VVER与M310机组堆内核测系统对比

陈彦发

摘 要：VVER机组为我国引进的俄罗斯的先进压水堆，是目前我国建成的最先进的核电站。M310是我国在引进吸收的基础上不断改进形成的成熟的二代堆型，是目前我国商运机组的主力机型。堆内核测系统用来测量反应堆功率、堆芯中子通量的分布、堆芯燃料组件出口温度和水位等重要信息，对核电厂的安全运行起着重要的作用。两种堆型的堆内核测系统在设计理念和功能上有很大的不同，本文比较了二者之间反应堆堆内核测系统的异同，并分析了各自的优缺点。

关键词：堆内核测；VVER；ICIS；分析比较

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.130

1 前言

目前在国内建成的核电机组主要有引进的俄罗斯的VVER和引进法国技术并不断改进形成的M310机组。VVER机组在田湾1、2号已建成商运十余年，而M310机组在国内先后有二十余台机组投入运行，是国内应用最广的商用机型。

反应堆堆内核测系统作为安全级仪控系统的重要组成部分，堆芯核测系统的功能是提供堆芯的中子通量的分布、堆芯内不同位置的温度和压力容器水位的测量。在VVER机组和M310机组中堆内核测系统的设计上有很大的区别，在可以实现的功能上也有很大的区别。在VVER机组中堆内核测系统简称ICIS，在M310机组中简称为RPN系统。

2 堆内核测系统的对比分析

在M310的RIC系统中，堆芯中子测量由控制柜、分配柜、探测器驱动机构、选择器、电动阀、密封组件等和5个微型裂变室组成。微型裂变室中充满了浓度为98%以上的235U。其工作原理和堆外核测系统中使用的微型裂变室一样。在高压电厂的作用下裂变产物将氩气电离，可以通过产生的电流的大小来反应堆芯内部的中子通量。微型裂变室通过在压力容器底部的50个开孔中进入。通过组选择器和路选择器的配合可以将5个裂变室送到50个导向管中完成整个堆芯内部的测量。在RIC系统中堆芯的中子测量只要是为了校准堆外核测系统，它不是实时运行的。一般一个月绘制一次全堆的中子通量图。在绘制的过程中要求反应堆的功率尽可能的稳定的运行。燃料组件出口温度的测量是通过安装在压力容器组件的4个热电偶将40支K型热电偶插入到燃料出口处。热电偶测得温度信号分为A＼B两列送到堆芯冷却监测机柜ICCMS进行最低过冷裕度的计算。堆芯液位的测量通过布置在压力容器外部的压力变送器实现。压力变送器受主泵动作带来压差，安全壳能温度，仪表安装等多方面的影响容易产生扰动，特别是事故后岛内环境更加恶劣，会带来更多的不确定性。

在VVER机组的ICIS系统功能更加的全面。用于反應堆堆芯、一回路和二回路的中子-物理及热工水力特性参数的在线监测，包括堆功率场分布监测，堆芯局部参数（燃料元件的线性功率密度QL和偏离泡核沸腾比DNBR）超过允许值时形成保护信号传递给TXS系统，处理自给能探测器噪声信号以便于监测堆芯燃料元件表面沸腾。

在VVER中中子测量采用了上部插入的方式。54个中子温度测量通道，每个通道由7个自上而下的自给能探测器和相应热电偶组成。在VVER中自给能探测器的材料为铑，在VVER中不但可以测量燃料元件出口的温度，还可以对燃料元件入口和反应堆上封头腔体的温度进行测量。在压力容器水位测量中，在3个中子温度测量通道中设计了带加热板的热电偶。在安装和拆卸的过程中需要借助专门的机械结构为中子温度组件提供导向和支撑。导向结构在换料期间将探测器组件整体提升至离开燃料组件，为探测器组件提供连续的导向和保护。整个探测器组件始终保持在硼水下，减少了维修人员所受的辐射剂量。

在ICIS中最大的特点是中子探测器一直插入堆芯实时对中子通量的分布进行测量，采用自给能探测器不需要外部施加偏置电压，增加了系统的稳定性，使测量结果不受外部偏置电压的影响。

采用上部开孔插入的方式并且将中子测量和温度水位的测量集成到一个探测器上来完成大大的减少了反应堆压力容器的开孔的，减少了一回路冷却剂泄露的风险。更为重要的是在ICIS中还可以根据测量的数据计算QL和DNBR，防止堆芯过热造成的燃料元件芯块和包壳融化，起到保护堆芯的作用。在VVER中还将QL和DNBR的保护引入到反应堆保护系统中，如果二者数值超过预先设定的限值将会引发紧急停堆。

3 总结

M310的堆内核测系统比较起来还是比较落后的，相比其它的堆型不能实时的测量堆芯的中子通量分布。在设备组成上来看需要5套中子探测器的驱动及组选路选装置和一回路泄露检测装置和电动手动隔离阀组成，安装调试时设备较多工期较长故障率较高。探测器运行频率较低容易出现卡涩、驱动链条脱扣等情况。系统设计导致压力容器开孔过多，特别是在压力容器下部开了50个孔为一回路比较薄弱的边界，容易造成一回路冷却剂泄露。在后续维修方面，每次大修都需要维修人员手动将指套管抽出维护，并且活化的裂变室暴露在导向管中维修人员所受剂量较高。

通过比较我们可以看出，在VVER机组中不仅减少了探测器驱动装置，是系统调试和维护工期大大减少。更重要的是在功能上更加的先进可以实时的监测反应堆的功率和堆内功率的分布情况。并可以根据计算的最大线性功率密度和偏离泡核沸腾比对反应堆进行直接的保护，系统的安全性也得到了很大的提高。

正是由于VVER机组的这种安全性和先进性，我国在开发自身第三代核电机组华龙一号时充分借鉴了VVER的种种优点。将中子通道采用上部插入的方式，可以实时、连续测量堆芯中子通量分布、燃料组件出口处温度、反应堆压力容器上封头温度以及反应堆冷却剂水位，这和M310相比是个很大的进步。但是相比VVER机组仍有很多方面有很大的欠缺，比如讲测量水位的探测器独立的设置增加了压力容器开孔的数量。计算得到的QL和DNBR仅仅用来产生报警还不能实时的参与反应堆的停堆保护，这些都是接下来华龙一号可以改进的方向。

参考文献：

[1]周旭华等.堆外探测器读数与堆内功率分布的关系研究[J].核电子学与探测技术，2010，30（02）：166-170.

[2]Neutron flux monitoring equipment AKNP-30R operating manual.