核電廠松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)過(guò)載分析

王季能

【摘 要】為松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在核電站運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)回路中是否有松動(dòng)部件，預(yù)防和減少松動(dòng)部件的存在給設(shè)備帶來(lái)的危害。而在設(shè)備和系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，因相關(guān)技術(shù)人員對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的理解和采用的不同，其設(shè)計(jì)和制造的設(shè)備在調(diào)試期間出現(xiàn)故障現(xiàn)象，本文對(duì)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析和對(duì)其原因進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】松動(dòng)部件；信號(hào)過(guò)載；核電廠

0 引言

松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在探測(cè)一回路內(nèi)存在松動(dòng)部件，減輕松動(dòng)部件對(duì)設(shè)備和安全屏障的危害方面有重要意義。而系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)是建立在系統(tǒng)功能完整，運(yùn)行正常的基礎(chǔ)之上。對(duì)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備在調(diào)試過(guò)程中發(fā)生的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)是技術(shù)人員的重要工作內(nèi)容。

1 信號(hào)過(guò)載的危害

信號(hào)過(guò)載的最直接的后果是對(duì)系統(tǒng)本身帶來(lái)沖擊，但最嚴(yán)重的后果是探測(cè)到的陣發(fā)波信號(hào)信息的缺省。對(duì)于一個(gè)陣發(fā)波，其波幅到達(dá)測(cè)量限值后將被削平，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的模塊轉(zhuǎn)化和處理后，無(wú)法再呈現(xiàn)出其波形中因松動(dòng)部件撞擊引起的上升和衰減等過(guò)程特征。不利于技術(shù)人員將它與電氣故障，環(huán)境因素等引起的波形區(qū)分，更是不利于及時(shí)辨別和區(qū)分是否存在松動(dòng)部件，損害了其設(shè)置用來(lái)監(jiān)測(cè)松動(dòng)部件的本意。監(jiān)督部門如果對(duì)此有異議，將很難從技術(shù)上給出讓人信服的解釋。

2 信號(hào)過(guò)載現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

在某核電廠松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)閃發(fā)和記錄了包括“信號(hào)過(guò)載”在內(nèi)的多種故障和事件，這些現(xiàn)象的發(fā)生除與此階段內(nèi)核島里的施工環(huán)境有關(guān)外，系統(tǒng)本身的性能參數(shù)和工作原理是其本質(zhì)原因。

從2009.8.26至11.18日期間發(fā)生信號(hào)過(guò)載統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，其發(fā)生的次數(shù)很多（統(tǒng)計(jì)到153次）。此統(tǒng)計(jì)還未記錄到本階段中因施工原因?qū)y(cè)量通道解開(kāi)期間的情況，如考慮全部過(guò)程，其發(fā)生的次數(shù)將會(huì)更多。為辨別系統(tǒng)記錄“信號(hào)過(guò)載”現(xiàn)象是否是對(duì)檢測(cè)對(duì)象的客觀反應(yīng)，技術(shù)人員在其頻發(fā)期間加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視，并實(shí)時(shí)觀察到一次信號(hào)過(guò)載的發(fā)生過(guò)程。技術(shù)人員對(duì)觀察到的現(xiàn)象描述如下：其11月份在機(jī)柜前一次蹲點(diǎn)監(jiān)視時(shí)，聽(tīng)到揚(yáng)聲器發(fā)出大的碰撞聲，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面上顯示的陣發(fā)波波幅已超出顯示的上限。進(jìn)而查看事件記錄，看到系統(tǒng)在此次時(shí)刻如實(shí)的記下此事件和“信號(hào)過(guò)載”項(xiàng)。此次觀察證明調(diào)試期間出現(xiàn)的“信號(hào)過(guò)載”不是系統(tǒng)的誤記錄，而是客觀存在的。

