付可可

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

核電廠堆芯中子測(cè)量系統(tǒng)（RIC）主要由探測(cè)器通過(guò)指套管內(nèi)行走來(lái)測(cè)量堆芯數(shù)據(jù)，通過(guò)解讀數(shù)據(jù)得到堆芯燃料組件的分布狀況，從而驗(yàn)證燃料組件燃耗與對(duì)應(yīng)功率分布是否符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證堆外核儀表和LSS 參數(shù)校準(zhǔn)等功能。

據(jù)反饋，國(guó)內(nèi)壓水堆電廠在進(jìn)行中子通量測(cè)量時(shí)，RIC探測(cè)器均有不同程度的卡澀。根據(jù)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求：“在中子注量率測(cè)量系統(tǒng)不能使用的情況下，反應(yīng)堆仍可正常運(yùn)行直到按照技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求，從最后一次提供中子通量注量率圖起最長(zhǎng)一個(gè)月的時(shí)候，需要提供新的中子注量率的圖（局部的或全堆的）”[1]。以2019 年國(guó)內(nèi)某電廠年度檢修情況為例，共計(jì)有3 個(gè)中子測(cè)量探測(cè)器卡澀，導(dǎo)致部分中子通量測(cè)量無(wú)法獲取中子通量數(shù)據(jù)，最終在換料停堆期間，成功進(jìn)行修復(fù)處理，避免了機(jī)組停堆降功率事件發(fā)生，保障了該燃料循環(huán)周期的發(fā)電計(jì)劃。

1 RIC探測(cè)器卡澀原因分析與解決案例

1.1 堆芯測(cè)量系統(tǒng)工作原理

圖1 堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)側(cè)視圖Fig.1 Side view of Neutron Installation Measurement System

如圖1 所示，堆芯中子測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備布置在堆芯儀表室中，堆芯儀表室位于反應(yīng)堆堆坑的邊上，控制測(cè)量設(shè)備安裝在控制室中，便于人員操作。系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備分為一回路密封部分和通道選擇、探測(cè)器驅(qū)動(dòng)部分，前者包括導(dǎo)向管、指套管、手動(dòng)閥和密封段；后者包括電動(dòng)閥、選擇器和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)[3]。在運(yùn)行期間，探測(cè)器在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的推力和拉力下，進(jìn)出堆芯內(nèi)部的50 根指套管，并將在反應(yīng)堆部分電流傳導(dǎo)至處理柜進(jìn)行電流處理，以此來(lái)推導(dǎo)測(cè)量出堆芯中子的劑量率。

1.2 探測(cè)器卡澀原因分析

當(dāng)探測(cè)器卡澀時(shí)，可分為3 處故障點(diǎn)：

1）機(jī)柜部分：包含卡件、CPU、繼電器、接線端松動(dòng)等機(jī)柜端電氣故障。

2）驅(qū)動(dòng)器及選擇器部分：包括電機(jī)、力矩限制器，選擇器故障等驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

3）探測(cè)器部分：包含電纜及探頭等故障點(diǎn)。

那么，針對(duì)堆芯中子通量系統(tǒng)探測(cè)器卡澀的問(wèn)題該如何檢測(cè)排查，可通過(guò)如表1 操作來(lái)對(duì)故障點(diǎn)定位分析。

2 指套管故障檢修實(shí)例

本文通過(guò)國(guó)內(nèi)某電廠的3 個(gè)探測(cè)器卡澀故障處理來(lái)進(jìn)行此問(wèn)題討論，為各家電廠在解決此類問(wèn)題時(shí)提供參考意見(jiàn)。

2.1 缺陷描述

2019 年國(guó)內(nèi)某電廠第4 個(gè)燃料循環(huán)周期的第11 個(gè)月份，在進(jìn)行堆芯中子分布月度試驗(yàn)時(shí)，5 號(hào)探測(cè)器出現(xiàn)卡澀問(wèn)題。這已經(jīng)是此循環(huán)第三根探測(cè)器卡澀了，目前已卡澀的序號(hào)為2、4、5 三根，雖然仍然可以用1 號(hào)和3 號(hào)探測(cè)器進(jìn)行正常測(cè)量和救援測(cè)量，但情況岌岌可危。一旦其他探測(cè)器發(fā)生偏差，違反運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求，機(jī)組將被迫降功率或者停機(jī)維修。探測(cè)器卡澀故障問(wèn)題的解決已經(jīng)迫在眉睫，下面將通過(guò)對(duì)三根探測(cè)器的處理過(guò)程來(lái)一一展開(kāi)探測(cè)器故障問(wèn)題的解決思路。

2.2 處理過(guò)程

2.2.1 2號(hào)探測(cè)器故障處理

故障表現(xiàn)：2 號(hào)探測(cè)器在日常運(yùn)行功率分布試驗(yàn)期間，運(yùn)行時(shí)偶有高速卡澀的情況，在經(jīng)過(guò)復(fù)位操作后，一般能夠繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量。在第5 次月度試驗(yàn)時(shí)，2 號(hào)探測(cè)器發(fā)生卡澀，復(fù)位后仍不能動(dòng)作，使用低速移動(dòng)操作，探測(cè)器移動(dòng)15dm 后卡死，報(bào)警原因?yàn)椋篠upply command fault（time out）channel 2 此后再無(wú)移動(dòng)。

