核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进
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从 RPN机 柜 进 入 RPS机柜的信号，在 RPS内部将 对数电流信号，反 转 换 为 计 数 率 信 号 ，同 时 在 RPS机 柜内部完成阈值比较，实现反应堆保护、记 录 、指示及 报警功能。
结 合 上 述 传 输 路 径 ，源 量 程 信 号 通 过 探 测 器 的 生 成 、电缆通路传输、叠 加 干 扰 ，进 入 RPN机 柜 ，在机 柜中经前置放大、甄 别 放 大 和 滤 波 整 形 ，以对数电流 形 式 进 入 RPS机 柜 ，在 RPS机柜中进行阈值比对、参 与 反 应 堆 保 护 和 触 发 报 警 信 号 。RPN信 号 传 输 波 形 如图2 所示。
图 2 RPN传输波形示意图 Fig. 2 Schematic diagram o f RPN transmission waveform
46
ຫໍສະໝຸດ Baidu
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 36 No. 11 November 2015
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进李天友，等
中 图 分 类 号 ：T H - 3 ;T P 2
文献标志码： A
D O I：1 0 .1 6 0 8 6 /j. cnki. issn l000 -0 3 8 0 .2 0 1 5 1 1 0 1 3
Abstract ：The causes of the signal abnormal event of source range channels of nuclear instrument system ( R P N ) in domestic nuclear power
/^\
L = L ( A + R2 + R3 + K ) / Rd
(4)
由 于 & > > (/^ +/?2 +/?3 + / 〇 ，泄漏电流的贡献
是 小 的 ，所以一般来说：
L =h
⑶
从以上理论分析和电路图可以看出，影 响 RPN测
量 电 流 的 影 响 因 素 有 :① 探 测 器 脉 冲 等 效 电 流 &，与 探测器本体的灵敏度、探 测 器 高 压 ％ 、堆芯实际布置
国 家 科 技 重 大 专 项 基 金 资 助 项 目 （编 号 ： K - B 2 0 1 2 .0 5 8 ) 。 修 改 稿 收 到 日 期 :2015 - 0 9 - 14 。 第 一 作 者 李 天 友 （ 1983 - ) ，男 ，2 0 1 0 年 毕 业 于 东 南 大 学 控 制 理 论 与 控 制 工 程 专 业 ，获 硕 士 学 位 ，工 程 师 ；主 要 从 事 核 电 厂 核 岛 仪 控 设 计 的 研究。
3 信号传输分析
源 量 程 通 道 由 CPNB4 4 型 探 测 器 产 生 脉 冲 信 号 ， 信 号 经 由 一 体 化 电 缆 、连 接 板 、贯 穿 件 及 生 物 屏 蔽 电 缆 通路传输，进 入 RPN保护机柜进行放大、甄 别 、数据处 理等。
中子探测器有一个密封的包壳，探测器计数管内壁 涂 硼 ，管内充以氩气和少量的二氧化碳，并外加高压直 流电(850 V )形成一个电场。每个中子与硼碰撞发生核 反 应 ，产 生 a 粒 子 和 7 射线。其 中 ，a 粒子使计数管内 的氩气电离，产 生 正 负 离 子 。在 外 加 电 场 作 用 下 ，离子 分别向正、负 电 极 运 行 ，形 成 电 脉 冲 。核 反 应方程式 如下：
2 . 2 信号异常现象 在 某 核 电 项 目 上 数 次 出 现 RPN源 量 程 信 号 异 常
现 象 ，异常信号以闪发尖峰形式波动，最大闪发尖峰值 达 到 l E + 5 cPs(表征计数率）之 上 。闪发以几个小时 一 次 频 率 出 现 ，部 分 异 常 事 件 导 致 反 应 堆 跳 堆 。
异常情况，对 现 场 调 试 、机组商运 工 作 带 来 了 极 大 干 扰 。而 对 于 RPN源量程信号的异常处理，国内外也无 成熟处理经验，所 以 对 RPN源量程信号异常的薄弱环
本 文 根 据 核 仪 器 电 磁 环 境 条 件 与 试 验 方 法 的 规 定 ，以 RPN源 量 程 信 号 异 常 事 件 为 研 究 对 象 ，通 过 开 展 现 场 实地测试，分 析 核 电 厂 RPN系统信号异常薄弱环节并 制定改进措施。
( 深 圳 中 广 核 工 程 设 计 有 限 公 司 ，广 东 深 圳 518172)
摘 要 ：对国内核电厂核仪表系统（RPN)源量程通道信号异常事件的原因和改进措施进行研究。通过分析源量程通道组成、信号异
