核電廠鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

馮利法，黃海濤

核電廠鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

馮利法，黃海濤

（國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233）

針對(duì)核電廠鋼制安全殼泄漏率測(cè)試的要求，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了一套基于LabVIEW軟件平臺(tái)及Compact-RIO嵌入設(shè)備的泄漏率測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了全數(shù)字化通訊、RS-485總線技術(shù)、采集與分析分離等技術(shù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)了設(shè)計(jì)，提高了拓展性及可靠性，并在AP1000鋼制安全殼整體泄漏率試驗(yàn)中應(yīng)用與驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證表明：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信，可滿足鋼制安全殼泄漏率測(cè)量的要求。系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)AP1000機(jī)組役前及在役鋼制安全殼整體泄漏率試驗(yàn)中得到了成功應(yīng)用。

AP1000；鋼制安全殼；泄漏率；測(cè)試系統(tǒng)

核電廠安全殼作為核電廠的第三道安全屏障，在役前和在役停堆換料期間都要進(jìn)行泄漏率試驗(yàn)，以評(píng)估在嚴(yán)重事故條件下安全殼能否保持其密封性，防止放射性物質(zhì)釋放到周?chē)h(huán)境中去。因此，安全殼泄漏率試驗(yàn)結(jié)果歷來(lái)受到國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)和各國(guó)的核安全部門(mén)的關(guān)注，我國(guó)國(guó)家核安全局也將安全殼泄漏率試驗(yàn)納入重點(diǎn)監(jiān)督項(xiàng)目[1]。

國(guó)際上常用的安全殼整體泄漏率試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有3種：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《安全殼泄漏率試驗(yàn)要求》（ANSI/ANS-56.8-2002）、法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《安全殼泄漏率試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)》（RCC-G 88版第3部分）、俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)《核電廠安全包容系統(tǒng)建造和運(yùn)行規(guī)范》（ПНАЭГ-10-021-90）。AP1000機(jī)組明確要求使用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全殼泄漏率試驗(yàn)，而我國(guó)現(xiàn)有的運(yùn)行機(jī)組大都采用法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行泄漏率試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)也是依據(jù)M310電站的特點(diǎn)與試驗(yàn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的，并不能直接應(yīng)用于AP1000機(jī)組[2-6]。因此，針對(duì)AP1000鋼制安全殼及機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)一套泄漏率測(cè)試系統(tǒng)用于整體泄漏率試驗(yàn)系統(tǒng)具有重要的意義。

1　總體技術(shù)路線

核電廠鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想是自上而下進(jìn)行設(shè)計(jì)，先根據(jù)法規(guī)的要求規(guī)劃系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的總功能，然后根據(jù)國(guó)內(nèi)外安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)與反饋，結(jié)合AP1000核電廠安全殼自身的特點(diǎn)，對(duì)總功能進(jìn)行補(bǔ)充和完善，再將總功能分解為多個(gè)硬件或軟件模塊實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)主要由溫度/濕度/壓力測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（下位機(jī)）和人機(jī)交互系統(tǒng)（上位機(jī)）組成，溫度/濕度/壓力測(cè)量系統(tǒng)利用傳感器對(duì)溫度、濕度和壓力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，下位機(jī)與溫度/濕度/壓力測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)RS-485總線進(jìn)行通訊，采集測(cè)量信號(hào)并在下位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)使用TCP/IP協(xié)議與上位機(jī)建立連接，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示、分析、存儲(chǔ)下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，計(jì)算安全殼泄漏率，并對(duì)數(shù)據(jù)異常、通訊異常、下位機(jī)及傳感器異常進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)是信號(hào)采集數(shù)字化與總線技術(shù)，數(shù)據(jù)采集與分析分離的高可靠性及容錯(cuò)機(jī)制，以及基于總線技術(shù)的系統(tǒng)強(qiáng)拓展性。這些優(yōu)勢(shì)也是針對(duì)國(guó)內(nèi)外安全殼泄漏率測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)反饋進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2　測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

2.1　系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

根據(jù)核電廠安全殼泄漏率測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7-9]，鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)的基本功能如下：

（1）測(cè)試系統(tǒng)配置。對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的采集參數(shù)進(jìn)行配置、采集通道配置、傳感器地址及權(quán)重配置等。

（2）測(cè)量數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。按照設(shè)定的時(shí)間間隔和數(shù)據(jù)格式對(duì)溫度、濕度、壓力測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)在上位機(jī)和下位機(jī)同時(shí)保存，提高安全性。

（3）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)顯示。根據(jù)設(shè)定的顯示方式（趨勢(shì)圖、柱狀圖、散點(diǎn)圖等），將測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示。