表1 故障點(diǎn)判定分析Table 1 Fault point judgment analysis

故障處理：探測(cè)器在此前過(guò)程中偶有卡澀，推測(cè)可能為摩擦力過(guò)大，后因鏈條銹蝕摩擦力繼續(xù)增大而卡死，因靜摩擦力較大導(dǎo)致探測(cè)器無(wú)法動(dòng)作。檢查中使用手操箱操作，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器在低速行駛時(shí)可以正常移動(dòng)，高速時(shí)偶有卡澀，這說(shuō)明：2 號(hào)探測(cè)器卡澀原在電氣故障方面。經(jīng)過(guò)信號(hào)回路檢查和就地控制柜排查，發(fā)現(xiàn)48V 控制380V 繼電器開(kāi)關(guān)損壞，導(dǎo)致380V 電機(jī)無(wú)法得電，因而探測(cè)器無(wú)法動(dòng)作，隨后進(jìn)行斷電更換繼電器。由于在正常測(cè)量過(guò)程中2號(hào)探測(cè)器時(shí)有卡澀現(xiàn)象，對(duì)同軸電纜進(jìn)行涂抹潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的處理，隨后進(jìn)行手操箱就地操作和控制柜操作，2 號(hào)探測(cè)器動(dòng)作均無(wú)異常，可以正常進(jìn)行測(cè)量。

2.2.2 4號(hào)探測(cè)器故障處理

故障表現(xiàn)：4 號(hào)探測(cè)器在日常運(yùn)行功率分布試驗(yàn)期間，運(yùn)行時(shí)偶有啟動(dòng)時(shí)卡澀的情況，動(dòng)作過(guò)程中也會(huì)有卡澀，在第7 次月度試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，4 號(hào)探測(cè)器卡澀故障，控制柜錯(cuò)誤顯示：Supply command fault（time out）channel 4 經(jīng)過(guò)復(fù)位后使用低速移動(dòng)，探測(cè)器仍不動(dòng)作。

故障處理：此前4 號(hào)探測(cè)器僅是啟動(dòng)時(shí)有卡澀，推測(cè)原因是由于靜摩擦力的作用導(dǎo)致啟動(dòng)困難。由于報(bào)警原因與2 號(hào)探測(cè)器相同，懷疑4 號(hào)探測(cè)器48V 繼電器是否也存在同樣故障。使用手操箱操作后，探測(cè)器動(dòng)作，但也偶有不動(dòng)作現(xiàn)象，判斷故障點(diǎn)仍在電氣回路中。此時(shí)，再根據(jù)2 號(hào)探測(cè)器的故障處理經(jīng)驗(yàn)，首先定位到48V 繼電器中，發(fā)現(xiàn)繼電器也已經(jīng)出現(xiàn)損壞。更換繼電器和同軸電纜的潤(rùn)滑后，4 號(hào)探測(cè)器可以正常移動(dòng)測(cè)量。但發(fā)現(xiàn)4 號(hào)探測(cè)器的移動(dòng)狀態(tài)有偏差：移動(dòng)時(shí)有異音，初始動(dòng)作有卡澀。從初始的卷盤(pán)位置至組選探測(cè)器出口，經(jīng)過(guò)仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)壓緊鏈條滾珠有損傷，導(dǎo)致滾珠不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，初始動(dòng)作時(shí)，滾珠凹陷難以轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)卡澀。進(jìn)行壓緊鏈條的更換后，4 號(hào)探測(cè)器無(wú)異常。

圖2 壓緊鏈條損壞的滾珠Fig.2 Damaged ball in the chain

2.2.3 5號(hào)探測(cè)器故障處理

故障表現(xiàn)：5 號(hào)探測(cè)器是在第11 個(gè)測(cè)量周期時(shí)卡澀的。在測(cè)量過(guò)程中，探測(cè)器在接近測(cè)量頂部（19800 步）時(shí)卡澀不動(dòng)，報(bào)警：Flux detector position fault Channel 5，隨后使用低速移動(dòng)，探測(cè)器向上則無(wú)法繼續(xù)移動(dòng)，復(fù)位后命令探測(cè)器向下移動(dòng)，探測(cè)器最終移動(dòng)到原點(diǎn)，最后至儲(chǔ)存通道。