常现象、信号传输线路及传输波形，建立源量程通道等效电路模型;对模型进行电路分析，得到源量程 通 道 理 论 干 扰 源 。建立信号异
在 CPNB4 4 正比计数管的阴极和阳极之间施加一 个 直 流 高 压 源 ，当 探 测 器 稳 态 工 作 时 ，其 测 量 电 流 为 ：
其 中 义 受 供 电 电 压 、探测器灵敏度、中子通量密 度影响。
其泄漏电流为：
j
7mea X (
+ "^line2 +
+ "^mea )
7leak = -------------------------------p ----------------------------------
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进李天友，等
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进
Analysis of the Causes of Signal Abnormality of RPN in Nuclear Power Plant and the Improvement Measures
豸天A ® • 灸 左 俗 彡 永 糾 光 明
分别对应传输线路
电 阻 ，Cd、Cm分 别 对 应 探 测 器 及 传 输 线 路 分 布 电 容 、测
试 电 路 输 入 电 容 ，％ 为 探 测 器 高 压 电 压 源 电 压 。
图 3 探测器回路等效电路图 Fig. 3 Equivalent circuit o f the detector loop
常故障树，对已发生事件、同类型因素比对并排除故障树无关枝节，得到源量程信号 异 常 的 薄 弱 环 节 及 原 因 ，同时给出改进措施。改
进措施已应用于实际核电项目建设中，对国内外同类事件的处理具有一定参考价值。
关 键 词 ：核 仪 表 核 仪 表 系 统 （RPN) 源 量 程 故 障 树 电 磁 干 扰
机柜进行处理及参与保护。源量程通道组成及示意图 如图1 所示。
防水母接头 RPN专用电缆托盘 接 头 保 护 套 贯 f 件芯棒
1^\电源母线 RPN机柜
KCS机柜
连接板 、CPNB-44:涂硼正比计数管
公接，/
生物电缆
普通托盘t
图 1 RPN源量程通道组成示意图 Fig. 1 Schematic diagram o f the com position o f RPN source range channels
m odel; the theoretical interference source o f the source range channel is obtained. The signal abnormal fault tree is setup; by inter-comparison of
the events that have occurred, the same type o f factors, and exclude unrelated branches and knots of fault tree, the weak links and reasons of
2 源量程通道及信号异常
2 . 1 源量程通道 RPN源量程测量通道由CPNB4 4 型涂硼正比计数
《自动化仪表》第 3 6 卷 第 1 1 期 2015年 1 1 月
45
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进李天友，等
管 探 测 器 、连 接 板 、连 接 电 缆 及 一 个 包 含 调 理 单 元 与 处 理 单 元 的 保 护 机 柜 组 成 ，其 测 量 信 号 送 至 反 应 堆 保 护
abnormal signals o f source range are found, and the improving measures are also given. The improving measures have been applied in
construction o f practical nuclear power projects, these possesses certain reference values for processing the same type of events at home and
\n + 5°B — ^Li +24Ue + Q
(1)
信 号 的 处 理 由 RPN保护机柜完成，保护机柜包含 调理单元与处理单元。调理单元执行功能包括提供探 测器工作高压，进行脉冲信号前置放大、后 置 放 大 、滤 波 、甄 别 ，以消 除 7 射线噪声影响。处理单元实现计数 率计算、计数率转换为电流、对 数 放 大 、计算倍增周期 和输出模拟信号等功能。
abroad. Keywords ：Nuclear instrument RPN Source range Fault tree Electro magnetic interference
