1、堆内仪表系统堆内仪表系统IIS 仪控维修科 岳红旭 2012年3月 堆内仪表系统I I S 仪控维修科 岳红旭 2 0 1 2 年3 月内容简介 系统概述 1 系统描述 3 系统主要功能 2 系统主要设备 4 AP1000 堆内仪表系统相比于秦山一期的优点 5 内容简介 系统概述 1 系统描述 3 系统主要功能 2 系统一、系统概述一、系统概述?堆内仪表系统由堆内仪表套管组件（IITA）和相关的信号处理和数据处理设备组成，主要提供堆内温度测量和堆内中子通量分布测量。一、系统概述?堆内仪表系统由堆内仪表套管组件（I I T A）和一、系统概述一、系统概述?AP1000的IIS系统由传感器、信号处
2、理设备和软件组成，给反应堆运行人员提供在线三维堆芯功率分布信息。这些信息用于监测、分析和预测堆芯性能。IIS还包括CET（堆芯出口热电偶），给PMS和DAS提供堆芯出口冷却剂的温度。每个IITA内的CET测量堆芯燃料组件的活性区顶部的反应堆冷却剂温度，即测量堆芯出口温度。?IIS使用反应堆堆芯轴向和径向分布的SPD（自给能探测器）。每个SPD输出一个非常弱、正比于中子通量率，代表反应堆堆芯功率水平的电流信号。SPD材料因吸收中子和并发射线效应产生电流。SPD因吸收中子活化产生电流，所以不需要外部电流供电。?IITA（堆内仪表套管）贯穿反应堆压力容器顶部，在所有的设计基准事故下必须保证反应堆冷却
3、剂系统压力边界的完整性。一、系统概述?A P 1 0 0 0 的I I S 系统由传感器、信号处理设二、系统主要功能二、系统主要功能?为反应堆堆芯运行最佳评估分析系统（BEACON)的在线三维中子通量分布图提供数据。这些数据用于校准保护和安全检测系统（PMS)使用的中子探测器，同时使堆芯性能最优化。?为保护和安全监测系统（PMS)提供事故后堆芯不充分冷却监视器的热电偶信号，为多样化驱动系统（DAS)提供堆芯温度信号。二、系统主要功能?为反应堆堆芯运行最佳评估分析系统（B E三、系统描述三、系统描述?1.AP1000堆芯布局?燃料组件 157组,每个和燃料组件包含264根燃料棒，按17*17排列
4、。核燃料组件还包含24根控制棒导向管和1根仪表导向管。?仪表导向管位于燃料组件的中心，为堆芯中子通道测量和堆芯出口热电偶温度计提供导向。三、系统描述?1.A P 1 0 0 0 堆芯布局?燃料组件 1 5 7三、系统描述三、系统描述?2.仪表导管构架?压力容器上封头：69个控制棒驱动机构贯穿件，8个快接头贯穿件，一个排气孔?8个快接头贯穿件传递堆内测量系统。在IITA贯穿顶盖处，采用8个Quickloc快速连接装置实现一回路压力边界密封，并能在停堆换料时快速地拆除与连接。?IITA 经快接头贯穿件仪表格架组件上部支撑柱，到达堆芯燃料组件中央的仪表导管。三、系统描述?2.仪表导管构架?压力容器上
5、封头：6 9 个控 三、系统描述三、系统描述?3.堆内仪表套管组件（IITA）?42根IITA分成8组通过快接头贯穿件，分别从位于仪表格架组件顶部的8个Quickloc棒束插入压力容器直至堆芯底部，IITA固定在Quickloc棒束顶部。?8个Quickloc棒束与压力容器顶盖上8个Quickloc仪表管嘴配之间配合形成压力边界密封，即Quickloc快速连接装置?每根测量探头：7个中子探测器，1个热电偶，汇聚成一束后通过仪表导管插入堆芯。三、系统描述?3.堆内仪表套管组件（I I T A）?4 2 根I三、系统描述?电站运行期间，堆内仪表套管组件放置在燃料组件内，通过反应堆压力容器顶盖引出到
6、安全壳。堆内探测器和堆芯出口热电偶的信号通过电缆传送到不同的数据调试和处理工作站。在主控室显示处理后的数据和结果。?堆内仪表系统包括：1）仪表套管组件（IITA)2）相关的信号处理和数据处理设备 堆内仪表系统的结构如下图所示：三、系统描述?电站运行期间，堆内仪表套管组件放置在燃料组件三、系统描述三、系统描述?堆内仪表系统结构图 三、系统描述?堆内仪表系统结构图 三、系统描述三、系统描述?堆内仪表套管通过仪表格架组件和快接头贯穿件将堆芯探测器和测量堆芯出口温度的热电偶元件铠装固定。这些快接头贯穿件通过压力容器上封头和压力容器内凸缘插入到堆芯活性段区域。?AP1000的IIS系统通过42根仪表导向
