傳感器交叉比較存在同向漂移現(xiàn)象的解決方案

唐孝力，李世祥

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，深圳518124）

1 引言

傳感器驗證[1]是一種狀態(tài)維修方法，指在不介入過程通道的前提下，將被驗證傳感器的測量值與參考值進行比較，旨在發(fā)現(xiàn)傳感器特性漂移造成的測量偏差。實施驗證時，傳感器的工作條件應盡可能接近名義工作條件，將被驗證傳感器的測量值與參考值之間的偏差與驗證準則進行比較，以判斷傳感器是否降級或失效。驗證準則根據(jù)驗證的方式、功能允許誤差以及傳感器、通道的精度而確定。某核電站傳感器普遍采用交叉比較的驗證方法，例如一回路溫度探頭交叉比較、一回路壓力變送器交叉比較、汽輪機高壓缸入口壓力變送器交叉比較等。

交叉比較驗證使用冗余儀表的輸出平均值作為參考值，或使用外部試驗結果作為參考值。對于n個冗余儀表間的交叉比較驗證，當被驗證儀表為第i個儀表時（其輸出值為Vi），參考值為除第i個儀表外的其他n-1個儀表輸出的算術平均值Ri。將偏差Di（Di=Vi-Ri）與預先設定的驗證準則C(v)進行比較，若偏差Di大于準則C(v)，則表明傳感器測量存在偏差異常。但是，傳統(tǒng)的交叉比較驗證存在一個明顯的不足，不能發(fā)現(xiàn)傳感器的同向漂移。例如兩個相互進行交叉比較的傳感器同時上漂相當?shù)姆龋瑒t交叉比較結果是合格的，無法發(fā)現(xiàn)傳感器降級或失效。

2 同向漂移現(xiàn)象案例

某一號機功率運行模式，一回路壓力恒定為155bar。每個燃料循環(huán)都執(zhí)行一回路穩(wěn)壓器壓力傳感器X1-005/006/013MP交叉比較，降級準則C(v)是0.85%。歷年交叉比較結果都沒有超出降級準則，結果合格，見表1測量數(shù)據(jù)。但跟蹤其趨勢，發(fā)現(xiàn)這三個傳感器存在共模上漂的現(xiàn)象。其平均值從2006年的62.81%，到2016年的63.75%，上漲了0.94%，對應為0.89bar，見圖1趨勢：

表1 X1-005/006/013MP交叉比較測量數(shù)據(jù)

圖1 X1-005/006/013MP交叉比較測量數(shù)據(jù)趨勢圖

3 解決方案

3.1 趨勢跟蹤

對于系統(tǒng)設定值穩(wěn)定的參數(shù)，可通過跟蹤交叉比較數(shù)據(jù)趨勢，發(fā)現(xiàn)傳感器的同向漂移問題。例如一回路壓力穩(wěn)定為155bar，可跟蹤一回路壓力傳感器的交叉比較數(shù)據(jù)趨勢，正如案例圖1所示；滿功率二回路蒸汽壓力穩(wěn)定，可跟蹤汽輪機高壓缸入口壓力傳感器GRE023/024MP的交叉比較數(shù)據(jù)趨勢。

對于系統(tǒng)設定值變化的參數(shù)，跟蹤交叉比較數(shù)據(jù)趨勢則不能發(fā)現(xiàn)同向漂移問題。例如換料周期壓力容器水位測量傳感器090-095MN交叉比較，由于水位在一個范圍內即可執(zhí)行交叉比較，每次換料周期執(zhí)行交叉比較時的水位不同，因此交叉比較數(shù)據(jù)沒有趨勢性。

3.2 不同型號傳感器交叉比較

進行交叉比較的變送器通常是相同型號的變送器，這些變送器由于老化或環(huán)境影響可能產生共模同向漂移。為解決該問題，可以采用不同型號的傳感器或者引入不同型號的傳感器參與交叉比較。

例如，測量一回路穩(wěn)壓器壓力的傳感器，用于保護信號的005/006/013MP是6647B型號，用于控制信號的014/015MP是1152型號。一回路壓力傳感器的交叉比較，除了005/006/013MP三個傳感器進行交叉比較以外，還包括014/015MP分別與005/006/013MP三者的平均值作為參考值進行交叉比較，降級準則是1.35%。這種方案將兩種型號的傳感器進行交叉比較，能有效限制同類型傳感器同向漂移的幅度，當交叉比較降級時，能發(fā)現(xiàn)同型號傳感器同向漂移。

2017年6月進行的二號機組交叉比較，發(fā)現(xiàn)X2-015MP與X2-005/006/013MP的平均值的偏差達到1.37%，超過降級準則1.35%。進而安排工作票在2017年10月校驗X2-015MP，但是校驗并未發(fā)現(xiàn)偏差。對這些壓力變送器交叉比較測量數(shù)據(jù)進行趨勢分析，如圖2所示，進一步證實了X2-005/006/013MP相對于014/015MP存在同向漂移。

圖2 X2-005/006/013/014/015MP交叉比較測量數(shù)據(jù)趨勢圖

3.3 新舊傳感器交叉比較

對于老化導致共模漂移的傳感器，可將較新的傳感器作為參考值進行交叉比較，作為原交叉比較方式的補充。

機組熱平衡狀態(tài)一回路溫度傳感器交叉比較就是現(xiàn)場實際應用案例[2]。根據(jù)內外部經(jīng)驗反饋，一回路窄量程溫度探頭存在共模漂移故障現(xiàn)象。總共有18個溫度探頭測量一回路溫度，其平均值為Tref18。每一個溫度探頭需以Tref18作為參考值進行比較，但是這并不能解決18個溫度探頭測量值同時因老化因素產生共模漂移的問題。因此，每一個溫度探頭還需與最新（服役時間最短）的3個溫度探頭平均值Tref3為參考值進行比較，這樣就可以發(fā)現(xiàn)溫度探頭老化造成的測量值共模漂移現(xiàn)象。

4 結語

傳統(tǒng)的交叉比較方法無法發(fā)現(xiàn)傳感器存在同向漂移現(xiàn)象。本文提出三種解決方案，趨勢跟蹤、不同型號變送器交叉比較、新舊傳感器交叉比較，為核電站以及其他工業(yè)領域的傳感器交叉比較方案的設計和改進提供參考。