王季能

【摘 要】為松動部件監(jiān)測系統在核電站運行期間監(jiān)測回路中是否有松動部件，預防和減少松動部件的存在給設備帶來的危害。而在設備和系統國產化過程中，因相關技術人員對技術標準的理解和采用的不同，其設計和制造的設備在調試期間出現故障現象，本文對出現的故障現象進行分析和對其原因進行探討。

【關鍵詞】松動部件；信號過載；核電廠

0 引言

松動部件監(jiān)測系統在探測一回路內存在松動部件，減輕松動部件對設備和安全屏障的危害方面有重要意義。而系統功能的實現是建立在系統功能完整，運行正常的基礎之上。對國產化設備在調試過程中發(fā)生的故障現象進行分析和討論，積累相關經驗是技術人員的重要工作內容。

1 信號過載的危害

信號過載的最直接的后果是對系統本身帶來沖擊，但最嚴重的后果是探測到的陣發(fā)波信號信息的缺省。對于一個陣發(fā)波，其波幅到達測量限值后將被削平，通過系統內的模塊轉化和處理后，無法再呈現出其波形中因松動部件撞擊引起的上升和衰減等過程特征。不利于技術人員將它與電氣故障，環(huán)境因素等引起的波形區(qū)分，更是不利于及時辨別和區(qū)分是否存在松動部件，損害了其設置用來監(jiān)測松動部件的本意。監(jiān)督部門如果對此有異議，將很難從技術上給出讓人信服的解釋。

2 信號過載現象的發(fā)現

在某核電廠松動部件監(jiān)測系統調試期間，發(fā)現系統閃發(fā)和記錄了包括“信號過載”在內的多種故障和事件，這些現象的發(fā)生除與此階段內核島里的施工環(huán)境有關外，系統本身的性能參數和工作原理是其本質原因。

從2009.8.26至11.18日期間發(fā)生信號過載統計結果來看，其發(fā)生的次數很多（統計到153次）。此統計還未記錄到本階段中因施工原因將測量通道解開期間的情況，如考慮全部過程，其發(fā)生的次數將會更多。為辨別系統記錄“信號過載”現象是否是對檢測對象的客觀反應，技術人員在其頻發(fā)期間加強對系統的監(jiān)視，并實時觀察到一次信號過載的發(fā)生過程。技術人員對觀察到的現象描述如下：其11月份在機柜前一次蹲點監(jiān)視時，聽到揚聲器發(fā)出大的碰撞聲，系統監(jiān)測界面上顯示的陣發(fā)波波幅已超出顯示的上限。進而查看事件記錄，看到系統在此次時刻如實的記下此事件和“信號過載”項。此次觀察證明調試期間出現的“信號過載”不是系統的誤記錄，而是客觀存在的。

查閱相關出廠試驗報告，了解到在廠方進行松動部件模擬試驗期間也曾出現過信號過載現象。但廠方技術人員認為是系統本身的特性（測量能力小于等于100g）決定了對某些輸入的響應。這從側面亦證實了大于系統測量范圍的撞擊是能客觀存在的。從某核電的主泵葉輪裂開落下的松動部件撞擊引發(fā)的多個測量通道信號飽和（過載），以及按國標中要求的松動部件參數，作撞擊波幅值的工程估算，也能得出信號（加速度）能大于100g的結論。

2015年3月份在北方某核電廠1號機的松動部件監(jiān)測系統中的一個監(jiān)測模塊的3個通道連續(xù)依次發(fā)生故障燈閃亮的情況，具體現象為：通道的狀態(tài)顯示燈在正常時為綠色，但在出現同一模塊的三個通道隔一段時間依次閃變出黃色后恢復的現象，現場通過監(jiān)聽通道可排除有松動部件撞擊。大修期間更換三個通道的電荷轉換器后，監(jiān)測通道恢復正常。

3 信號過載原因分析

國產松動部件監(jiān)測系統的參數與原參考系統以及ASME標準的比較。

經對參考電站的松動部件監(jiān)測系統的技術參數進行查閱和了解，發(fā)現其松動部件監(jiān)視部分使用13個加速度測量通道（其中每個SG各3個；壓力容器底部3個，頂部1個），但其加速度測量的范圍達到1000g。

