基于VBA的燃料在線啜吸數(shù)據(jù)分析程序
——TAO 1.0的編寫和驗(yàn)證

胡鑫濤

(中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430070)

燃料棒包殼管是核電廠最重要的三道安全屏障之一，燃料組件在線啜吸是單根燃料組件卸出堆芯后判斷燃料包殼完整性的第一道措施。“燃料組件在線啜吸項(xiàng)目”包括三個(gè)步驟：首先利用放射源尋81 keV峰值，然后利用在線啜吸設(shè)備對(duì)燃料組件放射性活數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最后通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出燃料是否破損的結(jié)論。

在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，為縮短占用大修主線時(shí)間，燃料啜吸工作人員往往需要在卸料結(jié)束后的5個(gè)小時(shí)內(nèi)向化學(xué)處提供首批離線啜吸的組件清單，以備核查破損組件。目前，各電站普遍使用的BH1325型在線啜吸設(shè)備，該設(shè)備僅能顯示平均微分計(jì)數(shù)、積分計(jì)數(shù)和報(bào)警值，上百組數(shù)據(jù)需要通過(guò)手工計(jì)算的方式(利用計(jì)算器或利用Excel函數(shù)手動(dòng)拖動(dòng)計(jì)算)進(jìn)行分析處理。手工處理數(shù)據(jù)的方法效率較低，不利于大修工期的控制。為了能更好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)大修工作的需要，本研究在充分挖掘VBA 編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)上,以Excel為平臺(tái), 編制了在線啜吸數(shù)據(jù)分析程序——TAO 1.0(Test Analysis On-line sipping 1.0)。實(shí)踐表明，該軟件的成功開發(fā)應(yīng)用有效提高了數(shù)據(jù)分析和破損組件篩選的效率。

1 Excel VBA的技術(shù)原理

1.1 軟件

Microsoft Excel是微軟公司編寫的一款允許用戶自定義界面的表格軟件。它具有直觀的界面、出色的計(jì)算功能和圖表工具功能，它是目前個(gè)人計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的主流軟件之一。Visual Basic for Applications(VBA)是Visual Basic的一種宏語(yǔ)言，是微軟開發(fā)出來(lái)在其桌面應(yīng)用程序中執(zhí)行通用的自動(dòng)化任務(wù)的編程語(yǔ)言。利用VBA可以在Excel內(nèi)輕松開發(fā)出功能強(qiáng)大的自動(dòng)化程序。

1.2 數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)主要來(lái)自國(guó)內(nèi)某核電站大修燃料組件在線啜吸的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包包括：卸料步序、燃料組件標(biāo)識(shí)、燃料組件平均微分計(jì)數(shù)率和本底計(jì)數(shù)等信息。

2 軟件的制作與編寫

TAO 1.0程序安裝在便攜式計(jì)算機(jī)，利用Excel 2016作為宿主程序進(jìn)行開發(fā)，其設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)構(gòu)Fig.1 Design and development structure

由圖1可見，整個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分：用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)服務(wù)層。用戶界面層是以可視化的形式將燃料在線啜吸數(shù)據(jù)管理的交互界面呈現(xiàn)，用戶可按照需求向系統(tǒng)提交查詢、修改等操作請(qǐng)求，同時(shí)也可通過(guò)客戶端提交上報(bào)數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層提供了人員管理以及權(quán)限控制等邏輯操作。數(shù)據(jù)服務(wù)層是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)交換明細(xì)和相關(guān)的數(shù)據(jù)資料。

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

TAO 1.0程序設(shè)置有4個(gè)模塊6個(gè)表單，其范圍涵蓋了“燃料在線啜吸項(xiàng)目”三個(gè)階段的執(zhí)行過(guò)程和算法。其中，六個(gè)表單包括：在線啜吸設(shè)備尋峰記錄、參數(shù)調(diào)試記錄、組件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄、儀表巡檢單、數(shù)據(jù)分析儀表盤、堆芯展平計(jì)數(shù)分析。四個(gè)系統(tǒng)模塊由燃料基本信息管理模塊、在線啜吸調(diào)試管理模塊、在線啜吸計(jì)算器模塊以及系統(tǒng)維護(hù)模塊組成(見圖2)。

