ射线干扰较大，影响了中子通量测量，因此需特定的甄别处理技术予以处理。

传统的二代加核电站普遍采用单甄别阈处理技术，通过合理设置甄别电压，可甄别掉低于该电压的γ干扰脉冲。AP1000核电站则采用双甄别阈处理技术，设置高低两个甄别阈值，低甄别阈可甄别掉低于该电压的γ干扰脉冲，高甄别阈值可留下能量较高的γ堆积干扰脉冲，通过两者相差，得到更精确的中子脉冲。如下图所示：

两个甄别器将脉冲分成三个部分： Aγ引起的低脉冲、B中子引起的脉冲、C能量较高的γ脉冲。A和C为干扰脉冲，B是我们需要的中子脉冲。通过低甄别阈的脉冲为 =B+C，通过高甄别的脉冲为C。因此中子脉冲为：

中子脉冲=低甄别脉冲-高甄别脉冲=（B+C）-C=B

2.2品质因子检查技术

在脉冲调理过程中，将实时计算脉冲品质因子，品质因子合格则进行下一步处理，若不合格则标记为坏点，禁止进入下一环节。每个品质因子单元有三个输入，低甄别脉冲；高甄别脉冲、高低甄别脉冲之差。品质因子为高低甄别脉冲之差与低甄别脉冲之比，若品质因子小于其设定值，系统将产生报警。

2.3脉冲采样技术

源量程通道将探测到的脉冲信号分为两类脉冲，一类为高频脉冲，另一类为低频脉冲，高频脉冲设置为低频脉冲的10倍。如此设置一方面是为满足保护系统信号处理的量程；另一方面在不同功率水平采用不同的采样周期，可提高信号采样精度。

2.3.1低频脉冲采样

在低频阶段，采取两种采样方式：1 固定脉冲个数采样（KC）；2固定时间采样（KT）。两种方式同时采样，根据先到原则，哪种方式率先完成一个周期内的计数，则选择该方式。举例说明如下：

例一： 如反應堆功率P=1cps，KC设置为15，KT设置为10s。

方式一，采样周期T1=KC/P=15s；

方式二，采样周期T2=KT即为10s。

根据先到原则，T2比T1更快，则选择方式二采样方式。

2.3.2高频脉冲采样

在高频阶段，中子通量较高，不需延长采样时间，可直接将处理器运算周期作为脉冲计数周期。

2.4高频脉冲死区补偿技术

BF3探测器产生的脉冲宽度是有限的，且为随机产生。在高中子通量阶段，两个同时产生的脉冲可能会非常接近，导致系统无法甄别，因此需死区补偿技术。在低频阶段，脉冲相距较远，重叠可能性较小，不需要死区补偿。

通过计算可以得到丢失脉冲权重，其计算公式为：

实际计数率=测量计数率CPS /（1-丢失脉冲权重）。

例如：测量计数率为500，000CPS，，经计算丢失脉冲权重为0.1，

则修正计数率=500000/[1-0.1]=55555.56

其中，多出来的5555.56cps为恢复脉冲。若不采用此处理环节，将直接导致计算得到的中子通量与实际情况不符，对电站的安全性与经济性会造成较大危害。

2.5高低频脉冲选择

高频脉冲与低频脉冲经过各自的信号调理后，将一同进入高低频脉冲选择器。该选择器设置一个固定参数，低于该参数时选择低频脉冲信号，若高于该参数则选取高频脉信号。经过二选一后，选择得到的信号将送往保护系统参与保护与专设安全设施功能。该固定参数将由反应堆物理特性与探测器设备特性共同决定。

3总结

总之，以上信号调理方式均为AP1000核电站堆外核测源量程通道中的重要环节，源量程通道信号较为微弱，易受周围环境干扰。其信号调理技术的运用一直以来都是核电站安全运行中的重点与难点，正确的理解与运用该技术将会极大的提高系统运行的稳定性，从而提高了核电站的安全性与经济性。