HFETRC核测系统调试及设备故障处理研究
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摘 要
本文介绍了高通量工程试验堆临界装置（HFETRC）核测系统的组成和调试过程，对系统调试中出现的问题进行了总结，分析了故障的原因，以及不同类型故障所采取的解决措施。本文对反应堆核测系统调试、维修工作具有一定的借鉴意义。
关键词
HFETRC;核测系统;临界装置
中图分类號： TL362 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 79
0 前言
为了对中国工程试验堆的堆芯物理设计及计算进行校核验证，为后续堆运行提供重要的物理参数计算数据，需要进行堆芯1：1物理模拟试验。HFETRC建成于1982年，主要用于开展高通量工程试验堆的零功率物理试验研究。为了在HFETRC上开展中国工程试验堆零功率物理试验，需要对HFETRC进行改造调试，用以满足中国工程试验堆物理试验要求。核测系统是HFETRC仪控系统的重要组成部分，其通过连续测量中子注量率及其变化，并对测得的各种信号加以显示记录，为运行、试验人员提供反应堆装料、卸料、停堆、启堆和功率运行时反应堆的状态信息及保护。为此，需对HFETRC核测系统设备进行状态检查、仪表校验、故障处理、设备安装调试，确保临界试验的顺利进行。
1 核测系统组成
为掌握临界装置在堆芯装料、卸料、停堆、临界试验、功率刻度各个阶段状态信息，HFETRC核测系统采用3中不同量程的8个独立测量通道来监测反应堆中子注量率。HFETRC核测系统由两台启动中子监测仪、两台周期监测仪、两台功率保护仪、两台功率测量仪等二次仪表，以及它们各自相应的探测器、电缆、转接盒组成，其系统结构如图1所示。
启动中子监测仪用于临界装置的装料、卸料、启动等在非常低的功率水平时对反应堆中子注量率的监测，运行人员可根据启动中子监测仪来判断中子注量率增长的快慢程度。启动中子监测仪采用线性率表和对数率表实现对中子注量率水平的实时显示，其配套使用的中子探测器为BF3计数管（中子灵敏度100cps/n.cm-2.s-1，测量范围10-2～2×103n.cm-2.s-1）。
周期监测仪通过测量反应堆的中子注量率和e倍增长周期，对中子注量率的变化趋势、反应堆所处的状态进行监测。当周期增长速率超过设定值时，触发短周期警告信号、周期保护信号，中子注量率超过设定值时触发小功率保护信号。周期监测仪配套使用的中子探测器为裂变电离室（中子灵敏度1cps/n.cm-2.s-1，测量范围1～2×1010n.cm-2.s-1）。
功率保护仪用于监测反应堆的运行功率保护，防止功率超过设定值，当运行功率超过设定值时，触发功率高警告信号、保护信号。功率保护仪可以在量程范围内根据运行限值要求设定保护值，其配套使用的中子探测器为γ补偿电离室（中子灵敏度5×10-14A/n.cm-2.s-1，测量范围2×102～5×1010n.cm-2.s-1）。
功率测量仪用以监测反应堆的核功率水平，通过测量电离室的电流输出来监测反应堆功率，其配套使用的中子探测器为γ补偿电离室。
启动中子监测仪、周期监测仪、功率保护仪、功率测量仪所使用中子探测器在堆内布置如图2所示。
2 核测系统调试
2.1 核测系统调试准备
核测系统开始调试前，需要完成以下准备工作：核测系统二次仪表校验程序准备齐全有效，设备使用说明书、图册、测试记录表齐全;设备校验人员，系统测试人员均通过考核并取得授权，掌握系统结构、设备工作原理、性能特征、操作方法;测试用脉冲发生器、电流信号源等仪器精度满足测试要求，绝缘电阻测试仪、电容测试仪等计量器具均经鉴定合格且在有效期内，中子源场强满足测试要求;测试现场温湿度满足设备使用要求。
2.2 设备单体调试
系统调试前，需要完成中子探测器电气性能测试、转接盒性能测试、同轴电缆性能测试、核测系统二次仪表校验。