故障處理：在日常工作期間，5 號(hào)探測(cè)器到頂部時(shí)均會(huì)有卡澀，推測(cè)原因?yàn)轵?qū)動(dòng)電機(jī)牽引力不夠或者摩擦力過(guò)大。在大修期間，由于燃料組件已經(jīng)拆卸完畢，測(cè)量通道斷開(kāi)，使用手操器操作在儲(chǔ)存通道內(nèi)移動(dòng)均可以正常進(jìn)行。由于5 號(hào)探測(cè)器在功率期間受輻射劑量較高，先將在功率期間運(yùn)行的熱點(diǎn)探頭移開(kāi)至儲(chǔ)存通道一半位置，避免熱點(diǎn)探頭的高輻射，保護(hù)工作人員。而后進(jìn)行同軸電纜檢查，發(fā)現(xiàn)同軸電纜的卷盤(pán)部分和探頭部分銹蝕嚴(yán)重，進(jìn)行除銹、干燥和涂抹潤(rùn)滑脂。第二步進(jìn)行力矩限制器力矩大小檢定，5號(hào)驅(qū)動(dòng)器力矩限制器力矩大小為45N·M，相比其他4 個(gè)驅(qū)動(dòng)器的力矩限制器大小為42N·M，本身力矩已經(jīng)較大，故未再進(jìn)行更改。若后期再次出現(xiàn)同樣卡澀問(wèn)題，可在要求范圍內(nèi)（＜56N·M）[2]微調(diào)，可緩解此問(wèn)題，最終需更換銹蝕嚴(yán)重的同軸電纜。

2.3 檢修總結(jié)

由此可見(jiàn)，雖然表現(xiàn)出同樣的結(jié)果——探測(cè)器卡澀，但是導(dǎo)致卡澀原因可能是多重的?？梢酝ㄟ^(guò)不同的操作來(lái)判斷故障點(diǎn)所在，再經(jīng)過(guò)日常運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，帶入情景判斷分析問(wèn)題，即可找到問(wèn)題癥結(jié)所在。對(duì)于電機(jī)故障，可協(xié)調(diào)電氣專業(yè)人員進(jìn)行輔助判斷，此處不再贅述。

圖3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)正視圖（左）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)A側(cè)視圖（右）Fig.3 Drive motor from view,drive motor from A

3 預(yù)防性維修策略

可以看到：相比之下，電氣元器件可靠性較高，引起探測(cè)器卡澀原因多為機(jī)械方面原因，大修期間，可進(jìn)行如下預(yù)維操作。

3.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈條的張緊力調(diào)節(jié)

鏈條過(guò)緊會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電纜卡死，過(guò)松則會(huì)導(dǎo)致鏈條通過(guò)驅(qū)動(dòng)卷盤(pán)空轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)鏈條尾端的張緊螺母進(jìn)行鏈條張緊力調(diào)節(jié)，隨后使用1mm 塞尺來(lái)進(jìn)行判定驅(qū)動(dòng)電機(jī)鏈條的張緊力，以塞尺在鏈條之間來(lái)回滑動(dòng)不卡澀且有一定應(yīng)力為宜。調(diào)節(jié)螺母位置如圖3 所示。

3.2 力矩限制器力矩大小調(diào)整

根據(jù)RIC 系統(tǒng)手冊(cè)及預(yù)維大綱，當(dāng)中未對(duì)力矩限制器進(jìn)行預(yù)維要求，可以根據(jù)日常運(yùn)行期間RIC 探測(cè)器的行走狀況來(lái)判斷是否需要調(diào)整力矩。當(dāng)某個(gè)探測(cè)器經(jīng)常性卡澀，可嘗試在允許范圍內(nèi)（＜56N·M）[2]進(jìn)行力矩調(diào)大，初步解決此問(wèn)題。當(dāng)然，這只是治標(biāo)不治本，盡快找到摩擦力增大的原因而后進(jìn)行處理。相比動(dòng)輒更換70 萬(wàn)元左右的探測(cè)器，在不影響設(shè)備安全的情況下這種方法還是可取的。

3.3 探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電纜預(yù)維

探測(cè)器經(jīng)常在堆芯內(nèi)移動(dòng)，堆芯內(nèi)的水汽滲透進(jìn)來(lái)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電纜銹蝕，尤以頂部較為嚴(yán)重，每循環(huán)可將探測(cè)器抽出，進(jìn)行潤(rùn)滑脂的涂抹。但有兩個(gè)注意點(diǎn)：1）在涂抹過(guò)程中做好輻射防護(hù)工作，期間有放射性粉塵和高劑量的探測(cè)器探頭；2）防止涂抹過(guò)多潤(rùn)滑脂，已有機(jī)組反饋，因潤(rùn)滑脂涂抹過(guò)多導(dǎo)致指套管泄露，探測(cè)器報(bào)警。

3.4 微動(dòng)開(kāi)關(guān)預(yù)維

微動(dòng)開(kāi)關(guān)在以往大修檢查時(shí)的損壞統(tǒng)計(jì)概率是較高的，在大修期間對(duì)微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行如下檢查：滾輪是否能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)，若不能則進(jìn)行更換。滾輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同軸電纜一直摩擦滾輪同一側(cè)，塑料滾輪塌陷導(dǎo)致探測(cè)器端頭無(wú)法觸碰到探頭，不能正常觸發(fā)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)失效，使用仿探測(cè)器進(jìn)行通道滑動(dòng)，觀察能否正常觸發(fā)微動(dòng)開(kāi)關(guān)繼電器動(dòng)作。