核電站區(qū)域Ⅱ型γ劑量率儀調(diào)試與深化檢修

劉 偲

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

本課題來(lái)源于對(duì)某核電廠工作人員場(chǎng)所劑量水平監(jiān)測(cè)設(shè)備的深化檢修，研究案例來(lái)源于該系統(tǒng)設(shè)備日常與大修期間的實(shí)際工作。在探討維修有意義時(shí)有兩種態(tài)度，一是維護(hù)系統(tǒng)與設(shè)備使其按照設(shè)計(jì)正常地運(yùn)行，二是修復(fù)失效的系統(tǒng)和設(shè)備使其恢復(fù)設(shè)計(jì)的運(yùn)行能力。縱觀工業(yè)發(fā)展歷史，維修經(jīng)歷了被動(dòng)維修、以預(yù)防為主的維修和以可靠性為中心的維修。本課題是對(duì)II型區(qū)域γ劑量率監(jiān)測(cè)儀的深化檢修維護(hù)，在一些固有缺陷的處理方法與設(shè)備生產(chǎn)廠家共享，提高設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平，為國(guó)內(nèi)其他電廠同型設(shè)備提供檢修經(jīng)驗(yàn)，為趕超國(guó)外同行設(shè)備，響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，支持核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)。

1 研究主要內(nèi)容及工作原理

1.1 研究的主要內(nèi)容

針對(duì)電離室類(lèi)Ⅱ型區(qū)域故障率較高問(wèn)題，通過(guò)總結(jié)歷史故障類(lèi)型，列舉幾種常見(jiàn)的故障類(lèi)型，逐步分解該類(lèi)型設(shè)備的各個(gè)組成部分的故障原因及修復(fù)工作的實(shí)施，并將修復(fù)后的探測(cè)器部件在標(biāo)準(zhǔn)γ輻射場(chǎng)中完成校準(zhǔn)驗(yàn)證功能的完整性；在試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)修復(fù)后的除探測(cè)器以外備件進(jìn)行驗(yàn)證，確定其功能發(fā)熱完整。

圖1 探測(cè)器原理Fig.1 Probe principle

1.2 研究目標(biāo)

建試驗(yàn)平臺(tái)修復(fù)故障設(shè)備，將考核通過(guò)的備件使用到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，以可靠性維修為中心的檢修思想具有原創(chuàng)性，開(kāi)創(chuàng)國(guó)內(nèi)同類(lèi)系統(tǒng)檢修的先河。

1.3 設(shè)備的工作原理

該儀器采用的是圓柱型空氣常壓電離室探測(cè)器，探測(cè)器主要由1升電離室和前置放大電路組成，前置放大器采用的是全反饋電流電壓放大器[1]，見(jiàn)圖1探測(cè)器原理圖。

外γ場(chǎng)照射到探測(cè)器上，這些射線都可以使空氣中的不帶電粒子產(chǎn)生電離，將在電離室產(chǎn)生一個(gè)電流信號(hào)，在高壓電場(chǎng)作用下，電離產(chǎn)生的電子和正離子在負(fù)高壓作用下分別向正負(fù)極運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生感應(yīng)電荷。將感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電流信號(hào)引入到前置放大電路板中，經(jīng)過(guò)電子線路成形放大等過(guò)程被分析和記錄并轉(zhuǎn)換成一個(gè)弱電壓信號(hào)。探測(cè)器產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)由就地處理顯示單元內(nèi)部的V/F轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)，然后再輸出到處理箱內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理后，給出最終數(shù)據(jù)信息并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示。

2 設(shè)備的深化維修

2.1 探測(cè)器前放板故障處理

緊靠探測(cè)器的前置放大器可直接先將探測(cè)器輸出信號(hào)放大，減小分布電容可有效提高信噪比，然后前放輸出的初步放大信號(hào)可藉由屏蔽電纜遠(yuǎn)傳給主放和后續(xù)儀器處理，提高系統(tǒng)信噪比。前放通常做成非調(diào)節(jié)式，其放大倍數(shù)恒定并要求工作穩(wěn)定可靠，本文使用電路比較簡(jiǎn)單的電壓靈敏前置放大器，使用的是型號(hào)為INA116P的放大器。前放電路是由一個(gè)INA116P型的放大器、一個(gè)LM119的電壓比較器、一個(gè)2X4118A低漏電的電子開(kāi)關(guān)等形成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路，在單穩(wěn)態(tài)電路旁邊還串一個(gè)恒流源，方便控制電路導(dǎo)通時(shí)的電荷量。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器的解體深化檢修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)探測(cè)器存在的低值失效或過(guò)載失效故障都是由于探測(cè)器的前放板故障導(dǎo)致。而INA116P型前置放大電路[2]故障率最高，主要是因?yàn)榫哂懈咻斎搿⒌洼敵鎏匦缘腗OS場(chǎng)效應(yīng)管故障，原因主要由于其抗靜電干擾能力低。

在焊接的過(guò)程中注意不要三腳等電位，或是電烙鐵帶電焊接，都會(huì)使場(chǎng)效應(yīng)管破壞。需要更換新的放大器元件，元件在采購(gòu)后需要進(jìn)行老化處理，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行篩選，電離室放大器元件在常溫下放大器線性很好，在低溫和高溫的情況下放大器誤差≤20%，在元器件的篩查過(guò)程中，質(zhì)量合格的元器件在環(huán)境變化的情況下品質(zhì)能夠保持穩(wěn)定。部分元器件質(zhì)量較差可以通過(guò)試驗(yàn)誤差超過(guò)20%這個(gè)重量控制點(diǎn)篩查去掉。

