核仪器概论3—中子的测量和控制讲解

Containment Penetration
Redundant Data Links
Redundant Ovation
Controller
Rod Drop Test System
Multi-Conductor Cables
3.2.1 棒位的测量和显示
3.2.1 .1测量方法和原理：
利用电磁感应原理进行间接测量。
仪表 ⅡP
逻
半逻辑
半逻辑
辑
AX
信号 AY
处
理
ⅢP
ⅣP
半逻辑 BX
同左 半逻辑
信号 BY
放大器 继电器
驱动器
＆
驱动器 A列
保护逻辑 驱动器系统
同左
驱动器 B列
秦山二期停堆保护系统（72个）
（4）秦山二期停堆保护系统： 保护机柜共72个。
（5）安全等级、质量等级和质量鉴定要求 安全等级 1E级 抗震级别 1类 质保等级 QA1级 鉴定等级 K3级
5-Bit Grey Code
6VAC 115VAC
灯亮位
不用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
ａ）BCD码与格莱码
机械步
不用 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96
104 112
BCD码 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111
13 GB12127-89 核仪器产品包装总技术要求
14 GB12727-91 核电厂安全系统电器物项质量鉴定
15 GB13625-92 核电厂安全系统电器设备抗震鉴定
16 EJ504-90 核电厂安全级电子元器件老化筛选和降额使用规定
17 Q/CB619-1998 核电堆工产品包装技术条件
18 RCC-E
（1）对各种物理信号的探测和接受的传感 器仪表组；
（2）系统的逻辑处理部分和经逻辑处理的 控制信号；
（3）为满足控制设备要求的驱动系统
为了防止干扰，保护系统各种物理信号 的探测和接受，对控制设备的驱动系统 均采取了隔离措施（光电隔离、继电器 隔离）。
保护系统的组成框图，见下图
传感器 仪表组
ⅠP
隔离器
3233适用的标准和规范haf020388安全导则haf040091核电厂质量保证安全规定haf0406核电厂设计中的质量保证haf0408核电厂物项制造中的质量保证gb408383核反应堆保护系统安全准则gb520385核反应堆安全逻辑装置的特性和检验方法gb520485核反应堆的定期试验与监测gb548985印制版制图gb596286标准核仪器插件10gb596386反应堆保护系统内部隔离11gb761387印制版试验方法12gb899388核仪器环境试验基本要求与方法13gb1212789核仪器产品包装总技术要求14gb1272791核电厂安全系统电器物项质量鉴定15gb1362592核电厂安全系统电器设备抗震鉴定16ej50490核电厂安全级电子元器件老化筛选和降额使用规定17qcb6191998核电堆工产品包装技术条件18rcce压水堆核电站核岛电气设备与建造法则标准的特性标准是指为了通用或反复使用的目的由公认机构批准的非强制性的文件
66
77
77
88
88
Control
SC1
Status
SC2
SC3
SC4
Power Cabinets
SC5
MC
SC6
SC7
SC8
SC9
1
MC 2
Ovation Logic
Cabinet
Power Cables to CRDMs
Power Cables to CRDMs
3.2.2 棒位的测量和显示
Detector Cables
核仪器概论 中子的的测量和控制
2.2 强γ场下的中子注量率的测量
（中间量程中子注量率监测装置）
1) 核测中间量程测 量装置
主要用来测量反 应堆功率和周期， 它由直流对数周 期仪、高压电源、 γ补偿电离室及低 压电源组成。
r补偿电离室
高压电源
A
T
直流对数周期仪
r补偿离室
高压电源
指数函数发生器
低压电源
—提升线圈、保持线圈和传递线圈的电流 大小，持续时间因反应堆功率不同（堆 芯体积不同）而不同。
—新型反应堆也有采用其它控制和测量反 应堆控制棒的。
如：原子能院实验快堆用同步电机控制、 美国先进的沸水堆控制棒采用液压驱动 机构自下而上插入堆芯。
3.2.3 保护系统
