蔣波　武文超　陳夢(mèng)雪　王軍成

摘 要

本文介紹了高通量工程試驗(yàn)堆臨界裝置（HFETRC）核測(cè)系統(tǒng)的組成和調(diào)試過程，對(duì)系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)，分析了故障的原因，以及不同類型故障所采取的解決措施。本文對(duì)反應(yīng)堆核測(cè)系統(tǒng)調(diào)試、維修工作具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞

HFETRC;核測(cè)系統(tǒng);臨界裝置

中圖分類號(hào)： TL362 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 79

0 前言

為了對(duì)中國工程試驗(yàn)堆的堆芯物理設(shè)計(jì)及計(jì)算進(jìn)行校核驗(yàn)證，為后續(xù)堆運(yùn)行提供重要的物理參數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行堆芯1：1物理模擬試驗(yàn)。HFETRC建成于1982年，主要用于開展高通量工程試驗(yàn)堆的零功率物理試驗(yàn)研究。為了在HFETRC上開展中國工程試驗(yàn)堆零功率物理試驗(yàn)，需要對(duì)HFETRC進(jìn)行改造調(diào)試，用以滿足中國工程試驗(yàn)堆物理試驗(yàn)要求。核測(cè)系統(tǒng)是HFETRC儀控系統(tǒng)的重要組成部分，其通過連續(xù)測(cè)量中子注量率及其變化，并對(duì)測(cè)得的各種信號(hào)加以顯示記錄，為運(yùn)行、試驗(yàn)人員提供反應(yīng)堆裝料、卸料、停堆、啟堆和功率運(yùn)行時(shí)反應(yīng)堆的狀態(tài)信息及保護(hù)。為此，需對(duì)HFETRC核測(cè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查、儀表校驗(yàn)、故障處理、設(shè)備安裝調(diào)試，確保臨界試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

1 核測(cè)系統(tǒng)組成

為掌握臨界裝置在堆芯裝料、卸料、停堆、臨界試驗(yàn)、功率刻度各個(gè)階段狀態(tài)信息，HFETRC核測(cè)系統(tǒng)采用3中不同量程的8個(gè)獨(dú)立測(cè)量通道來監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆中子注量率。HFETRC核測(cè)系統(tǒng)由兩臺(tái)啟動(dòng)中子監(jiān)測(cè)儀、兩臺(tái)周期監(jiān)測(cè)儀、兩臺(tái)功率保護(hù)儀、兩臺(tái)功率測(cè)量儀等二次儀表，以及它們各自相應(yīng)的探測(cè)器、電纜、轉(zhuǎn)接盒組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

啟動(dòng)中子監(jiān)測(cè)儀用于臨界裝置的裝料、卸料、啟動(dòng)等在非常低的功率水平時(shí)對(duì)反應(yīng)堆中子注量率的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行人員可根據(jù)啟動(dòng)中子監(jiān)測(cè)儀來判斷中子注量率增長的快慢程度。啟動(dòng)中子監(jiān)測(cè)儀采用線性率表和對(duì)數(shù)率表實(shí)現(xiàn)對(duì)中子注量率水平的實(shí)時(shí)顯示，其配套使用的中子探測(cè)器為BF3計(jì)數(shù)管（中子靈敏度100cps/n.cm-2.s-1，測(cè)量范圍10-2～2×103n.cm-2.s-1）。

周期監(jiān)測(cè)儀通過測(cè)量反應(yīng)堆的中子注量率和e倍增長周期，對(duì)中子注量率的變化趨勢(shì)、反應(yīng)堆所處的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)周期增長速率超過設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)短周期警告信號(hào)、周期保護(hù)信號(hào)，中子注量率超過設(shè)定值時(shí)觸發(fā)小功率保護(hù)信號(hào)。周期監(jiān)測(cè)儀配套使用的中子探測(cè)器為裂變電離室（中子靈敏度1cps/n.cm-2.s-1，測(cè)量范圍1～2×1010n.cm-2.s-1）。

功率保護(hù)儀用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的運(yùn)行功率保護(hù)，防止功率超過設(shè)定值，當(dāng)運(yùn)行功率超過設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)功率高警告信號(hào)、保護(hù)信號(hào)。功率保護(hù)儀可以在量程范圍內(nèi)根據(jù)運(yùn)行限值要求設(shè)定保護(hù)值，其配套使用的中子探測(cè)器為γ補(bǔ)償電離室（中子靈敏度5×10-14A/n.cm-2.s-1，測(cè)量范圍2×102～5×1010n.cm-2.s-1）。