ASME OM-S/G-2007的12章的4.3.1 signal conditioner.章節(jié)中提到對測量范圍的要求為：（d）dynamic range：signal level equivalent to at least 100g peak in the least-sensitive range.但同時，其對U型傳熱管的蒸汽發(fā)生器類型的壓水堆的測量通道要求為18個。這在ASME OM-S/G-2007的12章的4.2.4 Accelerometer Locations-PWR. 章節(jié)中的描述，以及表格：Table 1 Recommended PWR Accelerometer Location 可看出使用在國產化的松動部件監(jiān)測系統的設計的是兩個參考項總合。如參考電站的系統，雖然只設13個通道，但從技術參數上來看，其測量的能力很強（1000g），從而能覆蓋更廣范圍。又如ASME的標準，雖然其測量能力是100g，但其在可能發(fā)生松動部件的區(qū)域布置的通道更密集，也就是說，即使強沖擊區(qū)有通道信號過載，其臨近的通道亦能收到完整的信號，保證了測量范圍的全面性。

4 系統設計的技術參數的風險

使用13通道且100g測量能力的方案有如下可能風險：

因壓力容器頂蓋只有一個測量通道，底部的三個通道安裝在伸出壓力容器的指套管上。當吊籃內存在松動部件撞擊，當松動部件的質量大到能引起信號過載時，陣發(fā)波經過壓力容器壁的衰減，再從壓力容器壁傳播到與其垂直連接的指套管上的加速度測量通道，其信號極有可被背景噪音掩蓋。一個典型的陣發(fā)波的信息如圖1所示，它包括上升沿、衰減和固定的特征頻率等信息。而此時，僅從一個被削平的波形信息中辨別是松動部件還是電氣異常，還是環(huán)境噪音，還是逆止閥動作或是其他功能部件動作，為相關部門提供計策依據，是風險極大的。

實際的運行過程中不能冀望于所有的松動部件，其產生的過程都遵循已知的：松動——脫落——傳送到固定區(qū)域的固定過程，或者說，其全部過程的信息都能被恰當收集。對于不可預料的事件，遵循最保守的技術手段應是基本要求。從詳細記錄的過載清單也可看出，屬于同一區(qū)域的通道很少能保持所接受到信號強度的一致，即曾在有同一事件段內一個通道過載，另外的通道收集到的信息會明顯減弱。這樣來看，將體積龐大的壓力容器分為一個區(qū)域的做法是不恰當的。

因本系統的設計為收集松動部件理論上最終停留幾率大的區(qū)域的信息。而當同一區(qū)域的通道有過載時，技術人員要從這些近似階變的信號中辨別是松動部件、電氣故障、逆止閥動作等有一定難度，延誤對真實松動部件的決策時間，擴大事件后果（松動部件撞碎或是后續(xù)再此撞擊能提供更豐富辨別的信息）。

從綜上分析來看，系統要滿足國標GB/T 11807-2008 /IEC 60988：1990中提到的。

能夠監(jiān)測松脫部件以0.7J的動能撞擊反應堆冷卻劑壓力邊界內表面，撞擊點離開傳感器的距離小于1m，探測的質量范圍大約為0.1kg-15kg的基本要求，將會有爭議。原型未使用10kg以上的大質量松動模擬物進行試驗，也沒有在近似一回路高流速中環(huán)境中試驗，其用小質量的模擬物，已曾引發(fā)信號過載。

5 結論

根據上述分析，為完善系統的功能，建議從如下兩方面考慮：

1）增加通道測量量程（或使用有兩種量程的電荷轉換器）

對于分布在蒸汽發(fā)生器上的通道，可考慮直接在原硬件配置上擴大量程。這樣將從根本上解決信號過載問題，同時也能更全面的覆蓋可能存在的松動部件所觸發(fā)的陣發(fā)波振幅范圍。但該方案要充分綜合對系統分析精度的影響。

2）按ASME標準建議增加通道

對于分布在壓力容器上的通道，因與松動部件監(jiān)測部分共用通道的振動監(jiān)測功能需要的是精度較高的振動信號，且其振幅一般很低，再擴大量程將會面臨測量精度低到不可接受的問題。故可考慮按ASME標準的建議，增加測量通道，以擴大測量區(qū)域范圍來彌補單個通道量程有局限的特點。經查看壓力容器的設計圖紙，其頂蓋上設計有4處可安裝探頭的位置，目前還剩有3個位置可以使用。

【參考文獻】

[1]ASME OM-S/G-2007[S].

[2]GB/T 11807-2008[S].

[3]IEC 60988：1990[S].

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