核电站保护系统的功能，是当电站的核参 量或过程参量发生异常变化或运行人员误操 作时，能根据对异常变化的严重程度，自动 执行保护动作防止堆芯燃料烧毁及过量放射 性物质扩散，确保电站及周围居民的安全。 因此保护系统也叫停堆保护系统。
直流对数周期仪
A
T
2)γ补偿电离室
2.3 大型体中子源的测量 （功率量程中子注量率监测装置 ）
• 它的主要功能是用来测量反应堆 0.1％～200％满 功率值。它包括功率测量装置、功率通道比较装 置、象限功率倾斜报警装置、高压电源和低压电 源。该系统通常由四个独立通道组成。
• 1）功率测量装置 • 2）功率通道比较装置 • 3）象限功率倾斜报警装置
格莱码 00000 00001 00011 00010 00110 00111 00101 00100 01100 01101 01111 01110 01010 01011 01001 01000
ｂ）格莱码的生成：
—棒控、棒位共同组成反应堆控制棒系统， 利用磁力控制和测量反应堆控制棒是压 水堆较成熟的技术。
总结，也是协调各种关系的产物。
1.388 英寸， 折合 34.4 ｍｍ
NIM标准；（Nuclear Instrument Module）
附录：我国核电标准情况
• 一、我国尚无完整的核电统一标准，多种标准共 存是客观现实情况
•
压水堆起源美国西屋公司， 我国1974年开始
设计的30万千瓦压水堆核电机组的方案设计（概
Other I&C Systems
Rod Control Data/Commands on Real Time Data Network
3 Phase Power from Rod Drive MG Sets
To/From all Power
Cabinets
11
11
22
22
33
33
44
44
55
55
66
2. 1.1 系统工作要求： 1）静态时：
控制棒停在固定位置不动。 2）调整时：
控制棒按要求移动到指定位置。并给出 相应的位置指示。 3）应急时： 控制棒在紧急停堆时快速插入堆芯。
3.2. 1.2 控制棒工作原理
3.2.1.3 性能指标及要求 1.）控制棒精度与量程 （1.1）控制棒运行范围：0～225步 （1.2）控制棒运动精度：≤±2步/分 （1.3）控制棒运动速度范围：6～72步/分 （1.4）控制棒提升重叠阈值为125步，插
入重叠阈值为105步 （1.5）控制棒组重叠区整定精度为1步
（1.6）驱动机构线圈电流调节范围 （1）传递和保持线圈 大电流：7A ＜I ＜9A 小电流：4A ＜I ＜5.2A （2) 提升线圈 大电流：35A ＜I ＜45A 小电流：13A ＜I ＜18A
输出电流精度:≤±4% 系统联锁功能：
（2.1） 任何一组棒接到棒到“顶”(225步) 和棒“到底”(005步)信号后,将停止相应 方向的运动。
NIM插件构成的启动测量系统D通道实例
3.2.反应堆中子注量率的控制
• 3.2.1 棒控系统 • 3.2.2 棒位的测量和显示 • 3.2.3 保护系统
3.2.1 棒控系统
按功能分为：停堆棒组件和控制棒组件。
利用控制棒驱动机构（CRDM）保持， 插入或提升棒组件。每束棒束配备一台 单独的驱动机构。每台驱动机构有三个 线圈，三个线圈按预订时序通电，使棒 束移动一步，系统的结构如下图所示。 系统的重点是控制好时序，同时要解决 大电流、感性负载和系统的散热问题。
ｄ）设置两个串联的辅助次级线圈，一个 在顶部，一个在底部。保证驱动轴总是 在这两个辅助次级线圈之间运动，即驱 动轴顶端在底部线圈之上，顶部线圈之 下。
3.2.1. 2 信号的输出及编码
DETECTOR
B24 A24 B23 A23 B2 A2 B1 A1
Data Cabinet (A)
Grey Code Encoder
压水堆核电站核岛电气设备与建造法则
标准的特性
• 标准是指为了通用或反复使用的目的，由 公认机构批准的、非强制性的文件。
• 标准规定了产品或相关加工和生产方法的 规则、指南和特性。
• 标准也可以包括或专门适用于产品、加工 或生产方法的术语、符号、包装标志或标 签要求。
• 要区分法规和标准。
3.2.3.4标准和规范是前人经验、教训的
念设计），基本上采用了ASME、IEEE、ASTM
等规范标准和国际通用的ISO，IEC标准。之后，
建设30万千瓦级核电机组的秦山一期、恰希玛一
期和二期都这样做的，也就是说，这些项目的设
计建造基本上是采用美国规范标准和国际通用标
准。
•
