壓水堆核電機組中，安全殼內大氣壓力（即安全殼壓力）是一個(gè)很重要的測量參數，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(zhuān)設安全設施的動(dòng)作邏輯。安全殼壓力測量對測量?jì)x表有著(zhù)極高的要求，要在滿(mǎn)足測量精度和穩定性的前提下，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(mǎn)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(jìn)行測量，并配套相應的1E 級延伸電纜和接線(xiàn)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(guò)

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

對通道進(jìn)行檢查并持續觀(guān)察該變送器波動(dòng)情況，通道校驗過(guò)程中對電流轉電壓卡件進(jìn)行測試，測得輸出電壓信號波動(dòng)#高可達到安全殼壓力高1報警值 ；然后使用隔離卡件對現場(chǎng)輸入進(jìn)行隔離，并通過(guò)模擬試驗臺向電流轉電壓卡件輸入模擬信號，測試輸出電壓無(wú)波動(dòng)，檢查各卡件接線(xiàn)端子均無(wú)接線(xiàn)松動(dòng)情況，通過(guò)以上測試結果分析，初步判斷通道測量值波動(dòng)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(jìn)行更換后測量通道輸出平穩，與地衣、二、四通道測量一致性較好，沒(méi)有再出現報警和顯示波動(dòng)。

 

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(jìn)行處理后輸出至計算機系統記錄，當測量值高于報警閾值時(shí)，報警信號送至反應堆保護系統參與保護設施動(dòng)作控制邏輯表決，表決結果為專(zhuān)設安全設施動(dòng)作指令。由于在通道檢查過(guò)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(diǎn)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(dòng)，可能的原因有 ：壓力變送器測量環(huán)境中存在空氣擾動(dòng)，導致測量值真實(shí)波動(dòng) ；壓力變送器本體故障，導致測量值虛假波動(dòng) ；測量

信號受到干擾，導致測量值虛假波動(dòng)。

 

針對可能存在的原因進(jìn)行逐步分析排查，正常運行期間該變送器輸出穩定、不存在波動(dòng)，基本可排除空氣擾動(dòng)可能，大修期間前往該儀表實(shí)際安裝位置，對安裝方式、周邊環(huán)境等情況進(jìn)行核實(shí)。核實(shí)結果表明，該變送器安裝位置附近無(wú)大風(fēng)量風(fēng)機出風(fēng)口等可能造成空氣擾動(dòng)的干擾源，且變送器高壓側進(jìn)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(dòng)的情況不存在，儀表波動(dòng)不是真實(shí)壓力測量的結果，可以排除地衣項原因。

 

排除測量值真實(shí)波動(dòng)的可能性后，對拆卸下來(lái)的就地設備進(jìn)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致的測量波動(dòng)，產(chǎn)品出廠(chǎng)型式試驗報告顯示，該變送器進(jìn)行過(guò)熱老化試驗，試驗溫度120℃、試驗時(shí)間20天，根據老化試驗數據來(lái)評估使用壽命，根據阿斯紐倫方程式對熱老化進(jìn)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(shí)間（h），T1為正常使用時(shí)環(huán)境溫度（K），T2為加速老化時(shí)環(huán)境 溫 度（K），Φ 為 反 應 活 化 能 eV（ 一 般 取0.8），λ 為玻爾茲曼常數（0.00008617eV/K）。

 

儀表工作溫度可通過(guò)房間內安裝的鉑熱電阻溫 度 計 讀 取， 功 率 運 行 期 間 該 房 間 內 四 季 平 均溫 度 約 為19 ℃ 上 下， 保 守 按25℃代入進(jìn)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環(huán)廊的房間墻壁上，附近無(wú)熱點(diǎn)，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(dòng)

方面，儀表安裝固定，附近無(wú)震源，滿(mǎn)足要求。綜上，可初步排除儀表本體出現故障導致測量結果不穩定的可能性。接下來(lái)對變送器進(jìn)行拷機和校驗工作，拷機測量介質(zhì)為實(shí)驗室內大氣壓力，拷機共持續三天，結果顯示無(wú)可視波動(dòng)存在。

 

儀表校驗方面，使用 DPI610型打壓儀對儀表進(jìn)行校驗，校驗結果顯示儀表測量值穩定，無(wú)明顯波動(dòng)，測量結果有輕微超差，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(shí)踐過(guò)程中可認為屬于正�，F象，與本次波動(dòng)故障無(wú)關(guān)。由上述試驗可以確定變送器本體無(wú)故障，排除第二種可能性。

 

針對測量信號受到干擾導致結果產(chǎn)生波動(dòng)這種可能性，將故障點(diǎn)定位于 K1級變送器配套所帶的1E 級延伸電纜。在實(shí)驗室中對電纜的通斷及絕緣性能分別進(jìn)行測量，電纜內部無(wú)斷開(kāi)情況 ；絕緣方面，對接入變送器正極（下文稱(chēng)正極接線(xiàn)）及接入變送器負極（下文稱(chēng)負極接線(xiàn)）的兩根接線(xiàn)對外殼絕緣分別進(jìn)行測量，測量工具為250V 絕緣電阻測試儀，測量結果顯示，正極接線(xiàn)絕緣值在0.021~0.6MΩ之 間 波 動(dòng)， 負 極 接 線(xiàn) 絕 緣 值 在6~20MΩ之間波動(dòng)， 正 負 極 接 線(xiàn) 相 間 絕 緣 約 為6MΩ 左 右， 根 據RCC-E2020版 中 的 絕 緣 測 量 標 準，DC500V 測 量 情況下穩定至少10秒后的讀數應大于10MΩ。按此標準該延伸電纜不滿(mǎn)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致正負極之間產(chǎn)生一個(gè)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(huì )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(gè)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(gè)恒壓源 ；而輸入卡件將電流轉化為電壓且轉化關(guān)系符合線(xiàn)性變化，故可認為測量結果為該電路上的一個(gè)等效電阻 R2兩端的電壓降（圖2）。

當同一電路內同時(shí)存在恒壓源與恒流源時(shí)，根據諾頓定理，將電路內所有電壓源短路，電流源開(kāi)路， 計 算 得 R2兩端電壓滿(mǎn)足，因 I 與 V 滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系，可知測量結果 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(gè)分流 IV1，而變送器測量結果在 R1上產(chǎn)生了一個(gè)分流 IA1，當 R1值降低時(shí) 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(shí)電流 I 理論上可達無(wú)窮大，可知絕緣性能越低測量結果偏差越大。

 

搭 建電路對絕緣失效進(jìn)行復現試驗，通過(guò)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(jìn)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(shí)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為2.089V，且電阻接入與斷開(kāi)會(huì )產(chǎn)生明顯波動(dòng)。經(jīng)觀(guān)察記錄儀測量結果，與理論計算一致，故障得到復現。

 

綜上，在變送器出現測量波動(dòng)或漂移的情況下，應先排除電纜對測量結果造成的干擾，同時(shí)在變送器校驗的預防性維修項目中也應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(xiàn)路絕緣進(jìn)行檢查可有效避免絕緣性能降低造成的測量誤差，提高設備運行的穩定性。