研究堆輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障檢修方法

葛 源，袁志敏，賈亞青，鄧偉杰，石 強(qiáng)

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，成都 610005）

研究堆輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)研究堆的安全運(yùn)行起著重要作用，通常包括16N 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、元件破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、主冷卻器破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工藝間γ 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、低放惰性氣體β監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。研究堆因特殊的環(huán)境和頻繁倒換工況運(yùn)行的特點(diǎn)，使輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行中的故障產(chǎn)生分布有一定的規(guī)律。通過(guò)分析某研究堆輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行以來(lái)的故障數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)行維修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出典型的故障檢修方法，以供借鑒。

1 典型探測(cè)模式和原理

1）16N 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

16N 監(jiān)測(cè)是通過(guò)測(cè)量一回路水中16N 的γ 劑量率從而間接監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率。其探測(cè)器為空氣電離室，將γ 射線轉(zhuǎn)為脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、整形、濾波、V-F 轉(zhuǎn)換等處理，將數(shù)字信號(hào)輸入至處理組件進(jìn)行處理、顯示、報(bào)警及與上位機(jī)通訊。

2） 緩發(fā)中子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

緩發(fā)中子監(jiān)測(cè)由BF3 中子探測(cè)器和處理組件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆一次水中的緩發(fā)中子數(shù)來(lái)監(jiān)督燃料元件包殼的完整性。BF3 中子探測(cè)器將入射的中子經(jīng)慢化層慢化后與正比計(jì)數(shù)管中BF3 氣體反應(yīng)，反應(yīng)后計(jì)數(shù)管產(chǎn)生的負(fù)脈沖，經(jīng)過(guò)放大、整形等處理[1]，最后輸出標(biāo)準(zhǔn)的矩形波脈沖信號(hào)至處理組件進(jìn)行處理、顯示、報(bào)警及與上位機(jī)通訊。

圖1 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障占比分布圖Fig.1 Fault proportion distribution of radioactivity detecting system

3）γ 劑量率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

γ 劑量率監(jiān)測(cè)用于破損元件總γ、區(qū)域環(huán)境γ 劑量率的監(jiān)測(cè)，由GM 管數(shù)字探測(cè)器和處理組件實(shí)現(xiàn)。探測(cè)器內(nèi)將探測(cè)到的γ 射線經(jīng)整形、放大并分頻后交由單片機(jī)處理，將其轉(zhuǎn)化為代表放射性劑量率的數(shù)字信號(hào)[2]，傳輸至處理組件處理、顯示、報(bào)警及與上位機(jī)通訊的功能。

4）惰性氣體β 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

惰性氣體β 監(jiān)測(cè)由塑料閃爍體探測(cè)器和處理組件實(shí)現(xiàn)，用于監(jiān)測(cè)工藝間放射性氣體。取樣容器中的惰性氣體發(fā)出的β 射線入射到探測(cè)器，經(jīng)其內(nèi)部的光電倍增管最終產(chǎn)生光脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路和單道脈沖信號(hào)輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至處理組件處理、顯示、報(bào)警及與上位機(jī)通訊。

5）污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

污水監(jiān)測(cè)碘化鈉閃爍體探測(cè)器和處理組件實(shí)現(xiàn)，用于監(jiān)測(cè)主熱交換器傳熱管是否破損。當(dāng)主熱交換器傳熱管破損時(shí)，二次水中的γ 射線入射到碘化鈉晶體時(shí)引起閃光，再經(jīng)由光電倍增管產(chǎn)生光脈沖信號(hào)，經(jīng)電容耦合至射極輸出器的輸出端[3]，經(jīng)放大電路和單道脈沖幅度分析電路，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至處理組件處理、顯示、報(bào)警及與上位機(jī)通訊。

6）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用于將處理組件的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集與顯示，并實(shí)現(xiàn)工藝間惰性氣體β 取樣電磁閥的遠(yuǎn)程控制。

2 典型故障類(lèi)型分析

根據(jù)研究堆運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)類(lèi)型產(chǎn)生的故障主要包括：探測(cè)器故障、測(cè)量箱故障、處理組件故障、電源故障、線路故障、電磁閥故障、計(jì)算機(jī)故障等，其故障占比分布如圖1 所示。由圖1 可見(jiàn)，故障類(lèi)型主要集中在探測(cè)器故障和處理組件故障兩方面，三者之和達(dá)到70.1%。探測(cè)器故障的主要表現(xiàn)在探測(cè)器制造質(zhì)量不佳、環(huán)境干擾、高壓電源電路和放大器前置于輻射場(chǎng)所致，處理組件故障的主要表現(xiàn)在總線通訊存在數(shù)據(jù)丟失、延時(shí)、死機(jī)。

3 典型故障的檢修方法

3.1 常用的檢修方法介紹

由于故障類(lèi)型主要集中在探測(cè)器故障和處理組件故障兩方面，故將這兩類(lèi)故障檢修方法作為典型進(jìn)行探討。故障發(fā)生后，會(huì)出現(xiàn)各種故障現(xiàn)象，采用適宜的方法對(duì)故障進(jìn)行快速準(zhǔn)確判斷，從而查找出故障部位。通常采用觀察法、敲擊手壓法、對(duì)比法、替換排除法、測(cè)量法、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)檢查法等方法。

3.2 處理組件故障檢修方法

1）根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障的原因、判斷故障范圍

若計(jì)算機(jī)軟件界面中某處理組件對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示為灰色，而該處理組件具有正常的測(cè)量數(shù)據(jù)，且計(jì)算機(jī)軟件界面其他對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)正常。據(jù)此可以判斷出是處理組件通訊部件或者通訊線路故障。