7、管将热电偶信号传输到分线箱，将自给能探测器（SPD）信号传输到信号处理机柜。IIS系统使用两段电缆传输信号，第一段电缆连接IITA到一体化上封头（IHP）接插板，这根电缆段包含7个自给能矾热中子探测器和1个不接地的k 型（镍铬-镍铝）热电偶。第二段电缆从IHP接插版接到冷端分线箱和信号处理机柜，它分成两个电缆，分别将热电偶信号传输到冷端分线箱，自给能探测器的信号传输到信号处理机柜。三、系统描述?堆内仪表套管通过仪表格架组件和快接头贯穿件将三、系统描述?每一个堆内仪表套管包括7个矾中子探测器和1个不接地的K型热电偶。将热电偶集成在IITA中取消了CET所需的独立贯穿件和导向管。套管中的一个矾中子
8、探测器的灵敏带对应整个反应堆堆芯高度，大约从活性区顶部到活性区底部的12英寸，其余6个矾探测器以最长矾探测器长度的七分之一顺序递减。A N1B N2C N3D N4E N5F TE ChromelG TE AlumelH N6J N7Connector Contact Layout7 SPD Signal Pins1 Chromel Pin1 Alumel PinITCN1N2N3N4N5N6N7TOP OF FUEL三、系统描述?每一个堆内仪表套管包括7 个矾中子探测器和1 个三、系统描述三、系统描述?IITA在Quickloc快速连接装置处的端部与一体化顶盖（IHP）中的ICI（In-co
9、re Instrumentation）电缆接头连接，IHP中的ICI电缆另一端与运行平台处的电缆连接器盘台连接。三、系统描述?I I T A 在Q u i c k l o c 快速连接装置处的端三、系统描述?钒自给能中子探测器SPD?自给能中子探测器由发射体、绝缘体、收集体及电缆组成：1、中心电极称为发射体，由中子灵敏材料制成，发射体是自给能中子探测器的核心部分，它基本上决定了探测器的物理特性。2、探测器的外壳即是收集体，由对中子不灵敏材料（因科镍600/低锰不锈钢或纯镍）制成，材料厚度通常0.1mm。3、发射体和收集体之间是绝缘体，采用无机绝缘材料（MgO/AL2O3/BeO），绝缘体的厚度
10、通常0.2mm。4、电缆采用金属外壳-无机绝缘-金属芯线同轴电缆。?套管中的一个矾探测器的灵敏带对应整个反应堆堆芯高度，大约从活性区顶部到离活性区底部的12 英寸，其余六个矾探测器以最长矾探测器的七分之一长度顺序递减。三、系统描述?钒自给能中子探测器S P D?自给能中子探测器三、系统描述?K型热电偶探头?42个IITA各有1个K型热电偶，每个IITA的K型热电偶用于测量堆芯燃料组件上方反应堆冷却剂温度，即测量堆芯出口温度。?热电偶探头温度运行范围为-181260 -18277：测量精度在1.1 之内，277 899：测量精度在3/8%之内，899 1260：测量精度在1/2%之内。?42个热
11、电偶信号中，38个1E信号用于保护和安全监控系统PMS事故后堆芯冷却监视，4个非1E信号（每个象限布置一个）用于多样化驱动系统DAS的多样性显示，做为事故后操纵员手动触发ADS的依据。三、系统描述?K 型热电偶探头?4 2 个I I T A 各有1 个K 型三、系统描述三、系统描述?堆内仪表和热电偶分布图：三、系统描述?堆内仪表和热电偶分布图：四、系统主要设备四、系统主要设备?4.1 SPD信号处理机柜?自给能探测器（SPD）信号处理机柜在安全壳内工作，自给能探测器信号处理机柜含有把电流转换成电压信号的电子设备，使用16为模数转换器把模拟喜好变换成数字信号。每个机柜处理147个信号，2个机柜共
12、产生294（427）个数字信号。这些数字信号经过安全壳贯穿件，通过两个独立的通讯连接装置（多路）传送到安全壳外。?294个钒自给能中子探测器的信号经过处理后产生在线3D堆芯功率分布，为操纵员提供用于判断反应堆功率分布是否在TS规定运行限制范围的相关数据，还用于校准堆外中子探测器。四、系统主要设备?4.1 S P D 信号处理机柜?自给能探测四、系统主要设备四、系统主要设备?4.2 反应堆堆芯运行最佳评估分析系统（BEACON)?当反应堆运行功率水平超过额定功率的20%时，BEACON系统可以用来精确判定，反应堆功率分布是否在AP1000技术规格书中规定的运行限值之内。?分析软件可以提供触发可视