功率測(cè)量儀用以監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的核功率水平，通過測(cè)量電離室的電流輸出來監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率，其配套使用的中子探測(cè)器為γ補(bǔ)償電離室。

啟動(dòng)中子監(jiān)測(cè)儀、周期監(jiān)測(cè)儀、功率保護(hù)儀、功率測(cè)量儀所使用中子探測(cè)器在堆內(nèi)布置如圖2所示。

2 核測(cè)系統(tǒng)調(diào)試

2.1 核測(cè)系統(tǒng)調(diào)試準(zhǔn)備

核測(cè)系統(tǒng)開始調(diào)試前，需要完成以下準(zhǔn)備工作：核測(cè)系統(tǒng)二次儀表校驗(yàn)程序準(zhǔn)備齊全有效，設(shè)備使用說明書、圖冊(cè)、測(cè)試記錄表齊全;設(shè)備校驗(yàn)人員，系統(tǒng)測(cè)試人員均通過考核并取得授權(quán)，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備工作原理、性能特征、操作方法;測(cè)試用脈沖發(fā)生器、電流信號(hào)源等儀器精度滿足測(cè)試要求，絕緣電阻測(cè)試儀、電容測(cè)試儀等計(jì)量器具均經(jīng)鑒定合格且在有效期內(nèi)，中子源場強(qiáng)滿足測(cè)試要求;測(cè)試現(xiàn)場溫濕度滿足設(shè)備使用要求。

2.2 設(shè)備單體調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試前，需要完成中子探測(cè)器電氣性能測(cè)試、轉(zhuǎn)接盒性能測(cè)試、同軸電纜性能測(cè)試、核測(cè)系統(tǒng)二次儀表校驗(yàn)。

中子探測(cè)器電氣性能測(cè)試主要按照《GB/T 7164用于核反應(yīng)堆的輻射探測(cè)器特性及其測(cè)試方法》進(jìn)行探測(cè)器絕緣電阻和電容測(cè)試，探測(cè)器電氣性能指標(biāo)應(yīng)能滿足使用要求。

轉(zhuǎn)接盒與同軸電纜性測(cè)試性能測(cè)試包括通斷測(cè)試、電容測(cè)試、芯線對(duì)屏蔽絕緣電阻測(cè)試、屏蔽對(duì)地絕緣電阻測(cè)試。

核測(cè)系統(tǒng)二次儀表校驗(yàn)按照校驗(yàn)程序開展設(shè)備功能、性能測(cè)試。主要測(cè)試內(nèi)容包括：高壓電源模塊輸出量、低壓電源模塊輸出量、前置放大器的放大倍數(shù)、儀器的量程和精度、儀器的定值輸出和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

2.3 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試

完成核測(cè)系統(tǒng)設(shè)備單體調(diào)試及安裝后，進(jìn)行系統(tǒng)通電檢查，測(cè)試探測(cè)器和二次儀表的本底是否滿足測(cè)試要求。然后外加中子源，測(cè)試功率保護(hù)儀和功率測(cè)量儀響應(yīng)是否正確;調(diào)節(jié)啟動(dòng)中子監(jiān)測(cè)儀和周期監(jiān)測(cè)儀的閾值、工作電壓，測(cè)試探測(cè)器閾特性、坪特性是否滿足使用要求。后續(xù)進(jìn)行24h穩(wěn)定性試驗(yàn)，測(cè)試系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定性及抗干擾能力。

3 故障處理

核測(cè)系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的故障現(xiàn)象主要為設(shè)備插件故障、線纜絕緣性能低、本底高、電磁干擾等。

3.1 信號(hào)傳輸電纜絕緣性低故障處理

進(jìn)行同軸電纜性能測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)的問題有：電纜絕緣性能不滿足要求、芯線與屏蔽線短接等問題。首先對(duì)同軸電纜接頭進(jìn)行檢查，由于電纜接頭制作不當(dāng)，導(dǎo)致芯線與屏蔽線短接觸，引起芯線與屏蔽線短接。引起電纜芯線與屏蔽線間絕緣性低的原因包括：電纜接頭內(nèi)、接線盒內(nèi)絕緣材料表面清潔度不滿足要求，電纜芯線與屏蔽線間絕緣材料受潮。通過對(duì)絕緣材料表面進(jìn)行清潔處理、截掉受潮電纜后，并對(duì)同軸電纜與電纜接頭密封處理。后續(xù)信號(hào)傳輸電纜絕緣電阻值均大于4TΩ（1000V），滿足使用要求。