探測(cè)器的前放板經(jīng)過(guò)故障檢修后需要對(duì)更換備件的前放電路進(jìn)行調(diào)整。主要包括甄別閾、輸出脈沖等的調(diào)整并對(duì)探測(cè)器在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)。在研究的過(guò)程中，將LM119型比較器反向輸入，將甄別器設(shè)計(jì)成零甄別，給集成塊接地端接上負(fù)電源，經(jīng)CW7905穩(wěn)壓后將電位器調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)要求的0.1V～0.2V的范圍內(nèi)。

2.2 集中處理單元供電電路中鉭電容的影響

集中處理單元的供電模塊中鉭電容[3]主要是對(duì)電路中的電源進(jìn)行濾波，除了具有較高的浪涌電壓外，還有交流紋波電壓。因此，工作中實(shí)際加到鉭電容上的電壓為：浪涌電壓+工作電壓+交流紋波電壓，但是一般的鉭電容耐壓都不高，某一時(shí)刻瞬間加到鉭電容上的電壓超過(guò)鉭電容的耐壓鉭電容就會(huì)被擊穿，鉭電容的制造工藝決定一旦鉭電容被擊穿必然會(huì)短路進(jìn)而導(dǎo)致冒煙燒毀，電源紋波電壓引起的電流長(zhǎng)期作用于濾波電容上，使其發(fā)熱和超過(guò)其耐壓，導(dǎo)致燒毀。

對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)該電源部分是為后續(xù)電路供電，而各個(gè)后續(xù)電路均有足夠的濾波電容起到濾波作用，所以可以判定，該電容屬于多余的設(shè)計(jì)，而且選型也有缺陷，與廠家溝通，認(rèn)可以上分析。而且，隨著使用年限的增加，電源的紋波會(huì)越來(lái)越大，導(dǎo)致鉭電容提前進(jìn)入壽期末，失效高發(fā)導(dǎo)致可靠性下降、失效，主要表現(xiàn)就是燃燒。屬于設(shè)計(jì)缺陷，建議取消該鉭電容，該類(lèi)型缺陷同存在于輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所有國(guó)產(chǎn)通用型RDU中，隱患比較大，為排除隱患，將故障后果將至最低。

2.3 RS485通訊方式對(duì)測(cè)量的影響

對(duì)本文研究的區(qū)域Ⅱ型γ劑量率監(jiān)測(cè)儀集中處理組件與就地處理箱之間選用的RS485通訊方式，阻抗的匹配問(wèn)題是信號(hào)傳輸過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題，即信號(hào)線的負(fù)載應(yīng)與信號(hào)線的特性阻抗相匹配。信號(hào)線的寬度、與地線層的距離以及板材的介電常數(shù)等固有特性直接影響信號(hào)線的阻抗，阻抗不匹配會(huì)使數(shù)字波形產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致傳輸信號(hào)反射，造成邏輯混亂[4]。RS485通訊線的載體都是雙絞線，其特性阻抗是120Ω左右，在通訊線路設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常會(huì)在RS485通訊線的始端和末端各應(yīng)串一個(gè)120Ω的匹配電阻，用來(lái)降低傳輸線路上信號(hào)的反射。

RS485有兩線制和四線制兩種接線方式，其中四線制是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，目前采用的很少，多數(shù)使用的是兩線制接線。本文中討論的RS485通訊也是兩線制接線[5]，如果沒(méi)有一個(gè)合理可靠的接地方式，將會(huì)降低通道的運(yùn)行可靠性。曾有錯(cuò)誤的觀點(diǎn)認(rèn)為RS485通訊方式不需要連信號(hào)地，僅僅需要一對(duì)雙絞線簡(jiǎn)單地將各端接口的端連接起來(lái)，雖然這種處理方式可以工作，但給系統(tǒng)埋下了隱患。

表1 探測(cè)器在標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)中校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Table 1 Detectors calibrate data in standard radiation fields

3 深化維修后設(shè)備校準(zhǔn)

在實(shí)驗(yàn)室檢修維護(hù)后的Ⅱ型區(qū)域γ劑量率監(jiān)測(cè)儀探測(cè)器檢修后需要進(jìn)行校準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)中對(duì)探測(cè)器選用不同距離的多點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。使用標(biāo)準(zhǔn)的溫濕度計(jì)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)定使之滿足要求（溫度：20℃±5℃，濕度＜75%（RH），大氣壓力在86kPa～106kPa范圍）。

深化維修后的探測(cè)器在標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，在光標(biāo)1m和2m處分別用4個(gè)放射源對(duì)探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)，得出的結(jié)果與真值之間的誤差最大相差在-8.86%，誤差相差最小在+1.94%，都在技術(shù)規(guī)范要求的±20%范圍之內(nèi)，滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求，判定可以投入到現(xiàn)場(chǎng)使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要是對(duì)區(qū)域γ劑量率監(jiān)測(cè)儀的工作原理、安裝調(diào)試、深化檢修以及深化檢修后的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證。該類(lèi)儀表應(yīng)用比較廣泛，是重要的I0通道，該類(lèi)儀表現(xiàn)場(chǎng)故障率較高。隨著時(shí)間的變化，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)要求更趨嚴(yán)格，設(shè)備以可靠性為中心的思想逐步被提上日程，班組成員總結(jié)設(shè)備維修經(jīng)驗(yàn)，尋找更好地將故障處理在萌芽階段的最好辦法，增加PM項(xiàng)目對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)先維護(hù)。隨著設(shè)備使用年限的增加，設(shè)備逐漸在老化，但在相關(guān)工作人員精心的維護(hù)下，故障率正在逐年降低。