〇 引言
核仪 表 系 统 （RPN)采 用 分 布 于 反 应 堆 压 力 容 器 外 的 一 系 列 中 子 探 测 器 来 测 量 反 应 堆 功 率 、功 率 变 化 率 及 轴 向 功 率 偏 差 等 ，是 关 系 到 反 应 堆 安 全 的 重 要 系
plants and related improving measures are researched. Through analyzing the composition, abnormal signal phenomenon, signal transmission
path, and transmission waveform, the equivalent circuit model of the source range channel is established. Circuit analysis is conducted for the
4 等效电路分析及理论干扰源
通 过 对 源 量 程 通 道 组 成 及 信 号 传 输 的 分 析 [5]，建 立源量程通道等效电路图，如 图 3 所 示 。图 3 中，/,为
探测器等效脉冲电流，/z、A 分 别 对 应 泄 漏 电 流 、绝缘 电阻乂对应电磁干扰等效电流源电流， 分别对
应测量电流、测 量 电 阻 ，
等 有 关 ;② 探 测 器 绝 缘 电 阻 Rd，由于源量程通道从探 测器本体至机柜贯穿，并在机柜侧进行统一接地，所以
节及预防措施进行系统性研究，具有现实性和必要性。
1 法规标准分析
根 据 ffiC 61226 “核电站重要安全性仪器仪表和 控制功能分级”[2]要 求 ，核 仪 表 系 统 （RPN)需可靠稳
统 [1]。 目前，法国大部分机组、国内在运在建机组、核 电三代技术机组在核仪表系统源量程通道所使用的探 测器为涂硼正比计数管。其 信 号 属 于 极 微 小 信 号 ，易 受 到 干 扰 ，而 用 于 传 输 该 信 号 的 通 道 存 在 不 同 的 薄 弱 环 节 ，干扰源易通过这些薄弱环节使源量程信号异常。
定地执行其安全功能。 GB_13284 “核电厂安全系统准则”[3]规定核电厂
安全系统需要考虑电磁干扰对系统可能导致的运行异 常或者损坏。GB_11684“核仪器电磁环境条件与试验 方 法 ”[4]提 到 核 电 厂 反 应 堆 仪 器 具 有 显 著 的 电 磁 敏 感
对 于 源 量 程 通 道 信 号 异 常 事 例 ，国 外 鲜 有 报 道 。 性 ，具有长电缆、低信号水平和宽频带等特点，需结合 在国内某核电项目上，RPN源量程出现了多频次信号 安全性与可靠性的严格要求，谨慎对待电磁干扰效应。
结 合 上 述 传 输 路 径 ，源 量 程 信 号 通 过 探 测 器 的 生 成 、电缆通路传输、叠 加 干 扰 ，进 入 RPN机 柜 ，在机 柜中经前置放大、甄 别 放 大 和 滤 波 整 形 ，以对数电流 形 式 进 入 RPS机 柜 ，在 RPS机柜中进行阈值比对、参 与 反 应 堆 保 护 和 触 发 报 警 信 号 。RPN信 号 传 输 波 形 如图2 所示。
图 2 RPN传输波形示意图 Fig. 2 Schematic diagram o f RPN transmission waveform
46
ຫໍສະໝຸດ Baidu
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 36 No. 11 November 2015
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进李天友，等
中 图 分 类 号 ：T H - 3 ;T P 2
文献标志码： A
D O I：1 0 .1 6 0 8 6 /j. cnki. issn l000 -0 3 8 0 .2 0 1 5 1 1 0 1 3
Abstract ：The causes of the signal abnormal event of source range channels of nuclear instrument system ( R P N ) in domestic nuclear power
/^\
L = L ( A + R2 + R3 + K ) / Rd
(4)
由 于 & > > (/^ +/?2 +/?3 + / 〇 ，泄漏电流的贡献
是 小 的 ，所以一般来说：
L =h
⑶
从以上理论分析和电路图可以看出，影 响 RPN测
量 电 流 的 影 响 因 素 有 :① 探 测 器 脉 冲 等 效 电 流 &，与 探测器本体的灵敏度、探 测 器 高 压 ％ 、堆芯实际布置
