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壓水堆核電機(jī)組中，安全殼內(nèi)大氣壓力（即安全殼壓力）是一個(gè)很重要的測(cè)量參數(shù)，尤其是在 LOCA 事故工況下，安全殼壓力測(cè)量值直接參與控制專設(shè)安全設(shè)施的動(dòng)作邏輯。安全殼壓力測(cè)量對(duì)測(cè)量?jī)x表有著極高的要求，要在滿足測(cè)量精度和穩(wěn)定性的前提下，具備一定的抗輻照性能，并能在高溫高濕的 LOCA 工況下正常工作。為滿足上述要求，多采用鑒定等級(jí)為 K1級(jí)的絕壓式壓力變送器進(jìn)行測(cè)量，并配套相應(yīng)的1E 級(jí)延伸電纜和接線箱將測(cè)量值以4~20mA 電流信號(hào)的形式送至模擬量處理機(jī)柜。

 

1 故障經(jīng)過

國內(nèi)某核電機(jī)組在換料大修開始前兩天，安全殼壓力第三個(gè)測(cè)量通道測(cè)量值波動(dòng)至0.11979MPa，且波動(dòng)頻繁（圖1），與地衣、二、四通道差異明顯，#大波動(dòng)值達(dá)到滿量程的3%，觸發(fā)一路安全殼壓力高1報(bào)警。

對(duì)通道進(jìn)行檢查并持續(xù)觀察該變送器波動(dòng)情況，通道校驗(yàn)過程中對(duì)電流轉(zhuǎn)電壓卡件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得輸出電壓信號(hào)波動(dòng)#高可達(dá)到安全殼壓力高1報(bào)警值 ；然后使用隔離卡件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入進(jìn)行隔離，并通過模擬試驗(yàn)臺(tái)向電流轉(zhuǎn)電壓卡件輸入模擬信號(hào)，測(cè)試輸出電壓無波動(dòng)，檢查各卡件接線端子均無接線松動(dòng)情況，通過以上測(cè)試結(jié)果分析，初步判斷通道測(cè)量值波動(dòng)原因?yàn)榫偷刈兯推餍盘?hào)輸出異常。對(duì)就地變送器及延伸電纜進(jìn)行更換后測(cè)量通道輸出平穩(wěn)，與地衣、二、四通道測(cè)量一致性較好，沒有再出現(xiàn)報(bào)警和顯示波動(dòng)。

 

2 故障定位及原因分析

由該變送器的測(cè)量原理可知，變送器就地測(cè)得信號(hào)后以4~20mA 信號(hào)的形式輸送至模擬量處理機(jī)柜，由模擬量處理機(jī)柜對(duì)測(cè)量值進(jìn)行處理后輸出至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)記錄，當(dāng)測(cè)量值高于報(bào)警閾值時(shí)，報(bào)警信號(hào)送至反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)參與保護(hù)設(shè)施動(dòng)作控制邏輯表決，表決結(jié)果為專設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作指令。由于在通道檢查過程中已經(jīng)排除了模擬量處理機(jī)柜及其下游故障的可能性，可定位故障點(diǎn)位于模擬量處理機(jī)柜上游，即就地壓力測(cè)量裝置及信號(hào)傳輸通道。針對(duì)就地儀表測(cè)量波動(dòng)，可能的原因有 ：壓力變送器測(cè)量環(huán)境中存在空氣擾動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)量值真實(shí)波動(dòng) ；壓力變送器本體故障，導(dǎo)致測(cè)量值虛假波動(dòng) ；測(cè)量

信號(hào)受到干擾，導(dǎo)致測(cè)量值虛假波動(dòng)。

 