（4）泄漏率計(jì)算與分析。根據(jù)下位機(jī)采集與發(fā)送的各溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)，利用算法對(duì)溫度、濕度和壓力的數(shù)據(jù)重構(gòu)，并計(jì)算實(shí)時(shí)的泄漏率及相關(guān)參數(shù)。

（5）異常情況報(bào)警。如果測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的異常，如數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)異常、傳感器離線、下位機(jī)通訊異常等情況，在人機(jī)界面進(jìn)行聲光報(bào)警，并顯示異常現(xiàn)象。

2.2　鋼制安全殼泄漏率測(cè)量原理

AP1000核電廠鋼制安全殼是帶上下橢圓形封頭的圓柱形鋼制容器，直徑39.6 m，高度65.6 m[10]，如此大的空間要進(jìn)行泄漏率的測(cè)量，只能進(jìn)行間接測(cè)量。間接測(cè)量需要對(duì)安全殼進(jìn)行加壓，在加壓狀態(tài)下對(duì)壓力、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和采集，依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，考慮安全殼內(nèi)溫度變化和水蒸氣分壓變化，采用絕對(duì)壓力法實(shí)時(shí)計(jì)算獲得安全殼整體泄漏率。

安全殼泄漏率指單位時(shí)間（24 h）安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量的相對(duì)變化，用wt%/24 h表示。對(duì)于每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)（t），相應(yīng)的安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量（W）利用理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算[7]：

（1）（2）（3）式中：

將安全殼內(nèi)的干空氣質(zhì)量隨時(shí)間變化的曲線用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到線性回歸方程：

由回歸方程可求出安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量24 h泄漏率：

泄漏率95%置信水平的置信上限值為：

（6）（7）（8）式中：

2.3　硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的硬件總體由2臺(tái)上位機(jī)、2臺(tái)下位機(jī)、1臺(tái)交換機(jī)、40組溫濕度傳感器、3臺(tái)壓力表和1個(gè)流量計(jì)組成。2臺(tái)上位機(jī)可以連接到任意1臺(tái)下位機(jī)，2臺(tái)下位機(jī)為一備一用；40組溫濕度傳感器安裝在安全殼內(nèi)部，通過(guò)2-4條RS-485總線與下位機(jī)相連，3臺(tái)壓力表通過(guò)RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器后接入RS-485總線與下位機(jī)相連，既可保證壓力表信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，又與溫濕度傳感器統(tǒng)一了通訊協(xié)議。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

針對(duì)AP1000安全殼內(nèi)部容積空間大（約9×104m3），空氣溫度、濕度不均勻的特點(diǎn)，將安全殼內(nèi)部空間分為40個(gè)不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域安裝1組溫濕度傳感器。3臺(tái)壓力表布置在安全殼外部，通過(guò)引壓管將安全殼內(nèi)部的壓力引出，2臺(tái)壓力表測(cè)量安全殼內(nèi)絕對(duì)壓力，1臺(tái)測(cè)量殼外大氣壓力。1臺(tái)流量計(jì)通過(guò)下泄管線連接到安全殼內(nèi)大氣，用于驗(yàn)證試驗(yàn)。

下位機(jī)處于整個(gè)系統(tǒng)的核心位置，基于NI Compact-RIO嵌入式平臺(tái)和NI 9871板卡進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)RS-485總線與各傳感器進(jìn)行通訊，通訊采用半雙工的通訊方式，總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，同時(shí)使用Compact-RIO內(nèi)置的實(shí)時(shí)控制器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）進(jìn)行下位機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

圖2　鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖3 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

下位機(jī)進(jìn)行了冗余配置，每臺(tái)下位機(jī)配置具有16路RS-485通信接口，通過(guò)指令通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和保存，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。在數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置完成的情況下，下位機(jī)可以獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不需要上位機(jī)的參與，保證了在上位機(jī)失效的情況下仍然可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高了系統(tǒng)的可靠性。上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，生成所需報(bào)告與曲線。上位機(jī)可以設(shè)置多臺(tái)，具有不同的權(quán)限設(shè)置，同時(shí)在線的上位機(jī)只有一臺(tái)具有管理員權(quán)限，并具有采集和運(yùn)算參數(shù)設(shè)定的功能。上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行連接，并共享一臺(tái)打印機(jī)。

2.4　軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

LabVIEW作為虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具，在人機(jī)交互和數(shù)據(jù)采集方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)[11]。下位機(jī)是基于Compact-RIO嵌入式平臺(tái)，使用LabVIEW編程可以提高開(kāi)發(fā)的速度以及保證系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)采用LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)，主要包括信息配置、VISA串口信息讀取、溫濕度數(shù)據(jù)重構(gòu)、安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量計(jì)算、泄漏率計(jì)算、數(shù)據(jù)曲線顯示及保存等部分，系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)的主要模塊介紹如下：