查閱相關(guān)出廠試驗(yàn)報(bào)告，了解到在廠方進(jìn)行松動(dòng)部件模擬試驗(yàn)期間也曾出現(xiàn)過(guò)信號(hào)過(guò)載現(xiàn)象。但廠方技術(shù)人員認(rèn)為是系統(tǒng)本身的特性（測(cè)量能力小于等于100g）決定了對(duì)某些輸入的響應(yīng)。這從側(cè)面亦證實(shí)了大于系統(tǒng)測(cè)量范圍的撞擊是能客觀存在的。從某核電的主泵葉輪裂開(kāi)落下的松動(dòng)部件撞擊引發(fā)的多個(gè)測(cè)量通道信號(hào)飽和（過(guò)載），以及按國(guó)標(biāo)中要求的松動(dòng)部件參數(shù)，作撞擊波幅值的工程估算，也能得出信號(hào)（加速度）能大于100g的結(jié)論。

2015年3月份在北方某核電廠1號(hào)機(jī)的松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)監(jiān)測(cè)模塊的3個(gè)通道連續(xù)依次發(fā)生故障燈閃亮的情況，具體現(xiàn)象為：通道的狀態(tài)顯示燈在正常時(shí)為綠色，但在出現(xiàn)同一模塊的三個(gè)通道隔一段時(shí)間依次閃變出黃色后恢復(fù)的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)通道可排除有松動(dòng)部件撞擊。大修期間更換三個(gè)通道的電荷轉(zhuǎn)換器后，監(jiān)測(cè)通道恢復(fù)正常。

3 信號(hào)過(guò)載原因分析

國(guó)產(chǎn)松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)與原參考系統(tǒng)以及ASME標(biāo)準(zhǔn)的比較。

經(jīng)對(duì)參考電站的松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行查閱和了解，發(fā)現(xiàn)其松動(dòng)部件監(jiān)視部分使用13個(gè)加速度測(cè)量通道（其中每個(gè)SG各3個(gè)；壓力容器底部3個(gè)，頂部1個(gè)），但其加速度測(cè)量的范圍達(dá)到1000g。

ASME OM-S/G-2007的12章的4.3.1 signal conditioner.章節(jié)中提到對(duì)測(cè)量范圍的要求為：（d）dynamic range：signal level equivalent to at least 100g peak in the least-sensitive range.但同時(shí)，其對(duì)U型傳熱管的蒸汽發(fā)生器類型的壓水堆的測(cè)量通道要求為18個(gè)。這在ASME OM-S/G-2007的12章的4.2.4 Accelerometer Locations-PWR. 章節(jié)中的描述，以及表格：Table 1 Recommended PWR Accelerometer Location 可看出使用在國(guó)產(chǎn)化的松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的是兩個(gè)參考項(xiàng)總合。如參考電站的系統(tǒng)，雖然只設(shè)13個(gè)通道，但從技術(shù)參數(shù)上來(lái)看，其測(cè)量的能力很強(qiáng)（1000g），從而能覆蓋更廣范圍。又如ASME的標(biāo)準(zhǔn)，雖然其測(cè)量能力是100g，但其在可能發(fā)生松動(dòng)部件的區(qū)域布置的通道更密集，也就是說(shuō)，即使強(qiáng)沖擊區(qū)有通道信號(hào)過(guò)載，其臨近的通道亦能收到完整的信號(hào)，保證了測(cè)量范圍的全面性。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)

使用13通道且100g測(cè)量能力的方案有如下可能風(fēng)險(xiǎn)：

因壓力容器頂蓋只有一個(gè)測(cè)量通道，底部的三個(gè)通道安裝在伸出壓力容器的指套管上。當(dāng)?shù)趸@內(nèi)存在松動(dòng)部件撞擊，當(dāng)松動(dòng)部件的質(zhì)量大到能引起信號(hào)過(guò)載時(shí)，陣發(fā)波經(jīng)過(guò)壓力容器壁的衰減，再?gòu)膲毫θ萜鞅趥鞑サ脚c其垂直連接的指套管上的加速度測(cè)量通道，其信號(hào)極有可被背景噪音掩蓋。一個(gè)典型的陣發(fā)波的信息如圖1所示，它包括上升沿、衰減和固定的特征頻率等信息。而此時(shí)，僅從一個(gè)被削平的波形信息中辨別是松動(dòng)部件還是電氣異常，還是環(huán)境噪音，還是逆止閥動(dòng)作或是其他功能部件動(dòng)作，為相關(guān)部門提供計(jì)策依據(jù)，是風(fēng)險(xiǎn)極大的。