針對(duì)可能存在的原因進(jìn)行逐步分析排查，正常運(yùn)行期間該變送器輸出穩(wěn)定、不存在波動(dòng)，基本可排除空氣擾動(dòng)可能，大修期間前往該儀表實(shí)際安裝位置，對(duì)安裝方式、周邊環(huán)境等情況進(jìn)行核實(shí)。核實(shí)結(jié)果表明，該變送器安裝位置附近無大風(fēng)量風(fēng)機(jī)出風(fēng)口等可能造成空氣擾動(dòng)的干擾源，且變送器高壓側(cè)進(jìn)氣端安裝了不銹鋼彎管，可隔絕空氣對(duì)測(cè)量腔室直吹。綜上，環(huán)境中空氣擾動(dòng)的情況不存在，儀表波動(dòng)不是真實(shí)壓力測(cè)量的結(jié)果，可以排除地衣項(xiàng)原因。

 

排除測(cè)量值真實(shí)波動(dòng)的可能性后，對(duì)拆卸下來的就地設(shè)備進(jìn)行故障定位。針對(duì)變送器本體，shou先需排除是否存在熱老化和輻照導(dǎo)致的測(cè)量波動(dòng)，產(chǎn)品出廠型式試驗(yàn)報(bào)告顯示，該變送器進(jìn)行過熱老化試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度120℃、試驗(yàn)時(shí)間20天，根據(jù)老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)來評(píng)估使用壽命，根據(jù)阿斯紐倫方程式對(duì)熱老化進(jìn)行計(jì)算，式中 t1為合格壽命（h），t2為提高到溫度 T2所需加速老化時(shí)間（h），T1為正常使用時(shí)環(huán)境溫度（K），T2為加速老化時(shí)環(huán)境 溫 度（K），Φ 為 反 應(yīng) 活 化 能 eV（ 一 般 取0.8），λ 為玻爾茲曼常數(shù)（0.00008617eV/K）。

 

儀表工作溫度可通過房間內(nèi)安裝的鉑熱電阻溫 度 計(jì) 讀 取， 功 率 運(yùn) 行 期 間 該 房 間 內(nèi) 四 季 平 均溫 度 約 為19 ℃ 上 下， 保 守 按25℃代入進(jìn)行計(jì)算t1= =889181.5382(h) ≈101.44年。可知該儀表在正常工作條件下理論壽命可達(dá)101年，基本上可排除本次儀表故障原因?yàn)闊崂匣�所�?；輻照方面，儀表安裝位置為安全殼內(nèi)環(huán)廊的房間墻壁上，附近無熱點(diǎn)，儀表鑒定試驗(yàn)的劑量為1×106Gy，估算環(huán)境累積劑量遠(yuǎn)未達(dá)到儀表能承受的劑量 ；震動(dòng)

方面，儀表安裝固定，附近無震源，滿足要求。綜上，可初步排除儀表本體出現(xiàn)故障導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定的可能性。接下來對(duì)變送器進(jìn)行拷機(jī)和校驗(yàn)工作，拷機(jī)測(cè)量介質(zhì)為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大氣壓力，拷機(jī)共持續(xù)三天，結(jié)果顯示無可視波動(dòng)存在。

 

儀表校驗(yàn)方面，使用 DPI610型打壓儀對(duì)儀表進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果顯示儀表測(cè)量值穩(wěn)定，無明顯波動(dòng)，測(cè)量結(jié)果有輕微超差，超差幅度約 -0.03%，該表2019年10月校驗(yàn)合格，本次校驗(yàn)超差在實(shí)踐過程中可認(rèn)為屬于正常現(xiàn)象，與本次波動(dòng)故障無關(guān)。由上述試驗(yàn)可以確定變送器本體無故障，排除第二種可能性。

 