（1） VISA串口配置與信息讀取模塊

系統(tǒng)初始化時(shí)，首先根據(jù)各個(gè)傳感器的COM端口配置VISA（虛擬儀器架構(gòu)）資源名稱(chēng)、波特率、數(shù)據(jù)比特、超時(shí)、校驗(yàn)位、奇偶等參數(shù)；每個(gè)傳感器都分配一個(gè)字符用以表示傳感器的地址，通過(guò)該地址向傳感器發(fā)送查詢信息命令，傳感器返回查詢信息進(jìn)入串口緩沖區(qū)；VISA讀取函數(shù)讀取串口緩沖區(qū)內(nèi)的信息，然后解析提取溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)。VISA串口配置及信息讀取程序如圖5所示。

（2）上位機(jī)數(shù)據(jù)接收及圖形顯示

上位機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議與下位機(jī)進(jìn)行通信，接收下位機(jī)傳輸?shù)男畔ⅰ?shù)據(jù)存入上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)格式采用tdms。所有的傳感器采集的原始數(shù)據(jù)可以通過(guò)柱狀圖進(jìn)行顯示，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集是否正常。數(shù)據(jù)顯示界面如圖6所示。

（3）安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量的計(jì)算模塊

通過(guò)下位機(jī)采集的40個(gè)溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，重構(gòu)利用每個(gè)傳感器的體積系數(shù)及原始數(shù)據(jù)計(jì)算平均的平均溫度和水蒸氣分壓，然后計(jì)算安全殼內(nèi)干空氣的分壓，并通過(guò)式（1）獲得干空氣的質(zhì)量。干空氣質(zhì)量曲線顯示如圖7所示。

圖5　VISA串口配置及信息讀取程序框圖

圖6　傳感器柱狀圖監(jiān)測(cè)界面

圖7　干空氣質(zhì)量曲線顯示界面

（4）泄漏率的計(jì)算

對(duì)安全殼內(nèi)的空氣參數(shù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量（至少每隔15 min采集一次），計(jì)算每個(gè)測(cè)量時(shí)刻干空氣的質(zhì)量，待空氣穩(wěn)定后，再獲取至少12組以上的干空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)使用最小二乘回歸進(jìn)行線性擬合，計(jì)算回歸曲線的斜率和截距，利用公式（5）進(jìn)行泄漏率的計(jì)算（見(jiàn)圖8）。

圖8　泄漏率計(jì)算模塊程序框圖

3　系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證

3.1　系統(tǒng)測(cè)試

鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)在某核電廠進(jìn)行了測(cè)試與驗(yàn)證，將40組溫濕度傳感器安裝在安全殼內(nèi)要求的位置，分成四組，每組使用1條6芯線纜通過(guò)電氣貫穿件連接到下位機(jī)的一個(gè)端口；3支壓力表通過(guò)1條6芯線纜連接到下位機(jī)的一個(gè)端口；上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)線遠(yuǎn)程連接到下位機(jī)。準(zhǔn)備就緒后關(guān)閉安全殼閘門(mén)，使用5臺(tái)大型空氣壓縮機(jī)將空氣充入安全殼，將安全殼內(nèi)空氣壓力升高到73 Psi（0.5 MPa），關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，待殼內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定后，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)柱狀圖監(jiān)測(cè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)以及工作狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)曲線顯示溫度、壓力、空氣質(zhì)量和泄漏率的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)。安全殼內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定保持在73 psi（0.5 MPa）附近，每隔15 min采集一組數(shù)據(jù)，持續(xù)24 h，根據(jù)采集的溫濕度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算泄漏率，部分測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示，干空氣質(zhì)量及泄漏率的曲線如圖9所示。

表1　鋼制安全殼泄漏率測(cè)試數(shù)據(jù)

續(xù)表

圖9　干空氣質(zhì)量及泄漏率曲線圖

從圖9中可以看出，隨著安全殼內(nèi)空氣逐漸趨于穩(wěn)定，以及所采集的數(shù)據(jù)量的增加，泄漏率的計(jì)算結(jié)果逐漸趨于穩(wěn)定，在測(cè)試開(kāi)始后第24個(gè)小時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上計(jì)算的泄漏率am=0.023 24%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/24 h。