1983年广东大亚湾决定进口法国的90万千瓦级 核电机组，相应地采用了法国的RCC系列和RSEM标准。RCC系列规范标准的原始基础仍是美国轻水堆
保护系统一般分为测量、信号输入、定值 比较、逻辑符合、触发驱动及监视几个环节。 从安全分级上讲，核电站保护系统是安全级 设备（1E级）。
3.2.3.1工作原理
保护系统接收传感器仪表组送来的各项参 数和信号。由逻辑处理系统判断处理，给出 自动控制和自动停堆信号，保证核电站的安 全运行。另外在停堆保护系统中还设有手动 停堆和外部停堆按钮，按下任一按钮也能实 现保护停堆。
探测器的选择
反应堆满功输出电流为1×10-3A
长中子电离室 上 下 长中子电离室 上 下
功率量程测 量装置(2)
高压 电源
高压 电源
上 下 长中子电离室 上 下
高压 电源
高压 电源
功率量程测 量装置(2)
功率量程测 量装置(2)
功率量程测 量装置(1)
功率量程测 量装置(1)
功率量程测 量装置(1)
（2.2） 装置接收中继电路发来的“禁止自 动提棒”和“禁止手动提棒”信号，并 能互锁。
系统构成
由逻辑柜和电源柜构成，以秦山核电二期 60万千瓦核电机组棒控系统为例，一个 机组由一台逻辑柜，九个电源柜构成。 控制33根控制棒。
1）逻辑柜 —— 逻辑柜协调电源柜的执行动作，它 分别实施下列功能： ——停堆棒组单独运行控制：
功率量程测 量装置(1)
功率通道 比较装置
低压电源
1
2 3 象限功率倾 4 斜报警装置
N 上偏差
1
2 象限功率倾
3 4 斜报警装置
N 下偏差
功率量程测 量装置(2)
2.4功率量程中子注量率数据的应用
3.1.低中子注量率的测量（物理启动装置）
手提式低压电源
随机脉冲产生器
示波器
图像记录仪
3.1.1物理启动量程的衔接
——控制棒组重迭程序控制。
——在棒控系统中，逻辑柜提供部件的 相互接口关系，每个逻辑柜单元与电站 主控室的仪表和控制有关。
——公共输入信号：
——公共输出信号：
2）电源柜
功能：
—检验相应 的控制逻辑 命令是正常 的（包括重 迭检验）
—检验子组 内棒束三种 线圈的顺序 激励。
数字化棒控系统框图
MCR Displays Plant Computer
6 GB5203-85 核反应堆安全逻辑装置的特性和检验方法
7 GB5204-85 核反应堆的定期试验与监测
8 GB5489-85 印制版制图
9 GB5962-86 标准核仪器插件
10 GB5963-86 反应堆保护系统内部隔离
11 GB7613-87 印制版试验方法
12 GB8993-88 核仪器环境试验基本要求与方法
MCR Displays
Plant Computer
Other I&C Systems
Rod Position Detectors
Incontainment Data
Cabinets
Inside Containment
Rod Position Data on Real Time Data Network
ａ）在驱动轴不导磁的内套管上，环绕安 装一个长度等于驱动轴总行程的初级线 圈，和以N （如：8）个机械步间隔放置 M（如： 31）个次级线圈组成。
ｂ）工作时初级线圈由50Hz的交流电流激 励，使次级线圈产生感应电动势。
c）驱动轴由磁性材料组成，当驱动轴穿越
次级线圈时，激磁电流恒定不变，但
次级线圈内的介质磁导率（μ）发生变化， μ由很小到很大的变化，使次级线圈产生 的感应电动势发生变化，通过监测某一 位置的次级线圈产生的感应电动势，即 可知道驱动轴顶端在其上面还是下面。
（6）如何达到上述要求？ 吸取前人的经验教训，（适用的标
准和规范。）
3.2.3.3适用的标准和规范
1 HAF0203-88 安全导则-核电厂保护系统及有关设施
2 HAF0400-91 核电厂质量保证安全规定
3 HAF00408
核电厂物项制造中的质量保证
5 GB4083-83 核反应堆保护系统安全准则
秦山二期紧急停堆系统有24个参数，专设 安全设施驱动系统有14个保护参数。设A、B 两个独立的逻辑通道，紧急停堆系统24个保 护参数。主要参数和信号有：
主要参数和信号有：
反应堆方面的源量程中子注量率高；中间 量程中子注量率高；
源量程停堆闭锁；中间量程停堆闭锁；功 率量可程（低定值）中子注量率高；功率量程 （高靠性定值）中子注线路量、率元器高件；的选择和处理 功率要量程中子注量率变化率高；超功率ΔT； 超温求ΔT……； 3.2.3.2系统构成： 系统可分为三大部分。