国 家 科 技 重 大 专 项 基 金 资 助 项 目 （编 号 ： K - B 2 0 1 2 .0 5 8 ) 。 修 改 稿 收 到 日 期 :2015 - 0 9 - 14 。 第 一 作 者 李 天 友 （ 1983 - ) ，男 ，2 0 1 0 年 毕 业 于 东 南 大 学 控 制 理 论 与 控 制 工 程 专 业 ，获 硕 士 学 位 ，工 程 师 ；主 要 从 事 核 电 厂 核 岛 仪 控 设 计 的 研究。
3 信号传输分析
源 量 程 通 道 由 CPNB4 4 型 探 测 器 产 生 脉 冲 信 号 ， 信 号 经 由 一 体 化 电 缆 、连 接 板 、贯 穿 件 及 生 物 屏 蔽 电 缆 通路传输，进 入 RPN保护机柜进行放大、甄 别 、数据处 理等。
中子探测器有一个密封的包壳，探测器计数管内壁 涂 硼 ，管内充以氩气和少量的二氧化碳，并外加高压直 流电(850 V )形成一个电场。每个中子与硼碰撞发生核 反 应 ，产 生 a 粒 子 和 7 射线。其 中 ，a 粒子使计数管内 的氩气电离，产 生 正 负 离 子 。在 外 加 电 场 作 用 下 ，离子 分别向正、负 电 极 运 行 ，形 成 电 脉 冲 。核 反 应方程式 如下：
2 . 2 信号异常现象 在 某 核 电 项 目 上 数 次 出 现 RPN源 量 程 信 号 异 常
现 象 ，异常信号以闪发尖峰形式波动，最大闪发尖峰值 达 到 l E + 5 cPs(表征计数率）之 上 。闪发以几个小时 一 次 频 率 出 现 ，部 分 异 常 事 件 导 致 反 应 堆 跳 堆 。
异常情况，对 现 场 调 试 、机组商运 工 作 带 来 了 极 大 干 扰 。而 对 于 RPN源量程信号的异常处理，国内外也无 成熟处理经验，所 以 对 RPN源量程信号异常的薄弱环
本 文 根 据 核 仪 器 电 磁 环 境 条 件 与 试 验 方 法 的 规 定 ，以 RPN源 量 程 信 号 异 常 事 件 为 研 究 对 象 ，通 过 开 展 现 场 实地测试，分 析 核 电 厂 RPN系统信号异常薄弱环节并 制定改进措施。
( 深 圳 中 广 核 工 程 设 计 有 限 公 司 ，广 东 深 圳 518172)
摘 要 ：对国内核电厂核仪表系统（RPN)源量程通道信号异常事件的原因和改进措施进行研究。通过分析源量程通道组成、信号异
常现象、信号传输线路及传输波形，建立源量程通道等效电路模型;对模型进行电路分析，得到源量程 通 道 理 论 干 扰 源 。建立信号异
在 CPNB4 4 正比计数管的阴极和阳极之间施加一 个 直 流 高 压 源 ，当 探 测 器 稳 态 工 作 时 ，其 测 量 电 流 为 ：
其 中 义 受 供 电 电 压 、探测器灵敏度、中子通量密 度影响。
其泄漏电流为：
j
7mea X (
+ "^line2 +
+ "^mea )
7leak = -------------------------------p ----------------------------------
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进李天友，等
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进
Analysis of the Causes of Signal Abnormality of RPN in Nuclear Power Plant and the Improvement Measures
豸天A ® • 灸 左 俗 彡 永 糾 光 明
分别对应传输线路
电 阻 ，Cd、Cm分 别 对 应 探 测 器 及 传 输 线 路 分 布 电 容 、测
试 电 路 输 入 电 容 ，％ 为 探 测 器 高 压 电 压 源 电 压 。
图 3 探测器回路等效电路图 Fig. 3 Equivalent circuit o f the detector loop
常故障树，对已发生事件、同类型因素比对并排除故障树无关枝节，得到源量程信号 异 常 的 薄 弱 环 节 及 原 因 ，同时给出改进措施。改
进措施已应用于实际核电项目建设中，对国内外同类事件的处理具有一定参考价值。
关 键 词 ：核 仪 表 核 仪 表 系 统 （RPN) 源 量 程 故 障 树 电 磁 干 扰
机柜进行处理及参与保护。源量程通道组成及示意图 如图1 所示。
防水母接头 RPN专用电缆托盘 接 头 保 护 套 贯 f 件芯棒
1^\电源母线 RPN机柜
KCS机柜
连接板 、CPNB-44:涂硼正比计数管
公接，/
生物电缆
普通托盘t
图 1 RPN源量程通道组成示意图 Fig. 1 Schematic diagram o f the com position o f RPN source range channels
m odel; the theoretical interference source o f the source range channel is obtained. The signal abnormal fault tree is setup; by inter-comparison of