實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中不能冀望于所有的松動(dòng)部件，其產(chǎn)生的過(guò)程都遵循已知的：松動(dòng)——脫落——傳送到固定區(qū)域的固定過(guò)程，或者說(shuō)，其全部過(guò)程的信息都能被恰當(dāng)收集。對(duì)于不可預(yù)料的事件，遵循最保守的技術(shù)手段應(yīng)是基本要求。從詳細(xì)記錄的過(guò)載清單也可看出，屬于同一區(qū)域的通道很少能保持所接受到信號(hào)強(qiáng)度的一致，即曾在有同一事件段內(nèi)一個(gè)通道過(guò)載，另外的通道收集到的信息會(huì)明顯減弱。這樣來(lái)看，將體積龐大的壓力容器分為一個(gè)區(qū)域的做法是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

因本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為收集松動(dòng)部件理論上最終停留幾率大的區(qū)域的信息。而當(dāng)同一區(qū)域的通道有過(guò)載時(shí)，技術(shù)人員要從這些近似階變的信號(hào)中辨別是松動(dòng)部件、電氣故障、逆止閥動(dòng)作等有一定難度，延誤對(duì)真實(shí)松動(dòng)部件的決策時(shí)間，擴(kuò)大事件后果（松動(dòng)部件撞碎或是后續(xù)再此撞擊能提供更豐富辨別的信息）。

從綜上分析來(lái)看，系統(tǒng)要滿足國(guó)標(biāo)GB/T 11807-2008 /IEC 60988：1990中提到的。

能夠監(jiān)測(cè)松脫部件以0.7J的動(dòng)能撞擊反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界內(nèi)表面，撞擊點(diǎn)離開(kāi)傳感器的距離小于1m，探測(cè)的質(zhì)量范圍大約為0.1kg-15kg的基本要求，將會(huì)有爭(zhēng)議。原型未使用10kg以上的大質(zhì)量松動(dòng)模擬物進(jìn)行試驗(yàn)，也沒(méi)有在近似一回路高流速中環(huán)境中試驗(yàn)，其用小質(zhì)量的模擬物，已曾引發(fā)信號(hào)過(guò)載。

5 結(jié)論

根據(jù)上述分析，為完善系統(tǒng)的功能，建議從如下兩方面考慮：

1）增加通道測(cè)量量程（或使用有兩種量程的電荷轉(zhuǎn)換器）

對(duì)于分布在蒸汽發(fā)生器上的通道，可考慮直接在原硬件配置上擴(kuò)大量程。這樣將從根本上解決信號(hào)過(guò)載問(wèn)題，同時(shí)也能更全面的覆蓋可能存在的松動(dòng)部件所觸發(fā)的陣發(fā)波振幅范圍。但該方案要充分綜合對(duì)系統(tǒng)分析精度的影響。

2）按ASME標(biāo)準(zhǔn)建議增加通道

對(duì)于分布在壓力容器上的通道，因與松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)部分共用通道的振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能需要的是精度較高的振動(dòng)信號(hào)，且其振幅一般很低，再擴(kuò)大量程將會(huì)面臨測(cè)量精度低到不可接受的問(wèn)題。故可考慮按ASME標(biāo)準(zhǔn)的建議，增加測(cè)量通道，以擴(kuò)大測(cè)量區(qū)域范圍來(lái)彌補(bǔ)單個(gè)通道量程有局限的特點(diǎn)。經(jīng)查看壓力容器的設(shè)計(jì)圖紙，其頂蓋上設(shè)計(jì)有4處可安裝探頭的位置，目前還剩有3個(gè)位置可以使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]ASME OM-S/G-2007[S].

[2]GB/T 11807-2008[S].

[3]IEC 60988：1990[S].

[責(zé)任編輯：鄧麗麗]