13、报警的必要信息，用于警告反应堆操作员掌握反应堆运行限值超限或潜在的超限情况。这个分析系统还能够确定堆芯平均的轴向偏移量。四、系统主要设备?4.2 反应堆堆芯运行最佳评估分析系统（四、系统主要设备四、系统主要设备?4.3 仪表格架组件（IGA）?仪表格架组件安装在堆芯上部构件，由支撑板（仪表格架）组成，在上部支撑组件的吊篮内。?仪表导向管连接到格架，格架上部是42个导向槽。导向槽向上呈放射性分布到格架边缘的八个区，在每个区聚成一束。每一束在适当的位置由格架外围支撑。导向槽在它们的中间位置由格架顶部支撑。仪表套管安装在仪表导向管周围，在仪表格架组件升高时能够自由向下滑动。仪表格架组件上升到全收上位
14、置时，格架到下部支撑住之间有连续的导向槽。四、系统主要设备?4.3 仪表格架组件（I G A）?仪表格四、系统主要设备四、系统主要设备?4.4 快接头组件（Quickloc）?每束的顶部是快接头组件。快接头组件的顶部是屏蔽塞，是通过反应堆上封头压力边界的一部分。安装在屏蔽塞顶部的是接头套管装置。IITA通过这些装置直接接入燃料组件的最终位置。?在堆芯测量系统中增加仪表格架组件和快接头组件，有如下作用：1）提高安全性 在换料停堆期间，通过使用上部堆内构件仪表格架，IITA的活性部分始终保持在水下，其余部分在上部堆内构件里。位于反应堆压力容器上封头的冷却剂压力边界贯穿件为8根快接头贯穿件。这8根快
15、接头贯穿件全部在反应堆压力容器上封头外围。反应堆上封头有足够的空间焊接控制棒驱动装置（CRDM）。四、系统主要设备?4.4 快接头组件（Q u i c k l o c）四、系统主要设备四、系统主要设备 2）电厂运行时减少辐射 在整个换料停堆期间，上部堆内构件使用连接在回转式吊车的堆内构件提升机具，可以迅速移动。这样，减少了封头组装和拆卸的时间和换料工作人员人力的要求。IITA材料是不锈钢或铬镍铁耐热合金。如果需要更换IITA，可以在水下换料室完成。由于IITA在水下，减少一体化封头屏蔽套筒，同样能保持较好的辐射防护。IHP提升机具可以一直留在IHP中，而不需要两个回转式吊车在 IHP上安装和移
16、动提升机具。3）易于维护和检查反应堆压力容器上封头 CRDM周围有足够的空间，对反应堆压力容器上封头进行可视检查。在IHP中有一个5米高的一体化封头立式水箱。水密门和专用轨道允许在反应堆压力容器上封头的下面进行检查。四、系统主要设备 2）电厂运行时减少辐射 在整个 五、五、AP1000堆内仪表系统相比于秦山一堆内仪表系统相比于秦山一期的优点期的优点?AP1000采用固定在线式堆内仪表系统，能实时地提供堆芯功率三维分布图和其他堆芯参数；一期堆芯温度测量是固定在线的，而堆芯中子通量测量是移动间歇式的，只能定期给出堆芯功率三维分布图。?AP1000热电偶和中子探测器是一体式的，无需单独的热电偶贯穿件
17、；一期热电偶和中子探测器是分开的，专门设置两个热电偶贯穿件。五、A P 1 0 0 0 堆内仪表系统相比于秦山一期的优点?A P 1 0五、五、AP1000堆内仪表系统相比于秦山一堆内仪表系统相比于秦山一期的优点期的优点?AP1000堆内仪表系统得到的中子通量分布数据是同一时刻的；而一期中子探测器只能依次扫描不同位置燃料组件的中子通量，因而得到的数据不是同一时刻的，因此在中子通量测量期间要保持堆功率、冷却剂温度、反应堆压力等参数稳定，避免控制棒移动和硼浓度变化，尽量保持堆芯内功率分布不发生变化。?AP1000堆内仪表是从压力容器顶盖插入的，取消下封头贯穿件，避免因下封头贯穿件失效而引起的LOC
18、A事故；一期压力容器底封头有中子测量贯穿件，如果底部贯穿件失效，造成LOCA事故，并有堆芯裸露的危险。五、A P 1 0 0 0 堆内仪表系统相比于秦山一期的优点?A P 1 0五、五、AP1000堆内仪表系统相比于秦山一堆内仪表系统相比于秦山一期的优点期的优点?AP1000仪表贯穿件只有8个，较少的贯穿件数量能降低压力容器制造难度和缩短工期，增加整体强度；一期顶盖有2个热电偶贯穿件，底封头有30个中子测量贯穿件，共有32个，贯穿件数量较多。?AP1000换料操作时，放射性的IITA随IGA和上部堆内构件留在水下；一期在换料时，运行时插入堆芯的指套管需要从反应堆中抽出，压力容器下面可能出现高辐射水平。五、A P 1 0 0 0 堆内仪表系统相比于秦山一期的优点?A P 1 0
