核电站RPN源量程滤波参数的分析及优化

黄显润，林大卫

（中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518124）

1 引言

核仪表系统（RPN）采用堆外中子通量测量的方式，对堆芯功率、堆芯功率变化和堆芯功率分布进行测量。RPN系统提供反应堆保护、核功率控制和堆芯功率监视等信号。其中，RPN源量程测量通道用于热停堆、冷停堆以及装卸料等状态的监测与保护，是反应堆启停时的重要测量仪表。RPN源量程中子计数率测量范围从0～106cps，相当于堆功率从10-9～10-3%Pn。特别是在机组装卸料期间，要求源量程能够快速响应，准确反应当时反应堆的真实状态。在某核电站RPN数字化系统中，发现RPN源量程通道在低计数率时信号输出响应缓慢，无法快速、准确地响应反应堆的堆芯状态，影响机组的安全监测。

2 RPN源量程测量通道简介

RPN源量程测量通道包括两路测量信号，分别为RPN014MA及RPN024MA。每路测量通道分别由探测器、连接盘、传输电缆及机柜信号处理板件组成，处理完成的计数脉冲信号送至下游接口进行显示及产生保护动作。

3 RPN源量程计数率的滤波功能

RPN源量程在装料初期由于中子通量水平较低，容易受外界干扰信号影响。基于这方面的考虑，为避免外界闪发的干扰信号对真实的中子通量信号造成干扰（计数率显示波动大），在RPN源量程通道的初始设计中，设置计数率滚动滤波功能。滤波参数阈值SRC_PAR001的默认值为8000。

滤波参数阈值SRC_PAR001的滤波功能是：①真实的中子通量信号在滤波参数阈值以下，进行计数率滚动滤波计算；真实的中子通量信号达到滤波参数阈值以上，滤波功能失效。②存在滤波效果，下游接口显示的是滚动平均值，中子通量变化时，响应时间变慢；滤波效果失效后，下游接口显示的是即时的中子通量信号。

滤波参数阈值SRC_PAR001的默认值是系统设计厂家公司根据多个核电站机组上RPN源量程通道真实的计数率情况进行分析后设定的，用来平衡计数率扰动和响应时间。该滤波参数为系统内的可调工程参数，可以根据机组的实际情况设定不同的滤波阈值。

4 RPN源量程计数率的计算原理

4.1 初始计数率icr和中间计数率ICR的计算原理

RPN系统中的源量程计数率输出板件ICTO有着预置计数时间和预置计数个数两种计数模式，其中预置计数时间TMAX=5.12s，预置计数个数NMIN=7936，即当TMAX或NMIN达到阈值时，刷新指示器SRC_CI005置1，开始计算新的计数率。

RPN源量程初始计数率icr和中间计数率ICR的计算公式如下：

其中P_TM为死区修正参数，数值为1E-7s。

4.2 滤波计数率LCR的计算原理

从公式（1）及（2）可以看出，系统设计中的滤波功能，采用的是递归滤波，即滤波计数率LCR及中间变量mean均采用了递归滤波。

假设当某大修第一组燃料组件装入反应堆后，源量程计数率稳定在20cps为例子。当第一组燃料组件装入反应堆后，中间计数率ICR已趋于稳定，即中间计数率ICR1=ICR2=ICR3=……=ICRN=ICR。此时，滤波计数率要正常输出显示当前计数率，即LCR=ICR=20cps，在CPU处理系统中的计算过程如下：

①首先满足mean=ICR，

由公式（2）可得 meanN=0.9N-1mean1+ICR*(1-0.9N-1)。

推算可得 N=26时，meanN=0.07*mean1+0.93*ICR。故mean要与ICR基本持平，约需要的时间T1=26*5.12s=133.12s（5.12s为ICTO板件的计算周期）。

②当满足mean=ICR后，由公式（1）可得

RPN源量程滤波计数率LCR的计算公式如下：

那么 LCRN=LCR_prec1*0.95N-1+ICR*（1-0.95N-1）。

推算可得N=51时，LCRN=0.07*LCR_prec1+0.93*ICR。

即滤波计数率LCR要与中间计数率ICR基本持平，约需要的时间T2=51*5.12=261.12s。

故当第一组燃料组件装入后，经过T=T1+T2=133.12+261.12=394.24s≈6.5min后，主控室KIT/EN记录仪等才能正常显示源量程计数率，供主控操纵员、燃料操作员监测当时堆芯的状态。

5 RPN源量程滤波参数的影响

根据源量程的系统设计，RPN源量程滤波参数SRC_PAR001设置为8000时，每装一组燃料要正常显示当时堆外真实的中子计数率，需要通过滤波计算6.5min后才会通过KIT/EN记录仪等正常显示出来，主控操纵员及燃料操作员才能知道每组燃料组件装入后中子通量的变化情况。当第一组燃料组件装入后，源量程通道如果无法快速反应，将造成燃料操作员无法准确判断燃料组件的可用性及装入的正确性，主控操纵员无法监测反应堆的真实状况，仪表人员无法判断源量程通道的可用性。

RPN源量程设计中源量程中子通量高报警则是采用中间计数率ICR进行判断的，一旦出现中子通量高报警，而此时显示的可能仍然上一次循环的计数率，无法准确判断是堆外中子通量的异常变化导致，还是RPN报警系统的偶发故障。

源量程中子通量高报警是指某一刻的堆外中子通量超过正常通量的3倍而触发的报警。稀释事故分析表明，只要停堆状态下高通量阈值的设定始终至多等于停堆状态下正常通量的3倍，那么在出现故障，反应堆重返临界前，主控操作员就拥有足够的干预时间。正确判断源量程中子通量高报警的正常与否，影响着机组状态的正常监测。

6 RPN源量程滤波参数的优化方案

根据RPN源量程系统设计文件中的RPN源量程滤波计数率的计算公式，对输入计数率60cps干扰进行仿真，在不同滤波参数的设置下，计数率显示输出响应情况，可以看出在滤波参数设置为1时，计数率能快速响应。同时，分析对比同堆型其他电站的RPN数字化系统设计，发现其在源量程计数率计算时并未有该滤波参数，并且在多年运行中源量程通道能正常快速响应，且无异常波动。

结合对RPN源量程计数率的理论分析、仿真数据以及同堆型系统的设计方案，对RPN源量程滤波参数SRC_PAR001进行优化，由8000设置为1，源量程计数率计算不采用滤波功能。

7 RPN源量程滤波参数优化的应用

分析某核电站RPN系统数字化设计，并对源量程滤波参数进行优化，由8000设置为1。优化后，在大修装料期间，源量程通道能够快速、准确地响应堆外中子通量，未出现响应缓慢的现象，且计数率未出现异常波动。

8 结语

本文分析某核电站RPN源量程滤波参数设置的原理及其对源量程计数率输出的影响，成功对滤波参数进行优化改进，由8000设置为1，确保了源量程通道在机组装卸料期间能快速准确地响应堆芯的真实状态，保证堆芯的安全监测[1]。