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)的信號處理和數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成，主要提供堆內(nèi)溫度測量和堆內(nèi)中子通量分布測量。一、系統(tǒng)概述AP1000的IIS系統(tǒng)由傳感器、信號處理設(shè)備和軟件組成，給反應(yīng)堆運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、分析和預(yù)測堆芯性能。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IITA內(nèi)的CET測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（自給能探測器）。每個SPD輸出一個非常弱、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。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)堆堆芯運行最佳評估分析系統(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)保護和安全檢測系統(tǒng)（PMS)使用的中子探測器，同時使堆芯性能最優(yōu)化。②為保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)（PMS)提供事故后堆芯不充分冷卻監(jiān)視器的熱電偶信號，為多樣化驅(qū)動系統(tǒng)（DAS)提供堆芯溫度信號。三、系統(tǒng)描述1.AP1000堆芯布局燃料組件157組,每個和燃料組件包含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，為堆芯中子通道測量和堆芯出口熱電偶溫度計提供導(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個控制棒驅(qū)動機構(gòu)貫穿件，8個快接頭貫穿件，一個排氣孔8個快接頭貫穿件傳遞堆內(nèi)測量系統(tǒng)。在IITA貫穿頂蓋處，采用8個Quickloc快速連接裝置實現(xiàn)一回路壓力邊界密封，并能在停堆換料時快速地拆除與連接。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組通過快接頭貫穿件，分別從位于儀表格架組件頂部的8個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Quickloc棒束與壓力容器頂蓋上8個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量探頭：7個中子探測器，1個熱電偶，匯聚成一束后通過儀表導(dǎo)管插入堆芯。三、系統(tǒng)描述電站運行期間，堆內(nèi)儀表套管組件放置在燃料組件內(nèi)，通過反應(yīng)堆壓力容器頂蓋引出到安全殼。堆內(nèi)探測器和堆芯出口熱電偶的信號通過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)儀表套管通過儀表格架組件和快接頭貫穿件將堆芯探測器和測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42根儀表導(dǎo)向管將熱電偶信號傳輸?shù)椒志€箱，將自給能探測器（SPD）信號傳輸?shù)叫盘柼幚頇C柜。IIS系統(tǒng)使用兩段電纜傳輸信號，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個自給能礬熱中子探測器和1個不接地的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處理機柜，它分成兩個電纜，分別將熱電偶信號傳輸?shù)嚼涠朔志€箱，自給能探測器的信號傳輸?shù)叫盘柼幚頇C柜。三、系統(tǒng)描述每一個堆內(nèi)儀表套管包括7個礬中子探測器和1個不接地的K型熱電偶。將熱電偶集成在IITA中取消了CET所需的獨立貫穿件和導(dǎo)向管。套管中的一個礬中子探測器的靈敏帶對應(yīng)整個反應(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個礬探測器以最長礬探測器長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電纜另一端與運行平臺處的電纜連接器盤臺連接。三、系統(tǒng)描述釩自給能中子探測器SPD自給能中子探測器由發(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器的核心部分，它基本上決定了探測器的物理特性。2、探測器的外殼即是收集體，由對中子不靈敏材料（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，采用無機絕緣材料（MgO/AL2O3/BeO），絕緣體的厚度通常0.2mm。4、電纜采用金屬外殼-無機絕緣-金屬芯線同軸電纜。套管中的一個礬探測器的靈敏帶對應(yīng)整個反應(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，其余六個礬探測器以最長礬探測器的七分之一長度順序遞減。三、系統(tǒng)描述K型熱電偶探頭42個IITA各有1個K型熱電偶，每個IITA的K型熱電偶用于測量堆芯燃料組件上方反應(yīng)堆冷卻劑溫度，即測量堆芯出口溫度。熱電偶探頭溫度運行范圍為-18℃~1260℃-18℃~277℃：測量精度在±1.1℃之內(nèi)，277℃~899℃：測量精度在±3/8%之內(nèi)，899℃~1260℃：測量精度在±1/2%之內(nèi)。42個熱電偶信號中，38個1E信號用于保護和安全監(jiān)控系統(tǒng)PMS事故后堆芯冷卻監(jiān)視，4個非1E信號（每個象限布置一個）用于多樣化驅(qū)動系統(tǒng)DAS的多樣性顯示，做為事故后操縱員手動觸發(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信號處理機柜自給能探測器（SPD）信號處理機柜在安全殼內(nèi)工作，自給能探測器信號處理機柜含有把電流轉(zhuǎn)換成電壓信號的電子設(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。每個機柜處理147個信號，2個機柜共產(chǎn)生294（42×7）個數(shù)字信號。這些數(shù)字信號經(jīng)過安全殼貫穿件，通過兩個獨立的通訊連接裝置（多路）傳送到安全殼外。294個釩自給能中子探測器的信號經(jīng)過處理后產(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)堆外中子探測器。四、系統(tǒng)主要設(shè)備4.2反應(yīng)堆堆芯運行最佳評估分析系統(tǒng)（BEACON)當(dāng)反應(yīng)堆運行功率水平超過額定功率的20%時，BEACON系統(tǒng)可以用來精確判定，反應(yīng)堆功率分布是否在AP1000技術(shù)規(guī)格書中規(guī)定的運行限值之內(nèi)。分析軟件可以提供觸發(fā)可視報警的必要信息，用于警告反應(yīng)堆操作員掌握反應(yīng)堆運行限值超限或潛在的超限情況。這個分析系統(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個導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽向上呈放射性分布到格架邊緣的八個區(qū)，在每個區(qū)聚成一束。每一束在適當(dāng)?shù)奈恢糜筛窦芡鈬巍?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能夠自由向下滑動。儀表格架組件上升到全收上位置時，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通過這些裝置直接接入燃料組件的最終位置。在堆芯測量系統(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)動裝置（CRDM）。四、系統(tǒng)主要設(shè)備2）電廠運行時減少輻射

在整個換料停堆期間，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)件提升機具，可以迅速移動。這樣，減少了封頭組裝和拆卸的時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。IHP提升機具可以一直留在IHP中，而不需要兩個回轉(zhuǎn)式吊車在IHP上安裝和移動提升機具。3）易于維護和檢查反應(yīng)堆壓力容器上封頭CRDM周圍有足夠的空間，對反應(yīng)堆壓力容器上封頭進行可視檢查。在IHP中有一個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行檢查。五、AP1000堆內(nèi)儀表系統(tǒng)相比于秦山一期的優(yōu)點AP1000采用固定在線式堆內(nèi)儀表系統(tǒng)，能實時地提供堆芯功率三維分布圖和其他堆芯參數(shù)；一期堆芯溫度測量是固定在線的，而堆芯中子通量測量是移動間歇式的，只能定期給出堆芯功率三維分布圖。AP1000熱電偶和中子探測器是一體式的，無需單獨的熱電偶貫穿件；一期熱電偶和中子探測器是分開的，專門設(shè)置兩個熱電偶貫穿件。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)是同一時刻的；而一期中子探測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)不是同一時刻的，因此在中子通量測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量貫穿件，如果底部