堆內(nèi)儀表系統(tǒng)

堆內(nèi)儀表系統(tǒng)IIS儀控維修科岳紅旭2012年3月內(nèi)容簡(jiǎn)介系統(tǒng)概述1系統(tǒng)描述3系統(tǒng)主要功能2系統(tǒng)主要設(shè)備4AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)相比于秦山一期的優(yōu)點(diǎn)5一、系統(tǒng)概述堆內(nèi)儀表系統(tǒng)由堆內(nèi)儀表套管組件（IITA）和相關(guān)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成，主要提供堆內(nèi)溫度測(cè)量和堆內(nèi)中子通量分布測(cè)量。一、系統(tǒng)概述AP1000的IIS系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)處理設(shè)備和軟件組成，給反應(yīng)堆運(yùn)行人員提供在線三維堆芯功率分布信息。這些信息用于監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)測(cè)堆芯性能。IIS還包括CET（堆芯出口熱電偶），給PMS和DAS提供堆芯出口冷卻劑的溫度。每個(gè)IITA內(nèi)的CET測(cè)量堆芯燃料組件的活性區(qū)頂部的反應(yīng)堆冷卻劑溫度，即測(cè)量堆芯出口溫度。IIS使用反應(yīng)堆堆芯軸向和徑向分布的SPD（自給能探測(cè)器）。每個(gè)SPD輸出一個(gè)非常弱、正比于中子通量率，代表反應(yīng)堆堆芯功率水平的電流信號(hào)。SPD材料因吸收中子和并發(fā)β射線效應(yīng)產(chǎn)生電流。SPD因吸收中子活化產(chǎn)生電流，所以不需要外部電流供電。IITA（堆內(nèi)儀表套管）貫穿反應(yīng)堆壓力容器頂部，在所有的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下必須保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的完整性。二、系統(tǒng)主要功能①為反應(yīng)堆堆芯運(yùn)行最佳評(píng)估分析系統(tǒng)（BEACON)的在線三維中子通量分布圖提供數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用于校準(zhǔn)保護(hù)和安全檢測(cè)系統(tǒng)（PMS)使用的中子探測(cè)器，同時(shí)使堆芯性能最優(yōu)化。②為保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PMS)提供事故后堆芯不充分冷卻監(jiān)視器的熱電偶信號(hào)，為多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（DAS)提供堆芯溫度信號(hào)。三、系統(tǒng)描述1.AP1000堆芯布局燃料組件157組,每個(gè)和燃料組件包含264根燃料棒，按17*17排列。核燃料組件還包含24根控制棒導(dǎo)向管和1根儀表導(dǎo)向管。儀表導(dǎo)向管位于燃料組件的中心，為堆芯中子通道測(cè)量和堆芯出口熱電偶溫度計(jì)提供導(dǎo)向。三、系統(tǒng)描述2.儀表導(dǎo)管構(gòu)架壓力容器上封頭：69個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件，8個(gè)快接頭貫穿件，一個(gè)排氣孔8個(gè)快接頭貫穿件傳遞堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)。在IITA貫穿頂蓋處，采用8個(gè)Quickloc快速連接裝置實(shí)現(xiàn)一回路壓力邊界密封，并能在停堆換料時(shí)快速地拆除與連接。IITA經(jīng)快接頭貫穿件→儀表格架組件→上部支撐柱

，到達(dá)堆芯燃料組件中央的儀表導(dǎo)管。三、系統(tǒng)描述3.堆內(nèi)儀表套管組件（IITA）42根IITA分成8組通過(guò)快接頭貫穿件，分別從位于儀表格架組件頂部的8個(gè)Quickloc棒束插入壓力容器直至堆芯底部，IITA固定在Quickloc棒束頂部。8個(gè)Quickloc棒束與壓力容器頂蓋上8個(gè)Quickloc儀表管嘴配之間配合形成壓力邊界密封，即Quickloc快速連接裝置每根測(cè)量探頭：7個(gè)中子探測(cè)器，1個(gè)熱電偶，匯聚成一束后通過(guò)儀表導(dǎo)管插入堆芯。三、系統(tǒng)描述電站運(yùn)行期間，堆內(nèi)儀表套管組件放置在燃料組件內(nèi)，通過(guò)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋引出到安全殼。堆內(nèi)探測(cè)器和堆芯出口熱電偶的信號(hào)通過(guò)電纜傳送到不同的數(shù)據(jù)調(diào)試和處理工作站。在主控室顯示處理后的數(shù)據(jù)和結(jié)果。