孫 琦 張 蕓 張洧川 李 昱 黃 軻

（核反應堆系統(tǒng)設計技術重點實驗室，四川 成都 610213）

0 前言

中國工程試驗堆是根據(jù)我國核動力技術發(fā)展及工程應用需要建設的高性能、 多用途、 高安全性的高通量工程試驗堆[1]。 核測量系統(tǒng)是儀控系統(tǒng)的重要組成部分， 能夠通過測量中子注量率得到反應堆核功率及其變化[2]。 中子注量率變化范圍高達13 個數(shù)量級，需要3 個量程的儀表才能完全覆蓋， 每個量程的儀表測量原理不同， 因此系統(tǒng)組成復雜， 調(diào)試需要根據(jù)不同的量程制定不同的方案。 核測量設備的調(diào)試是核測量設備設計的重要內(nèi)容， 通過調(diào)試能夠發(fā)現(xiàn)并糾正設計過程中的缺陷，使測量設備達到預期的技術指標。

1 核測量設備組成

工程試驗堆核測量設備包含源量程、中間量程、功率量程三個區(qū)段， 每個區(qū)段均由一次儀表、 電纜及二次儀表組成， 文章主要針對二次儀表的調(diào)試。 二次儀表由高壓單元、 放大單元、 處理單元、 模擬量輸入單元、開關量輸入單元、模擬量輸出單元、開關量輸出單元、通訊單元、低壓單元組成，其結構如圖1 所示。 低壓單元為機箱供電， 高壓單元為一次儀表提供高壓，放大單元將一次儀表的電信號進行放大由模擬量輸入單元采集后傳輸至處理單元， 開關量輸入單元采集設備開關量狀態(tài)變化， 如工作模式切換、 高壓的開閉等傳輸至處理單元， 處理單元將電信號轉(zhuǎn)換為計數(shù)率、功率電流等傳輸至輸出單元， 由通訊單元傳遞至本機顯示單元及保護、功調(diào)等系統(tǒng)。

圖1 核測量設備結構示意圖

2 設備調(diào)試準備

2.1 調(diào)試文件準備

在進行設備調(diào)試前，需要做好相應的準備工作。 針對調(diào)試的每一個插件、 機箱需要準備相應的調(diào)試文件， 首先要根據(jù)設備設計的技術指標設計調(diào)試大綱，需要對所有相關技術要求進行檢驗。 同時， 調(diào)試大綱中應規(guī)定設備調(diào)試環(huán)境， 如溫度濕度等， 對設備的調(diào)試步驟進行明確， 應設計相應的記錄表格對環(huán)境條件、測試數(shù)據(jù)進行記錄。 需要準備電裝工藝文件，方便調(diào)試過程中查找元器件規(guī)格型號及接線檢查工作。 針對插件調(diào)試， 需要準備相應的電路原理圖， 方便調(diào)試過程中進行故障檢測等。

2.2 調(diào)試場地準備

由于核測量設備測量的信號非常微弱， 因此設備對干擾比較敏感， 在調(diào)試過程中部分項目需要打開屏蔽盒進行測量， 因此核測量設備調(diào)試的場地需要有較好的電磁環(huán)境。 應檢查調(diào)試場地的電源， 排除漏電風險， 保持調(diào)試場地的干凈整潔， 附近無電氣焊等影響較大的作業(yè)。

2.3 調(diào)試設備準備

調(diào)試人員應提前準備好需要進行調(diào)試的設備，以及配試的接線、元器件等，搭建好調(diào)試環(huán)境。 在進行高壓單元的調(diào)試時， 需準備電位器調(diào)試工具、 帶鱷魚夾的接線等。 進行放大單元的調(diào)試時， 需要準備焊接撥碼開關以便進行量程切換。 調(diào)試人員應準備供電用背板，并焊接好相應連線。