中子探测器电气性能测试主要按照《GB/T 7164用于核反应堆的辐射探测器特性及其测试方法》进行探测器绝缘电阻和电容测试，探测器电气性能指标应能满足使用要求。
转接盒与同轴电缆性测试性能测试包括通断测试、电容测试、芯线对屏蔽绝缘电阻测试、屏蔽对地绝缘电阻测试。
核测系统二次仪表校验按照校验程序开展设备功能、性能测试。主要测试内容包括：高压电源模块输出量、低压电源模块输出量、前置放大器的放大倍数、仪器的量程和精度、仪器的定值输出和状态监测。
2.3 系统联合调试
完成核测系统设备单体调试及安装后，进行系统通电检查，测试探测器和二次仪表的本底是否满足测试要求。然后外加中子源，测试功率保护仪和功率测量仪响应是否正确;调节启动中子监测仪和周期监测仪的阈值、工作电压，测试探测器阈特性、坪特性是否满足使用要求。后续进行24h稳定性试验，测试系统长期运行稳定性及抗干扰能力。
3 故障处理
核测系统调试过程中遇到的故障现象主要为设备插件故障、线缆绝缘性能低、本底高、电磁干扰等。
3.1 信号传输电缆绝缘性低故障处理
进行同轴电缆性能测试时，发现的问题有：电缆绝缘性能不满足要求、芯线与屏蔽线短接等问题。首先对同轴电缆接头进行检查，由于电缆接头制作不当，导致芯线与屏蔽线短接触，引起芯线与屏蔽线短接。引起电缆芯线与屏蔽线间绝缘性低的原因包括：电缆接头内、接线盒内绝缘材料表面清洁度不满足要求，电缆芯线与屏蔽线间绝缘材料受潮。通过对绝缘材料表面进行清洁处理、截掉受潮电缆后，并对同轴电缆与电缆接头密封处理。后续信号传输电缆绝缘电阻值均大于4TΩ（1000V），满足使用要求。 3.2 电源模块故障处理
核测系统二次仪表测试过程中，发现周期监测仪高压电源模块无输出、功率测量仪外壳对地存在24V電压。经测试，周期监测仪高压电源模块故障，更换高压电源模块后输出正常。功率测量仪低压电源模块中三极管安装过程中未进行绝缘处理，导致24V电源线与设备外壳接触。三极管在工作过程中会产生热量，安装过程中需要加绝缘和散热材料处理，通过在三极管与外壳间加装云母垫片后故障消失。
3.3 周期监测仪本底高
核测系统安装完成后上电测试时，1号周期监测仪存在上千计数，此时堆内无中子源及燃料元件。对周期监测仪的阈值进行调节，但计数仍然存在。对探测器结构、线缆传输路径、周期监测仪安装方式分析，查找本底过高的原因。裂变电离室安装在测量孔道内，外壳与临界装置导通接地，裂变室外壳与信号电缆屏蔽层导通接至仪器屏蔽地。由于裂变电离室电缆存在两点接地，在两接地点引入地环流，引入的干扰严重影响信号的传输。对裂变电离室外壳进行绝缘处理，采用一点接地的方式。通电测试，1号周期监测仪的计数恢复正常。
3.4 周期监测仪无输出故障处理
系统联合调试过程中，外加中子源后，2号周期监测仪无输出，更换1号周期监测仪后输出正常。通过外加信号源进行测试，当信号源脉冲幅度减小到一定程度后，周期监测仪无读数，增大脉冲幅度后计数恢复正常。判断故障位置为周期检测仪前置放大单元中的放大芯片故障，更换放大芯片后，2号周期监测仪计数正常。
3.5 功率保护仪触发功率保护信号故障处理
核测系统24h稳定性试验过程中，运行人员操作电磁排水阀时，均会触发功率保护信号。进行现场排查，发现电磁排水阀与功率保护仪信号电缆间距过小，电磁排水阀动作时引起功率保护仪误触发保护信号。通过优化功率保护仪信号电缆走线，并对电磁排水阀加装屏蔽设施后，进行电磁排水阀操作时，功率保护仪工作正常。
4 结束语
核测系统对临界装置的安全、可靠运行起着关键性作用，通过调试，对系统存在的故障进行了识别。通过测试、对比分析等方法对故障点进行精确的定位，并对故障进行有效的处理，确保了临界装置核测系统的稳定运行，保障了中国工程试验堆临界试验的顺利进行。调试过程中遇到的故障现象多为核测系统典型故障，为后续中国工程试验堆核测系统安装调试提供一定的参考。
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