壓水堆核電機組中，安全殼內(nèi)大氣壓力（即安全殼壓力）是一個很重要的測量參數(shù)，尤其是在 LOCA 事故工況下，安全殼壓力測量值直接參與控制專設(shè)安全設(shè)施的動作邏輯。安全殼壓力測量對測量儀表有著極高的要求，要在滿足測量精度和穩(wěn)定性的前提下，具備一定的抗輻照性能，并能在高溫高濕的 LOCA 工況下正常工作。為滿足上述要求，多采用鑒定等級為 K1級的絕壓式壓力變送器進行測量，并配套相應(yīng)的1E 級延伸電纜和接線箱將測量值以4~20mA 電流信號的形式送至模擬量處理機柜。

 

1 故障經(jīng)過

國內(nèi)某核電機組在換料大修開始前兩天，安全殼壓力第三個測量通道測量值波動至0.11979MPa，且波動頻繁（圖1），與地衣、二、四通道差異明顯，#大波動值達到滿量程的3%，觸發(fā)一路安全殼壓力高1報警。

對通道進行檢查并持續(xù)觀察該變送器波動情況，通道校驗過程中對電流轉(zhuǎn)電壓卡件進行測試，測得輸出電壓信號波動#高可達到安全殼壓力高1報警值 ；然后使用隔離卡件對現(xiàn)場輸入進行隔離，并通過模擬試驗臺向電流轉(zhuǎn)電壓卡件輸入模擬信號，測試輸出電壓無波動，檢查各卡件接線端子均無接線松動情況，通過以上測試結(jié)果分析，初步判斷通道測量值波動原因為就地變送器信號輸出異常。對就地變送器及延伸電纜進行更換后測量通道輸出平穩(wěn)，與地衣、二、四通道測量一致性較好，沒有再出現(xiàn)報警和顯示波動。

 

2 故障定位及原因分析

由該變送器的測量原理可知，變送器就地測得信號后以4~20mA 信號的形式輸送至模擬量處理機柜，由模擬量處理機柜對測量值進行處理后輸出至計算機系統(tǒng)記錄，當測量值高于報警閾值時，報警信號送至反應(yīng)堆保護系統(tǒng)參與保護設(shè)施動作控制邏輯表決，表決結(jié)果為專設(shè)安全設(shè)施動作指令。由于在通道檢查過程中已經(jīng)排除了模擬量處理機柜及其下游故障的可能性，可定位故障點位于模擬量處理機柜上游，即就地壓力測量裝置及信號傳輸通道。針對就地儀表測量波動，可能的原因有 ：壓力變送器測量環(huán)境中存在空氣擾動，導(dǎo)致測量值真實波動 ；壓力變送器本體故障，導(dǎo)致測量值虛假波動 ；測量

信號受到干擾，導(dǎo)致測量值虛假波動。

 

針對可能存在的原因進行逐步分析排查，正常運行期間該變送器輸出穩(wěn)定、不存在波動，基本可排除空氣擾動可能，大修期間前往該儀表實際安裝位置，對安裝方式、周邊環(huán)境等情況進行核實。核實結(jié)果表明，該變送器安裝位置附近無大風(fēng)量風(fēng)機出風(fēng)口等可能造成空氣擾動的干擾源，且變送器高壓側(cè)進氣端安裝了不銹鋼彎管，可隔絕空氣對測量腔室直吹。綜上，環(huán)境中空氣擾動的情況不存在，儀表波動不是真實壓力測量的結(jié)果，可以排除地衣項原因。

 

排除測量值真實波動的可能性后，對拆卸下來的就地設(shè)備進行故障定位。針對變送器本體，shou先需排除是否存在熱老化和輻照導(dǎo)致的測量波動，產(chǎn)品出廠型式試驗報告顯示，該變送器進行過熱老化試驗，試驗溫度120℃、試驗時間20天，根據(jù)老化試驗數(shù)據(jù)來評估使用壽命，根據(jù)阿斯紐倫方程式對熱老化進行計算，式中 t1為合格壽命（h），t2為提高到溫度 T2所需加速老化時間（h），T1為正常使用時環(huán)境溫度（K），T2為加速老化時環(huán)境 溫 度（K），Φ 為 反 應(yīng) 活 化 能 eV（ 一 般 取0.8），λ 為玻爾茲曼常數(shù)（0.00008617eV/K）。

 

儀表工作溫度可通過房間內(nèi)安裝的鉑熱電阻溫 度 計 讀 取， 功 率 運 行 期 間 該 房 間 內(nèi) 四 季 平 均溫 度 約 為19 ℃ 上 下， 保 守 按25℃代入進行計算t1= =889181.5382(h) ≈101.44年�？芍�該儀表在正常工作條件下理論壽命可達101年，基本上可排除本次儀表故障原因為熱老化所致 ；輻照方面，儀表安裝位置為安全殼內(nèi)環(huán)廊的房間墻壁上，附近無熱點，儀表鑒定試驗的劑量為1×106Gy，估算環(huán)境累積劑量遠未達到儀表能承受的劑量 ；震動