2.4 調(diào)試儀表準備

設備調(diào)試時需借助相應的儀表才能對絕緣及技術指標進行測試，因此，在進行調(diào)試工作前，調(diào)試人員應準備好需要使用的儀表。 儀表主要包含： 絕緣測試儀表，如萬用表、兆歐表等；供電用儀表，如直流電源表；信號發(fā)生用儀表，包括脈沖信號發(fā)生器、微電流源，技術指標測試用儀表， 萬用表用于測試輸出電壓， 真空毫伏表和模擬示波器用于測試紋波， 數(shù)字示波器用于測量電路響應時間。

3 調(diào)試方法與步驟

完成文件及設備的準備工作后， 需要進行具體的調(diào)試。 一般的調(diào)試步驟都需要先進行目視檢查， 再進行絕緣檢查， 接下來進行通電檢查， 最后進行技術指標測試[3]。 按設備結構分類，應先進行模塊調(diào)試，再進行單元調(diào)試，組后組裝機箱進行整機調(diào)試。

3.1 高壓單元調(diào)試

在進行具體調(diào)試前，先進行目視檢查，主要檢查有無多焊、漏焊元器件，基本走線有無錯誤，可以對照電裝工藝文件及電路原理圖進行檢查。 完成目視檢查后，需要進行絕緣測試，使用萬用表測量+15V 對地的電阻、-15V 對地的電阻， 使用兆歐表測量信號地與插件地間的電阻，要求+15V 對地的電阻、-15V 對地的電阻大于100Ω，信號地與插件地間的電阻大于10MΩ。完成絕緣測試后進行通電檢查， 觀察有無異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，如是否存在冒煙、冒火花等情況，是否有異味，使用直流電源DP831A 可以查看電路功耗是否正常，如存在功耗過高的情況需要進行逐級分析， 用手觸碰元器件是否發(fā)燙。 如果有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)， 應該立即切斷電源，排查故障，待問題解決后方可重新通電觀察。 使用萬用表測量輸出端的電壓值， 真空毫伏表測量電路的紋波有效值，模擬示波器測量紋波峰-峰值。 輸出端接電阻測試電路帶負載能力， 電阻的選取需要考慮功耗，利用歐姆定律計算其功率，避免超限。

3.2 源量程放大單元調(diào)試

參照高壓單元調(diào)試進行目視檢查。 使用萬用表測量低壓電源處對地電阻， 完成絕緣測試后進行通電檢查，通電檢查半小時。 通電檢查無故障情況下，關閉電源開關， 接如脈沖信號發(fā)生器， 利用模擬示波器觀察各級放大波形，調(diào)節(jié)電位器使信噪比達到最佳狀態(tài)。用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz 的脈沖信號，讀取顯示屏上的計數(shù)率并記錄，利用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生不同幅度的正弦波信號， 觀察顯示屏上的計數(shù)率并記錄。 利用數(shù)字示波器測量電路響應時間。

3.3 中間量程、功率量程放大單元調(diào)試

首先進行目視檢查， 然后進行絕緣檢查， 絕緣檢查完畢后通電半小時。 通電檢查無故障情況下， 使用微電流源產(chǎn)生電流信號， 逐級測量電路的輸出電壓并記錄。 利用數(shù)字示波器測量電路響應時間。

4 故障處理

在核測量設備調(diào)試過程中， 遇到的故障一般為元器件失效、焊接失誤、設計差錯、及干擾問題。 元器件失效通常會使電源短路， 比較容易發(fā)現(xiàn)； 焊接失誤可能導致電路部分燒毀， 需要詳細檢查； 設計差錯一般只能通過技術指標檢測發(fā)現(xiàn)； 干擾問題排查起來比較復雜，一般通過良好接地、蓋屏蔽盒、調(diào)節(jié)甄別閾等方式解決。 遇見故障時，可進行器件摘除、替代，或焊接調(diào)試線等方式解決。

4.1 元器件失效

在進行源量程放大插件通電檢查過程中， 發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)異響， 切斷電源后進行排查。 首先檢查電路絕緣性能，發(fā)現(xiàn)+3.3V 與地短路，由于+3.3V 向數(shù)字部分供電， 因此判斷數(shù)字部分出現(xiàn)故障。 目視檢查電容未出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象， 使用排除法逐一摘除集成芯片， 摘除集成芯片應遵循先易后難的原則， 先摘除容易焊接的芯片，當摘除芯片RM48L952DZWT 后，電源對地絕緣恢復正常， 檢查發(fā)現(xiàn)芯片已失效， 更換新的芯片后，+3.3V 對地電阻為12.736kΩ。