the events that have occurred, the same type o f factors, and exclude unrelated branches and knots of fault tree, the weak links and reasons of
2 源量程通道及信号异常
2 . 1 源量程通道 RPN源量程测量通道由CPNB4 4 型涂硼正比计数
《自动化仪表》第 3 6 卷 第 1 1 期 2015年 1 1 月
45
核电厂核仪表系统信号异常原因分析及改进李天友，等
管 探 测 器 、连 接 板 、连 接 电 缆 及 一 个 包 含 调 理 单 元 与 处 理 单 元 的 保 护 机 柜 组 成 ，其 测 量 信 号 送 至 反 应 堆 保 护
abnormal signals o f source range are found, and the improving measures are also given. The improving measures have been applied in
construction o f practical nuclear power projects, these possesses certain reference values for processing the same type of events at home and
\n + 5°B — ^Li +24Ue + Q
(1)
信 号 的 处 理 由 RPN保护机柜完成，保护机柜包含 调理单元与处理单元。调理单元执行功能包括提供探 测器工作高压，进行脉冲信号前置放大、后 置 放 大 、滤 波 、甄 别 ，以消 除 7 射线噪声影响。处理单元实现计数 率计算、计数率转换为电流、对 数 放 大 、计算倍增周期 和输出模拟信号等功能。
abroad. Keywords ：Nuclear instrument RPN Source range Fault tree Electro magnetic interference
〇 引言
核仪 表 系 统 （RPN)采 用 分 布 于 反 应 堆 压 力 容 器 外 的 一 系 列 中 子 探 测 器 来 测 量 反 应 堆 功 率 、功 率 变 化 率 及 轴 向 功 率 偏 差 等 ，是 关 系 到 反 应 堆 安 全 的 重 要 系
plants and related improving measures are researched. Through analyzing the composition, abnormal signal phenomenon, signal transmission
path, and transmission waveform, the equivalent circuit model of the source range channel is established. Circuit analysis is conducted for the
4 等效电路分析及理论干扰源
通 过 对 源 量 程 通 道 组 成 及 信 号 传 输 的 分 析 [5]，建 立源量程通道等效电路图，如 图 3 所 示 。图 3 中，/,为
探测器等效脉冲电流，/z、A 分 别 对 应 泄 漏 电 流 、绝缘 电阻乂对应电磁干扰等效电流源电流， 分别对
应测量电流、测 量 电 阻 ，
等 有 关 ;② 探 测 器 绝 缘 电 阻 Rd，由于源量程通道从探 测器本体至机柜贯穿，并在机柜侧进行统一接地，所以
节及预防措施进行系统性研究，具有现实性和必要性。
1 法规标准分析
根 据 ffiC 61226 “核电站重要安全性仪器仪表和 控制功能分级”[2]要 求 ，核 仪 表 系 统 （RPN)需可靠稳
统 [1]。 目前，法国大部分机组、国内在运在建机组、核 电三代技术机组在核仪表系统源量程通道所使用的探 测器为涂硼正比计数管。其 信 号 属 于 极 微 小 信 号 ，易 受 到 干 扰 ，而 用 于 传 输 该 信 号 的 通 道 存 在 不 同 的 薄 弱 环 节 ，干扰源易通过这些薄弱环节使源量程信号异常。
定地执行其安全功能。 GB_13284 “核电厂安全系统准则”[3]规定核电厂
安全系统需要考虑电磁干扰对系统可能导致的运行异 常或者损坏。GB_11684“核仪器电磁环境条件与试验 方 法 ”[4]提 到 核 电 厂 反 应 堆 仪 器 具 有 显 著 的 电 磁 敏 感
对 于 源 量 程 通 道 信 号 异 常 事 例 ，国 外 鲜 有 报 道 。 性 ，具有长电缆、低信号水平和宽频带等特点，需结合 在国内某核电项目上，RPN源量程出现了多频次信号 安全性与可靠性的严格要求，谨慎对待电磁干扰效应。