針對(duì)測(cè)量信號(hào)受到干擾導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生波動(dòng)這種可能性，將故障點(diǎn)定位于 K1級(jí)變送器配套所帶的1E 級(jí)延伸電纜。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)電纜的通斷及絕緣性能分別進(jìn)行測(cè)量，電纜內(nèi)部無斷開情況 ；絕緣方面，對(duì)接入變送器正極（下文稱正極接線）及接入變送器負(fù)極（下文稱負(fù)極接線）的兩根接線對(duì)外殼絕緣分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量工具為250V 絕緣電阻測(cè)試儀，測(cè)量結(jié)果顯示，正極接線絕緣值在0.021~0.6MΩ之 間 波 動(dòng)， 負(fù) 極 接 線 絕 緣 值 在6~20MΩ之間波動(dòng)， 正 負(fù) 極 接 線 相 間 絕 緣 約 為6MΩ 左 右， 根 據(jù)RCC-E2020版 中 的 絕 緣 測(cè) 量 標(biāo) 準(zhǔn)，DC500V 測(cè) 量 情況下穩(wěn)定至少10秒后的讀數(shù)應(yīng)大于10MΩ。按此標(biāo)準(zhǔn)該延伸電纜不滿足絕緣要求，處于絕緣失效狀態(tài)。

 

測(cè)量電纜相間絕緣失效將導(dǎo)致正負(fù)極之間產(chǎn)生一個(gè)等效電阻，電阻值為失效后的絕緣電阻大小，可以肯定該等效電阻會(huì)對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生一定影響。由于變送器測(cè)量信號(hào)送出與變送器儀表本體供電均依靠同一組回路完成，等效電阻對(duì)于電路本體的影響應(yīng)分別計(jì)算。其中變送器輸出為4~20mA 電流值，可認(rèn)為變送器是一個(gè)恒流源，而測(cè)量值輸入卡件為變送器提供 DC24V 電源，可認(rèn)為是一個(gè)恒壓源 ；而輸入卡件將電流轉(zhuǎn)化為電壓且轉(zhuǎn)化關(guān)系符合線性變化，故可認(rèn)為測(cè)量結(jié)果為該電路上的一個(gè)等效電阻 R2兩端的電壓降（圖2）。

當(dāng)同一電路內(nèi)同時(shí)存在恒壓源與恒流源時(shí)，根據(jù)諾頓定理，將電路內(nèi)所有電壓源短路，電流源開路， 計(jì) 算 得 R2兩端電壓滿足，因 I 與 V 滿足線性關(guān)系，可知測(cè)量結(jié)果 I 受失效絕緣等效電阻 R1影響，R1越小 V 越大。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是變送器的 DC24V 供電電壓在等效電阻 R1上產(chǎn)生了一個(gè)分流 IV1，而變送器測(cè)量結(jié)果在 R1上產(chǎn)生了一個(gè)分流 IA1，當(dāng) R1值降低時(shí) Iv1值 增 加， 由 于 IA1峰 值 為20mA， 而 Iv1受 R1影響，當(dāng)電阻接近于0時(shí)電流 I 理論上可達(dá)無窮大，可知絕緣性能越低測(cè)量結(jié)果偏差越大。

 

搭 建電路對(duì)絕緣失效進(jìn)行復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，通過直接在正負(fù)極間并入 R1=15kΩ 電阻，并在回路中串聯(lián) R2=250Ω 的 取 壓 電 阻， 對(duì) R2兩端的電壓降進(jìn)行測(cè)量。變送器測(cè)量對(duì)空，未并入電阻前的測(cè)量壓 降 為1.72V，此時(shí)變送器輸出電流為I=1.72/250=0.0069A。將 R1、R2、I 代 入 上 式， 可 以 計(jì) 算出電壓表測(cè)的電壓降應(yīng)為2.089V，且電阻接入與斷開會(huì)產(chǎn)生明顯波動(dòng)。經(jīng)觀察記錄儀測(cè)量結(jié)果，與理論計(jì)算一致，故障得到復(fù)現(xiàn)。

 

綜上，在變送器出現(xiàn)測(cè)量波動(dòng)或漂移的情況下，應(yīng)先排除電纜對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的干擾，同時(shí)在變送器校驗(yàn)的預(yù)防性維修項(xiàng)目中也應(yīng)加入電纜絕緣測(cè)量步驟，絕緣性能下降不是突發(fā)性故障，提早對(duì)線路絕緣進(jìn)行檢查可有效避免絕緣性能降低造成的測(cè)量誤差，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。