3.2　系統(tǒng)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在打開(kāi)圖2中安全殼下泄管線的閥門(mén)，使安全殼內(nèi)的部分空氣從流量計(jì)處往外泄漏，通過(guò)流量計(jì)精確測(cè)量泄漏的空氣量，從而人為疊加一個(gè)已知的泄漏率0。調(diào)節(jié)流量計(jì)上游的閥門(mén)使得流量計(jì)的流量為7.018 2 SCFM（198.692 2 L/min），按標(biāo)準(zhǔn)空氣密度0.075 2 lbm/ft3計(jì)算，24 h從安全殼內(nèi)泄漏的空氣量為759.99 lbm，計(jì)算通過(guò)流量計(jì)的疊加泄漏率0=0.094 37（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%/24 h（759.99 lbm/805 340.2 lbm）。疊加流量計(jì)處的泄漏率后，整個(gè)安全殼的理論泄漏率0+am=0.117 61（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%/24 h。

重新開(kāi)始測(cè)試，每隔15 min采集一組數(shù)據(jù)，持續(xù)5.25 h，根據(jù)采集的溫濕度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算泄漏率，部分測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示，干空氣質(zhì)量及泄漏率的曲線如圖10所示。

表2　驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)

續(xù)表

圖10　干空氣質(zhì)量及泄漏率曲線圖

從圖10驗(yàn)證試驗(yàn)的泄漏率曲線來(lái)看，試驗(yàn)開(kāi)始1 h后泄漏率基本達(dá)到穩(wěn)定，5.25 h后測(cè)量的綜合泄漏率c=0.111 76 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/24 h，理論泄漏率為0+am=0.117 61 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/ 24 h，整體誤差僅為4.97%，說(shuō)明系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[7]的要求疊加泄漏后的綜合泄漏率需要滿足以下關(guān)系：

將驗(yàn)證數(shù)據(jù)代入公式（9）得到：

0+am-0.25a=0.117 61-0.025=0.092 61

0+am+0.25a=0.117 61+0.025=0.142 61

c=0.111 76

滿足公式（9）的要求，同樣驗(yàn)證了測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信、系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4　系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)分析

系統(tǒng)在符合相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，吸收了國(guó)內(nèi)外安全殼泄漏率試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)反饋，形成了以下核心優(yōu)勢(shì)：

（1）信號(hào)采集數(shù)字化與總線技術(shù)

系統(tǒng)從傳感器端開(kāi)始就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化傳輸，再結(jié)合RS-485總線技術(shù)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)線纜總量以及現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)時(shí)間大量減少，核島內(nèi)僅需布置2～4條線纜，相比每個(gè)溫度、濕度傳感器都要鋪設(shè)線纜，工作量減少90%以上。特別是在役試驗(yàn)期間，將大量減少占用關(guān)鍵路徑的時(shí)間，并減少安裝工作的輻射劑量。下位機(jī)與上位機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，上位機(jī)可遠(yuǎn)離下位機(jī)，布置在安全風(fēng)險(xiǎn)小的區(qū)域。

（2）數(shù)據(jù)采集與分析分離的高可靠性及容錯(cuò)機(jī)制

系統(tǒng)具有三重安全保障機(jī)制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)及測(cè)試的可靠性：①系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集與分析的實(shí)體分離，下位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算與顯示，互不干涉。下位機(jī)可以獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)工作，無(wú)需上位機(jī)的參與，提高數(shù)據(jù)采集的可靠性。② 下位機(jī)采用冗余配置，一備一用。上位機(jī)可以采用一臺(tái)或多臺(tái)布置，只有一臺(tái)能夠取得管理權(quán)限，控制整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，其余從屬上位機(jī)具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和分析功能。如果主上位機(jī)故障，那么只需更改從屬上位機(jī)的權(quán)限即可接替主上位機(jī)繼續(xù)試驗(yàn)。③試驗(yàn)數(shù)據(jù)三重安全備份。試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在下位機(jī)、上位機(jī)中，并在每次采集后自動(dòng)打印所有傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的三重安全備份。

（3）基于總線技術(shù)的系統(tǒng)強(qiáng)拓展性

系統(tǒng)對(duì)傳感器的數(shù)量沒(méi)有限制，如需增加傳感器的數(shù)量，可直接在現(xiàn)有的RS-485總線上增加或重新布置一條總線線纜即可實(shí)現(xiàn)。

將自主開(kāi)發(fā)AP1000鋼制安全殼泄漏率測(cè)量系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有安全殼泄漏率試驗(yàn)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表3所示。