堆內(nèi)儀表系統(tǒng)包括：1）儀表套管組件（IITA)2）相關(guān)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理設(shè)備堆內(nèi)儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：三、系統(tǒng)描述堆內(nèi)儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、系統(tǒng)描述堆內(nèi)儀表套管通過(guò)儀表格架組件和快接頭貫穿件將堆芯探測(cè)器和測(cè)量堆芯出口溫度的熱電偶元件鎧裝固定。這些快接頭貫穿件通過(guò)壓力容器上封頭和壓力容器內(nèi)凸緣插入到堆芯活性段區(qū)域。AP1000的IIS系統(tǒng)通過(guò)42根儀表導(dǎo)向管將熱電偶信號(hào)傳輸?shù)椒志€箱，將自給能探測(cè)器（SPD）信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理機(jī)柜。IIS系統(tǒng)使用兩段電纜傳輸信號(hào)，第一段電纜連接IITA到一體化上封頭（IHP）接插板，這根電纜段包含7個(gè)自給能礬熱中子探測(cè)器和1個(gè)不接地的k型（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶。第二段電纜從IHP接插版接到冷端分線箱和信號(hào)處理機(jī)柜，它分成兩個(gè)電纜，分別將熱電偶信號(hào)傳輸?shù)嚼涠朔志€箱，自給能探測(cè)器的信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理機(jī)柜。三、系統(tǒng)描述每一個(gè)堆內(nèi)儀表套管包括7個(gè)礬中子探測(cè)器和1個(gè)不接地的K型熱電偶。將熱電偶集成在IITA中取消了CET所需的獨(dú)立貫穿件和導(dǎo)向管。套管中的一個(gè)礬中子探測(cè)器的靈敏帶對(duì)應(yīng)整個(gè)反應(yīng)堆堆芯高度，大約從活性區(qū)頂部到活性區(qū)底部的12英寸，其余6個(gè)礬探測(cè)器以最長(zhǎng)礬探測(cè)器長(zhǎng)度的七分之一順序遞減。三、系統(tǒng)描述IITA在Quickloc快速連接裝置處的端部與一體化頂蓋（IHP）中的ICI（In-coreInstrumentation）電纜接頭連接，IHP中的ICI電纜另一端與運(yùn)行平臺(tái)處的電纜連接器盤臺(tái)連接。三、系統(tǒng)描述釩自給能中子探測(cè)器SPD自給能中子探測(cè)器由發(fā)射體、絕緣體、收集體及電纜組成：1、中心電極稱為發(fā)射體，由中子靈敏材料制成，發(fā)射體是自給能中子探測(cè)器的核心部分，它基本上決定了探測(cè)器的物理特性。2、探測(cè)器的外殼即是收集體，由對(duì)中子不靈敏材料（因科鎳600/低錳不銹鋼或純鎳）制成，材料厚度通常0.1mm。3、發(fā)射體和收集體之間是絕緣體，采用無(wú)機(jī)絕緣材料（MgO/AL2O3/BeO），絕緣體的厚度通常0.2mm。4、電纜采用金屬外殼-無(wú)機(jī)絕緣-金屬芯線同軸電纜。套管中的一個(gè)礬探測(cè)器的靈敏帶對(duì)應(yīng)整個(gè)反應(yīng)堆堆芯高度，大約從活性區(qū)頂部到離活性區(qū)底部的12英寸，其余六個(gè)礬探測(cè)器以最長(zhǎng)礬探測(cè)器的七分之一長(zhǎng)度順序遞減。三、系統(tǒng)描述K型熱電偶探頭42個(gè)IITA各有1個(gè)K型熱電偶，每個(gè)IITA的K型熱電偶用于測(cè)量堆芯燃料組件上方反應(yīng)堆冷卻劑溫度，即測(cè)量堆芯出口溫度。熱電偶探頭溫度運(yùn)行范圍為-18℃~1260℃-18℃~277℃：測(cè)量精度在±1.1℃之內(nèi)，277℃~899℃：測(cè)量精度在±3/8%之內(nèi)，899℃~1260℃：測(cè)量精度在±1/2%之內(nèi)。42個(gè)熱電偶信號(hào)中，38個(gè)1E信號(hào)用于保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)PMS事故后堆芯冷卻監(jiān)視，4個(gè)非1E信號(hào)（每個(gè)象限布置一個(gè)）用于多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DAS的多樣性顯示，做為事故后操縱員手動(dòng)觸發(fā)ADS的依據(jù)。三、系統(tǒng)描述堆內(nèi)儀表和熱電偶分布圖：四、系統(tǒng)主要設(shè)備4.1SPD信號(hào)處理機(jī)柜自給能探測(cè)器（SPD）信號(hào)處理機(jī)柜在安全殼內(nèi)工作，自給能探測(cè)器信號(hào)處理機(jī)柜含有把電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的電子設(shè)備，使用16為模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬喜好變換成數(shù)字信號(hào)。每個(gè)機(jī)柜處理147個(gè)信號(hào)，2個(gè)機(jī)柜共產(chǎn)生294（42×7）個(gè)數(shù)字信號(hào)。這些數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)安全殼貫穿件，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的通訊連接裝置（多路）傳送到安全殼外。