2）排查判斷通訊線路是否故障

關(guān)閉儀器電源，采用觀察法和手壓法檢查通訊線路是否接觸良好，必要時(shí)用萬(wàn)用表檢查通訊線路是否斷路或短路。若其接觸良好，開(kāi)機(jī)后若仍然無(wú)法通訊，即可判斷為處理組件通訊部件發(fā)生故障。

3）更換同型號(hào)備用組件

采用替換法，用同型號(hào)的備用處理組件替換已故障的組件，并設(shè)置新?lián)Q組件的通訊參數(shù)，通訊應(yīng)恢復(fù)正常。

4）故障組件的檢修

組件的通訊故障可能由電源故障、通訊模塊故障、光耦隔離模塊故障、電源模塊故障、驅(qū)動(dòng)模塊故障、線路板故障、接觸不良等因素引起，其檢修方法如下：

通過(guò)觀察法、手壓法以及萬(wàn)用表來(lái)檢測(cè)電子學(xué)線路是否完好，元器件模塊是否正常以及處理組件通訊線路、電源線路通斷情況。

3.3 探測(cè)器故障檢修方法

1）根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因和范圍

當(dāng)發(fā)生探測(cè)器故障時(shí)，處理組件將顯示無(wú)測(cè)量值或測(cè)量值不穩(wěn)定現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)顯示并伴有相應(yīng)顯示。處理組件顯示無(wú)測(cè)量值時(shí)，處理組件發(fā)出失效報(bào)警信號(hào)和計(jì)算機(jī)顯示該測(cè)點(diǎn)失效報(bào)警信號(hào)。測(cè)量值不穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量值可能發(fā)生量級(jí)上變化，并發(fā)生報(bào)警信號(hào)，計(jì)算機(jī)顯示該報(bào)警測(cè)點(diǎn)。使用觀察法，查看處理組件參數(shù)設(shè)置是否正確，如果有不正確，根據(jù)參數(shù)對(duì)照表進(jìn)行參數(shù)更改設(shè)置，即可排除故障因處理組件故障引起。

2）排查判斷供電電纜是否故障

關(guān)閉儀器電源，采用觀察法和手壓法檢查處理組件與探測(cè)器電纜是否接觸良好，必要時(shí)用萬(wàn)用表檢查通訊線路、電壓電路、高壓電路是否斷路或短路。若其接觸良好，開(kāi)機(jī)后若仍然無(wú)法恢復(fù)正常，即可判斷為探測(cè)器發(fā)生故障。

圖2 探測(cè)器原理框圖Fig.2 Detector principle block diagram

3）更換同型號(hào)備用組件

采用替換法，用同型號(hào)的備用探測(cè)器替換已故障的探測(cè)器，并設(shè)置新?lián)Q探測(cè)器的相關(guān)參數(shù)，測(cè)量值應(yīng)恢復(fù)正常。

4）故障探測(cè)器的檢修

根據(jù)探測(cè)器原理，探測(cè)器故障可能由電源故障、放大電路故障、整形電路故障、甄別電路故障、分頻電路故障、探測(cè)器與處理組件通訊故障、GM 計(jì)數(shù)管故障、線路板故障、接觸不良等因素引起，探測(cè)器原理框圖如圖2 所示。其具體檢修方法如下：

①通過(guò)觀察法，手壓法以及萬(wàn)用表來(lái)檢測(cè)電子學(xué)線路是否完好，元器件模塊是否正常以及處理組件通訊線路、電源線路通斷情況。

②上述檢查均正常后，通電檢查。用萬(wàn)用表逐一測(cè)量各模塊的相應(yīng)供電電壓是否正常，若不正常，則判斷該模塊或電源模塊故障。可先更換該模塊，如電壓未恢復(fù)正常，則確定電源模塊故障，更換電源模塊。

③若供電均正常，即可判斷模塊故障可能性較大。可采用替換排除法，使用備用模塊逐一更換排除。

④用示波器、萬(wàn)用表等查看放大電路、整形電路、甄別電路、分頻電路部分有無(wú)自激震蕩，輸出波形有無(wú)畸變現(xiàn)象，電子學(xué)線路靜態(tài)工作點(diǎn)滿(mǎn)足要求后，對(duì)相應(yīng)輸入端加入信號(hào)源，用示波器、萬(wàn)用表等查看放大部分有無(wú)自激震蕩，輸出波形有無(wú)畸變現(xiàn)象，排除電路故障。通訊故障可參照處理組件通訊檢查方法。

⑤若以上均正常，即可判斷為GM 計(jì)數(shù)管故障。無(wú)測(cè)量值時(shí)，關(guān)閉儀器電源，更換同型號(hào)低量程GM 計(jì)數(shù)管。開(kāi)機(jī)檢查，探測(cè)器均可恢復(fù)正常測(cè)量。測(cè)量值不穩(wěn)定并發(fā)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，關(guān)閉儀器電源，先更換同型號(hào)低量程GM計(jì)數(shù)管。開(kāi)機(jī)檢查，若還不能解決故障，關(guān)閉電源，再更換同型號(hào)高量程GM 計(jì)數(shù)管，探測(cè)器均可恢復(fù)正常測(cè)量。最后，用137CSγ 源驗(yàn)證測(cè)量值正確性。

⑥恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)使用后，若還伴有測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，即可能為干擾所致，根據(jù)儀器使用環(huán)境確定干擾源，切斷干擾源或提高元器件抗干擾能力。

⑦以上均正常后，儀器恢復(fù)正常使用，檢修工作完成。

4 結(jié)論

本文結(jié)合研究堆運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)典型故障的檢修方法進(jìn)行總結(jié)，為有效處理系統(tǒng)常見(jiàn)故障、恢復(fù)儀器的功能提供了建議，同時(shí)也為其他研究堆和核電站的輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢修維護(hù)和設(shè)計(jì)提供借鑒。