圖2 程序的四個(gè)功能模塊Fig.2 Four functional modules of the program

1)燃料組件基本信息管理模塊。模塊中燃料組件信息包括：組件的標(biāo)識(shí)、富集度、堆芯位置和本底計(jì)數(shù)等。該模塊需操作員通過(guò)手動(dòng)導(dǎo)入的方式把燃料組件的信息輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，作為原始數(shù)據(jù)。

2)在線啜吸調(diào)試管理模塊。該模塊的功能是設(shè)置在線啜吸初始參數(shù)：γ源133Ba尋能峰調(diào)試。即通過(guò)調(diào)整高壓、增益和道寬的參數(shù)，進(jìn)行81 keV尋峰工作。該模塊已給出尋峰步驟的范例和133Ba的能譜圖，為操作員調(diào)試提供參考。

3)在線啜吸計(jì)算器(數(shù)據(jù)計(jì)算與甄別)模塊。在線啜吸計(jì)算器模塊主要包括：在線啜吸計(jì)算器和組件平均微分計(jì)數(shù)波動(dòng)圖。模塊的功能：對(duì)燃料組件的本底計(jì)數(shù)和啜吸因子等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷組件是否破損。

4)系統(tǒng)維護(hù)模塊。系統(tǒng)維護(hù)模塊的功能：保證管理信息系統(tǒng)的正常運(yùn)作和使用安全。該模塊用VBA 制作用戶登錄界面，對(duì)操作員的權(quán)限作了設(shè)定；同時(shí)，在儀表盤上設(shè)計(jì)有工作人員的工作量統(tǒng)計(jì)圖，便于項(xiàng)目負(fù)責(zé)人查詢。

2.2 關(guān)鍵模塊——本底計(jì)數(shù)率的計(jì)算與編程

工作人員在完成組件的啜吸數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料組件完整性的定性判斷。在線啜吸方法分析燃料破損的核心參數(shù)有：燃料組件微分平均計(jì)數(shù)率、燃料組件本底計(jì)數(shù)率和啜吸因子。微分平均計(jì)數(shù)率是由BH1325型啜吸設(shè)備測(cè)得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本底計(jì)數(shù)率和啜吸因子兩個(gè)參數(shù)是由運(yùn)算獲得。TAO 1.0程序中本底計(jì)數(shù)率的計(jì)算方法是采用業(yè)內(nèi)優(yōu)化后的方法[1]如式：

式中：Bn——第n組被測(cè)量組件對(duì)應(yīng)的本底計(jì)數(shù)率；

Xi——第i組被測(cè)量組件實(shí)際測(cè)得的微分平均計(jì)數(shù)率。

如果發(fā)現(xiàn)Xi超過(guò)報(bào)警值，后續(xù)測(cè)量步序數(shù)歸零，測(cè)量步序數(shù)重新從1開始計(jì)數(shù)。TAO 1.0程序設(shè)計(jì)了在線啜吸計(jì)算器窗體(見圖3)，操作員通過(guò)點(diǎn)擊按鈕即可完成對(duì)堆芯所有燃料組件的啜吸數(shù)據(jù)運(yùn)算。

圖3 在線啜吸計(jì)算器Fig.3 Calculator of online sipping

2.3 關(guān)鍵模塊——破損組件判斷的方法與編程

TAO 1.0程序有兩種數(shù)據(jù)分析的方法供操作員使用，一種是傳統(tǒng)的啜吸因子判斷法，一種是平均微分計(jì)數(shù)波動(dòng)圖判斷法(該方法目前正在專利申請(qǐng)中)。

1)通過(guò)啜吸因子f來(lái)判斷被檢測(cè)的燃料組件的完整性。啜吸因子f定義為實(shí)測(cè)的133Xe 的γ微分計(jì)數(shù)率與本底計(jì)數(shù)率之比：