方面，儀表安裝固定，附近無震源，滿足要求。綜上，可初步排除儀表本體出現(xiàn)故障導(dǎo)致測量結(jié)果不穩(wěn)定的可能性。接下來對變送器進行拷機和校驗工作，拷機測量介質(zhì)為實驗室內(nèi)大氣壓力，拷機共持續(xù)三天，結(jié)果顯示無可視波動存在。

 

儀表校驗方面，使用 DPI610型打壓儀對儀表進行校驗，校驗結(jié)果顯示儀表測量值穩(wěn)定，無明顯波動，測量結(jié)果有輕微超差，超差幅度約 -0.03%，該表2019年10月校驗合格，本次校驗超差在實踐過程中可認為屬于正常現(xiàn)象，與本次波動故障無關(guān)。由上述試驗可以確定變送器本體無故障，排除第二種可能性。

 

針對測量信號受到干擾導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生波動這種可能性，將故障點定位于 K1級變送器配套所帶的1E 級延伸電纜。在實驗室中對電纜的通斷及絕緣性能分別進行測量，電纜內(nèi)部無斷開情況 ；絕緣方面，對接入變送器正極（下文稱正極接線）及接入變送器負極（下文稱負極接線）的兩根接線對外殼絕緣分別進行測量，測量工具為250V 絕緣電阻測試儀，測量結(jié)果顯示，正極接線絕緣值在0.021~0.6MΩ之 間 波 動， 負 極 接 線 絕 緣 值 在6~20MΩ之間波動， 正 負 極 接 線 相 間 絕 緣 約 為6MΩ 左 右， 根 據(jù)RCC-E2020版 中 的 絕 緣 測 量 標 準，DC500V 測 量 情況下穩(wěn)定至少10秒后的讀數(shù)應(yīng)大于10MΩ。按此標準該延伸電纜不滿足絕緣要求，處于絕緣失效狀態(tài)。

 

測量電纜相間絕緣失效將導(dǎo)致正負極之間產(chǎn)生一個等效電阻，電阻值為失效后的絕緣電阻大小，可以肯定該等效電阻會對測量值產(chǎn)生一定影響。由于變送器測量信號送出與變送器儀表本體供電均依靠同一組回路完成，等效電阻對于電路本體的影響應(yīng)分別計算。其中變送器輸出為4~20mA 電流值，可認為變送器是一個恒流源，而測量值輸入卡件為變送器提供 DC24V 電源，可認為是一個恒壓源 ；而輸入卡件將電流轉(zhuǎn)化為電壓且轉(zhuǎn)化關(guān)系符合線性變化，故可認為測量結(jié)果為該電路上的一個等效電阻 R2兩端的電壓降（圖2）。

當同一電路內(nèi)同時存在恒壓源與恒流源時，根據(jù)諾頓定理，將電路內(nèi)所有電壓源短路，電流源開路， 計 算 得 R2兩端電壓滿足，因 I 與 V 滿足線性關(guān)系，可知測量結(jié)果 I 受失效絕緣等效電阻 R1影響，R1越小 V 越大。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是變送器的 DC24V 供電電壓在等效電阻 R1上產(chǎn)生了一個分流 IV1，而變送器測量結(jié)果在 R1上產(chǎn)生了一個分流 IA1，當 R1值降低時 Iv1值 增 加， 由 于 IA1峰 值 為20mA， 而 Iv1受 R1影響，當電阻接近于0時電流 I 理論上可達無窮大，可知絕緣性能越低測量結(jié)果偏差越大。

 

搭 建電路對絕緣失效進行復(fù)現(xiàn)試驗，通過直接在正負極間并入 R1=15kΩ 電阻，并在回路中串聯(lián) R2=250Ω 的 取 壓 電 阻， 對 R2兩端的電壓降進行測量。變送器測量對空，未并入電阻前的測量壓 降 為1.72V，此時變送器輸出電流為I=1.72/250=0.0069A。將 R1、R2、I 代 入 上 式， 可 以 計 算出電壓表測的電壓降應(yīng)為2.089V，且電阻接入與斷開會產(chǎn)生明顯波動。經(jīng)觀察記錄儀測量結(jié)果，與理論計算一致，故障得到復(fù)現(xiàn)。

 

綜上，在變送器出現(xiàn)測量波動或漂移的情況下，應(yīng)先排除電纜對測量結(jié)果造成的干擾，同時在變送器校驗的預(yù)防性維修項目中也應(yīng)加入電纜絕緣測量步驟，絕緣性能下降不是突發(fā)性故障，提早對線路絕緣進行檢查可有效避免絕緣性能降低造成的測量誤差，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性。