表3　國(guó)內(nèi)外泄漏率測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

從表3中可以看出，自主開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)在可接入的傳感器數(shù)量、采樣頻率及連續(xù)可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量上相比國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有主流系統(tǒng)都具有優(yōu)勢(shì)，并可接入多臺(tái)上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的備用與切換，且可實(shí)現(xiàn)無(wú)上位機(jī)情況下的自動(dòng)采集，保障試驗(yàn)過(guò)程的連續(xù)性與可靠性。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文基于Compact-RIO嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首套AP1000鋼制安全殼泄漏率測(cè)試系統(tǒng)，并在AP1000鋼制安全殼整體泄漏率試驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信。系統(tǒng)應(yīng)用全數(shù)字化傳輸、現(xiàn)場(chǎng)總線、采集與分析分離等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高可靠性及強(qiáng)拓展性，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)布置，提高了布置效率，降低了人員輻射劑量，相比國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的安全殼泄漏率測(cè)量系統(tǒng)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，該系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)AP1000機(jī)組役前及在役鋼制安全殼整體泄漏率試驗(yàn)中進(jìn)行了應(yīng)用，降低了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，提高了試驗(yàn)的可靠性，保障了國(guó)內(nèi)首批AP1000機(jī)組的安全運(yùn)行，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。本系統(tǒng)的自主開(kāi)發(fā)與應(yīng)用對(duì)于促進(jìn)AP1000機(jī)組測(cè)試技術(shù)的掌握及測(cè)試設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化具有重要意義。

［1］ 蔣堅(jiān)毅，郭紅曉，李安明，等．核電廠安全殼泄漏率測(cè)定的不確定度評(píng)定［J］．儀器儀表學(xué)報(bào)，2006，27（12）：11-14.

［2］ 王偉，劉立果，等．AP1000鋼制安全殼SIT試驗(yàn)良好實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)反饋［J］．核科學(xué)與工程，2019，39（6）：937-940.

［3］ 馬先宏，楊炯，等．AP1000鋼制安全殼氣壓試驗(yàn)變形測(cè)量方法及變形結(jié)果分析［J］．核科學(xué)與工程，2020，40（1）：36-42.

［4］ 褚英杰，歐陽(yáng)欽．安全殼整體泄漏率計(jì)算方法的比較分析［J］．核動(dòng)力工程，2010，31（6）：33-37.

［5］ 歐陽(yáng)欽，褚英杰．安全殼整體試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ANS-56.8- 1994在田灣核電廠的應(yīng)用［J］．核動(dòng)力工程，2010，31（6）：24-28.

［6］ 杜宇，劉勇，等．福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組安全殼整體泄漏率試驗(yàn)充壓和降壓速率優(yōu)化的分析和研究［J］．核科學(xué)與工程，2017，37（2）：199-202.

［7］ Containment System Leakage Testing Requirements：ANSI/ANS-56.8-2002［S］．2002.

［8］ U S.NRC. Domestic Licensing of Production and Utilization Facilities，Appendix J Primary Reactor Containment Leakage Testing of WaterCooled Power Reactor：10CFR50 Regulations［S］．2016.

［9］ 核電廠安全殼密封性試驗(yàn)：NB/T 20018—2010［S］．北京：原子能出版社，2010.

［10］林誠(chéng)格．非能動(dòng)安全殼先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)［M］．北京：原子能出版社，2010.

［11］孫毅剛，何進(jìn)．基于LabVIEW的高精度多通道溫度測(cè)量系統(tǒng)［J］．儀表技術(shù)與傳感器，2017（1）：96-100.

Development and Verification of Steel Containment Vessel Leakage Rate Testing System of Nuclear Power Plant

FENG Lifa，HUANG Haitao

（State nuclear power plant service company，Shanghai，200233）

According to the requirements of steel containment vessel leakage test of nuclear power plant, the integrated leakage rate testing system which is based on the LabVEIW software platform and the Compact-RIO embedded system is developed. The design of system is simplified using digital communication, RS-485 bus, separation of collection and analysis, by which the system is simplified and the reliability and extensibility are enhanced. The system is used and verified in the steel containment vessel integrated leakage rate test of AP1000 nuclear power plant, the field test and verification show that the system has stale and reliable operation, high accuracy of calculation and measurement, and can meet the requirements of integrated leakage rate test. The system have already used in all steel containment vessel integrated leakage rate test of domestic AP1000 NPPs.

AP1000; Steel containment vessel; Leakage rate; Testing system

TL364+.3

A

0258-0918（2021）06-1159-10

2021-07-11

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2015ZX06002005）

馮利法（1983—），男，浙江臺(tái)州人，高級(jí)工程師，碩士研究生，現(xiàn)主要從事核電廠狀態(tài)監(jiān)測(cè)和性能試驗(yàn)方面研究