4.2 焊接失誤

對功率量程放大插件進行調(diào)試時， 出現(xiàn)電路功能無法滿足要求的情況， 經(jīng)調(diào)試人員分析后需要更換電阻規(guī)格，其中一個電阻更換為22Ω，另一個電阻更換為51kΩ。 修改焊接完成，經(jīng)過絕緣檢查后通電，被修改部分冒煙， 檢查后發(fā)現(xiàn)焊接人員誤將兩個電阻焊反，導致二極管被燒毀。 因此，在電路修改焊接后，不能直接通電，需要檢查元器件焊接是否正確，包括焊接位置、器件規(guī)格型號、有無虛焊現(xiàn)象等。

4.3 設計變更

在高壓單元調(diào)試過程中， 采樣電壓期望值為8.3V，實際測量時發(fā)現(xiàn)采樣電壓不足1V。 首先測量高壓輸出500V，結果正常；然后對照電路圖逐段測量分壓電路， 發(fā)現(xiàn)分壓電路與后面運放輸入端接地電阻存在并聯(lián)情況，摘除該電阻后，電路恢復正常。 在調(diào)試過程中， 遇到問題應對照電路圖在有故障的線路逐級排查、計算。

功率放大單元放大電路的反饋電阻由3 個大小不同的電阻組成，分別是2MΩ、750kΩ、300kΩ，輸入電流進行測量時， 發(fā)現(xiàn)僅有750kΩ 檔位測量值準確，2MΩ檔位測量值偏小，300kΩ 檔位測量值偏大。 判斷是電阻設計阻值有誤，經(jīng)過與電路圖對比分析，發(fā)現(xiàn)2MΩ 和300kΩ 的 阻 值 在 設 計 時 存 在 偏 差，2MΩ 處 應 焊 接300kΩ 電 阻，300kΩ 處 應 焊 接2MΩ 電 阻。

功率放大電路設置有功率補償， 用于對功率的校準， 調(diào)試時要求測量補償電路的電壓范圍， 實際測試中發(fā)現(xiàn)電壓為0。 測量發(fā)現(xiàn)，原本應接電源的位置電壓即為0，說明電路未接電源，進行修改后，電路輸出電壓范圍正常。 在調(diào)試過程中，遇見輸出為0 的情況，應該從電源處開始檢查。

4.4 干擾問題

源量程電路需要輸入按一定周期變化的信號進行周期測試，在連接周期信號儀后，電路出現(xiàn)較大干擾。在加蓋屏蔽盒、機箱接地后，干擾仍無法消除。 去除周期信號儀，干擾消失，由此判斷干擾由周期信號儀引入，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為周期信號的供電的電源線地線缺失，更換電源線后，干擾消除。在核測量電路的調(diào)試過程中，要特別注意電磁干擾的影響，與核測量設備連接的供電設備或信號源均應良好接地， 必要時可適當調(diào)節(jié)甄別閾，當出現(xiàn)較大干擾時， 應按照從機箱到連接設備的順序，逐級排查，確定干擾源，以便進行相應的防護。

5 結束語

隨著對核測量設備的測試精度要求越來越高，設備的調(diào)試的作用也愈發(fā)明顯， 在升級換代的過程中，調(diào)試能反映出設計過程中存在的問題， 有利于設備的改良。 在調(diào)試過程中，需要嚴格按照調(diào)試步驟進行，調(diào)試人員需要掌握一定理論知識， 熟悉電路原理， 提前了解一些常見問題及解決方法。 在故障電路周圍逐級排查，對于干擾問題需要由點及面，進行系統(tǒng)排查。 針對高通量工程試驗堆的調(diào)試過程， 總結了核測量設備的一般調(diào)試方法， 對出現(xiàn)的故障進行了分析， 列出了故障解決措施，為核測量設備的調(diào)試提供一定參考。