3.2 電源模塊故障處理

核測(cè)系統(tǒng)二次儀表測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)周期監(jiān)測(cè)儀高壓電源模塊無輸出、功率測(cè)量儀外殼對(duì)地存在24V電壓。經(jīng)測(cè)試，周期監(jiān)測(cè)儀高壓電源模塊故障，更換高壓電源模塊后輸出正常。功率測(cè)量儀低壓電源模塊中三極管安裝過程中未進(jìn)行絕緣處理，導(dǎo)致24V電源線與設(shè)備外殼接觸。三極管在工作過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，安裝過程中需要加絕緣和散熱材料處理，通過在三極管與外殼間加裝云母墊片后故障消失。

3.3 周期監(jiān)測(cè)儀本底高

核測(cè)系統(tǒng)安裝完成后上電測(cè)試時(shí)，1號(hào)周期監(jiān)測(cè)儀存在上千計(jì)數(shù)，此時(shí)堆內(nèi)無中子源及燃料元件。對(duì)周期監(jiān)測(cè)儀的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)，但計(jì)數(shù)仍然存在。對(duì)探測(cè)器結(jié)構(gòu)、線纜傳輸路徑、周期監(jiān)測(cè)儀安裝方式分析，查找本底過高的原因。裂變電離室安裝在測(cè)量孔道內(nèi)，外殼與臨界裝置導(dǎo)通接地，裂變室外殼與信號(hào)電纜屏蔽層導(dǎo)通接至儀器屏蔽地。由于裂變電離室電纜存在兩點(diǎn)接地，在兩接地點(diǎn)引入地環(huán)流，引入的干擾嚴(yán)重影響信號(hào)的傳輸。對(duì)裂變電離室外殼進(jìn)行絕緣處理，采用一點(diǎn)接地的方式。通電測(cè)試，1號(hào)周期監(jiān)測(cè)儀的計(jì)數(shù)恢復(fù)正常。

3.4 周期監(jiān)測(cè)儀無輸出故障處理

系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試過程中，外加中子源后，2號(hào)周期監(jiān)測(cè)儀無輸出，更換1號(hào)周期監(jiān)測(cè)儀后輸出正常。通過外加信號(hào)源進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)信號(hào)源脈沖幅度減小到一定程度后，周期監(jiān)測(cè)儀無讀數(shù)，增大脈沖幅度后計(jì)數(shù)恢復(fù)正常。判斷故障位置為周期檢測(cè)儀前置放大單元中的放大芯片故障，更換放大芯片后，2號(hào)周期監(jiān)測(cè)儀計(jì)數(shù)正常。

3.5 功率保護(hù)儀觸發(fā)功率保護(hù)信號(hào)故障處理

核測(cè)系統(tǒng)24h穩(wěn)定性試驗(yàn)過程中，運(yùn)行人員操作電磁排水閥時(shí)，均會(huì)觸發(fā)功率保護(hù)信號(hào)。進(jìn)行現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)電磁排水閥與功率保護(hù)儀信號(hào)電纜間距過小，電磁排水閥動(dòng)作時(shí)引起功率保護(hù)儀誤觸發(fā)保護(hù)信號(hào)。通過優(yōu)化功率保護(hù)儀信號(hào)電纜走線，并對(duì)電磁排水閥加裝屏蔽設(shè)施后，進(jìn)行電磁排水閥操作時(shí)，功率保護(hù)儀工作正常。

4 結(jié)束語

核測(cè)系統(tǒng)對(duì)臨界裝置的安全、可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵性作用，通過調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)存在的故障進(jìn)行了識(shí)別。通過測(cè)試、對(duì)比分析等方法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確的定位，并對(duì)故障進(jìn)行有效的處理，確保了臨界裝置核測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保障了中國工程試驗(yàn)堆臨界試驗(yàn)的順利進(jìn)行。調(diào)試過程中遇到的故障現(xiàn)象多為核測(cè)系統(tǒng)典型故障，為后續(xù)中國工程試驗(yàn)堆核測(cè)系統(tǒng)安裝調(diào)試提供一定的參考。