294個(gè)釩自給能中子探測(cè)器的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生在線3D堆芯功率分布，為操縱員提供用于判斷反應(yīng)堆功率分布是否在TS規(guī)定運(yùn)行限制范圍的相關(guān)數(shù)據(jù)，還用于校準(zhǔn)堆外中子探測(cè)器。四、系統(tǒng)主要設(shè)備4.2反應(yīng)堆堆芯運(yùn)行最佳評(píng)估分析系統(tǒng)（BEACON)當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行功率水平超過(guò)額定功率的20%時(shí)，BEACON系統(tǒng)可以用來(lái)精確判定，反應(yīng)堆功率分布是否在AP1000技術(shù)規(guī)格書中規(guī)定的運(yùn)行限值之內(nèi)。分析軟件可以提供觸發(fā)可視報(bào)警的必要信息，用于警告反應(yīng)堆操作員掌握反應(yīng)堆運(yùn)行限值超限或潛在的超限情況。這個(gè)分析系統(tǒng)還能夠確定堆芯平均的軸向偏移量。四、系統(tǒng)主要設(shè)備4.3儀表格架組件（IGA）儀表格架組件安裝在堆芯上部構(gòu)件，由支撐板（儀表格架）組成，在上部支撐組件的吊籃內(nèi)。儀表導(dǎo)向管連接到格架，格架上部是42個(gè)導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽向上呈放射性分布到格架邊緣的八個(gè)區(qū)，在每個(gè)區(qū)聚成一束。每一束在適當(dāng)?shù)奈恢糜筛窦芡鈬?。?dǎo)向槽在它們的中間位置由格架頂部支撐。儀表套管安裝在儀表導(dǎo)向管周圍，在儀表格架組件升高時(shí)能夠自由向下滑動(dòng)。儀表格架組件上升到全收上位置時(shí)，格架到下部支撐住之間有連續(xù)的導(dǎo)向槽。四、系統(tǒng)主要設(shè)備4.4快接頭組件（Quickloc）每束的頂部是快接頭組件?？旖宇^組件的頂部是屏蔽塞，是通過(guò)反應(yīng)堆上封頭壓力邊界的一部分。安裝在屏蔽塞頂部的是接頭套管裝置。IITA通過(guò)這些裝置直接接入燃料組件的最終位置。在堆芯測(cè)量系統(tǒng)中增加儀表格架組件和快接頭組件，有如下作用：1）提高安全性在換料停堆期間，通過(guò)使用上部堆內(nèi)構(gòu)件儀表格架，IITA的活性部分始終保持在水下，其余部分在上部堆內(nèi)構(gòu)件里。位于反應(yīng)堆壓力容器上封頭的冷卻劑壓力邊界貫穿件為8根快接頭貫穿件。這8根快接頭貫穿件全部在反應(yīng)堆壓力容器上封頭外圍。反應(yīng)堆上封頭有足夠的空間焊接控制棒驅(qū)動(dòng)裝置（CRDM）。四、系統(tǒng)主要設(shè)備2）電廠運(yùn)行時(shí)減少輻射

在整個(gè)換料停堆期間，上部堆內(nèi)構(gòu)件使用連接在回轉(zhuǎn)式吊車的堆內(nèi)構(gòu)件提升機(jī)具，可以迅速移動(dòng)。這樣，減少了封頭組裝和拆卸的時(shí)間和換料工作人員人力的要求。IITA材料是不銹鋼或鉻鎳鐵耐熱合金。如果需要更換IITA，可以在水下?lián)Q料室完成。由于IITA在水下，減少一體化封頭屏蔽套筒，同樣能保持較好的輻射防護(hù)。IHP提升機(jī)具可以一直留在IHP中，而不需要兩個(gè)回轉(zhuǎn)式吊車在IHP上安裝和移動(dòng)提升機(jī)具。3）易于維護(hù)和檢查反應(yīng)堆壓力容器上封頭CRDM周圍有足夠的空間，對(duì)反應(yīng)堆壓力容器上封頭進(jìn)行可視檢查。在IHP中有一個(gè)5米高的一體化封頭立式水箱。水密門和專用軌道允許在反應(yīng)堆壓力容器上封頭的下面進(jìn)行檢查。五、AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)相比于秦山一期的優(yōu)點(diǎn)AP1000采用固定在線式堆內(nèi)儀表系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)地提供堆芯功率三維分布圖和其他堆芯參數(shù)；一期堆芯溫度測(cè)量是固定在線的，而堆芯中子通量測(cè)量是移動(dòng)間歇式的，只能定期給出堆芯功率三維分布圖。AP1000熱電偶和中子探測(cè)器是一體式的，無(wú)需單獨(dú)的熱電偶貫穿件；一期熱電偶和中子探測(cè)器是分開的，專門設(shè)置兩個(gè)熱電偶貫穿件。五、AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)相比于秦山一期的優(yōu)點(diǎn)AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)得到的中子通量分布數(shù)據(jù)是同一時(shí)刻的；而一期中子探測(cè)器只能依次掃描不同位置燃料組件的中子通量，因而得到的數(shù)據(jù)不是同一時(shí)刻的，因此在中子通量測(cè)量期間要保持堆功率、冷卻劑溫度、反應(yīng)堆壓力等參數(shù)穩(wěn)定，避免控制棒移動(dòng)和硼濃度變化，盡量保持堆芯內(nèi)功率分布不發(fā)生變化。AP1000堆內(nèi)儀表是從壓力容器頂蓋插入的，取消下封頭貫穿件，避免因下封頭貫穿件失效而引起的LOCA事故；一期壓力容器底封頭有中子測(cè)量貫穿件，如果底部