式中：f≤1.3，初步判斷無(wú)破損；

f>3，初步判斷為破損組件；

1.3

2)通過(guò)組件的平均微分計(jì)數(shù)波動(dòng)圖判斷組件完整性。在卸料過(guò)程中，由于堆芯組件數(shù)量的減少和133Xe的不斷衰變，在線啜吸測(cè)得組件的平均微分計(jì)數(shù)趨勢(shì)線應(yīng)隨著卸料進(jìn)度呈降低態(tài)勢(shì)。如果當(dāng)前組件存在破損，則該在線啜吸測(cè)得的133Xe平均微分計(jì)數(shù)以及接下來(lái)測(cè)的幾組燃料組件133Xe微分計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)區(qū)域性的反彈，破壞正常卸料時(shí)組件微分計(jì)數(shù)下降的趨勢(shì)。該方法的詳細(xì)判斷流程和標(biāo)準(zhǔn)見圖4。

圖4 判斷流程圖Fig.4 Judgment flow chart

該方法也在某核電站的大修中得到了應(yīng)用和驗(yàn)證。如圖5，通過(guò)該方法判斷69～78步為可疑組件。后續(xù)利用離線啜吸法對(duì)10組可疑組件進(jìn)行復(fù)查，成功的找出了破損的組件——第77步組件。

圖5 組件微分計(jì)數(shù)趨勢(shì)Fig.5 The dotted line is the trend line and the suspect component detection area is inside the box 注：虛線為趨勢(shì)線，方框內(nèi)為可疑組件檢測(cè)區(qū)域。

3 程序試驗(yàn)與驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)TAO 1.0在線啜吸數(shù)據(jù)分析程序的應(yīng)用性能，在保證該系統(tǒng)各功能可以順利運(yùn)行的前提下，選取其中的代表模塊——在線啜吸計(jì)算器(數(shù)據(jù)計(jì)算與甄別)模塊進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)運(yùn)用TAO 1.0程序?qū)δ澈穗娬镜?57組燃料組件在線啜吸數(shù)據(jù)的4數(shù)據(jù)處理和分析，然后對(duì)比傳統(tǒng)的手工計(jì)算方法，進(jìn)而對(duì)程序的性能進(jìn)行判斷。

數(shù)據(jù)處理結(jié)果準(zhǔn)確性方面：由圖6手動(dòng)計(jì)算和圖7TAO 1.0程序計(jì)算兩種方法的數(shù)據(jù)處理結(jié)果截圖可見：手動(dòng)算法：判斷第90步破損，91步、92步可疑破損；程序計(jì)算：第90步燃料組件破損。根據(jù)離線啜吸方法對(duì)第90～92步燃料檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果僅第90步燃料破損。由此可見：TAO 1.0軟件對(duì)燃料組件破損分析的結(jié)果與傳統(tǒng)的手動(dòng)方法得出的結(jié)果一致，且TAO 1.0程序判斷更為精確。

圖6 某電站大修在線啜吸手動(dòng)計(jì)算參數(shù)Fig.6 The overhaul online sipping manual calculation parameters of a power plant

數(shù)據(jù)處理的效率方面：如表1 所示：完成157組組件數(shù)據(jù)處理手工方法需要220 min，在線啜吸數(shù)據(jù)軟件僅需要66 min，可見TAO 1.0軟件有效的提高了數(shù)據(jù)分析和破損組件篩選的效率。

表1 完成157組組件數(shù)據(jù)處理響應(yīng)時(shí)間對(duì)比表

圖7 TAO 1.0程序計(jì)算和判斷結(jié)果Fig.7 Calculationand judgment results of TAO 1.0

4 結(jié)束語(yǔ)

TAO 1.0在線啜吸數(shù)據(jù)分析程序是根據(jù)燃料組件在線啜吸工作的實(shí)際需求和需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)的。實(shí)踐證明：該軟件的成功開發(fā)應(yīng)用有效提高了數(shù)據(jù)分析和破損組件篩選的效率，對(duì)核電廠大修工期的優(yōu)化具有重要的意義。目前的1.0版本包括最常用的4個(gè)模塊, 更多可疑破損燃料組件的數(shù)據(jù)分析模塊正在開發(fā)完善之中。相信通過(guò)不斷的創(chuàng)新和發(fā)掘改良，將使本程序的甄別破損燃料組件的能力不斷提高, 也為燃料工作者提供一個(gè)操作便捷的智能化的燃料組件在線啜吸分析處理程序。