秦二廠地震儀表系統(tǒng)升級(jí)改造分析與論證

盧建，黃靖，關(guān)悅，朱鵬飛，王中敬

（中核運(yùn)行維修三處，浙江 海鹽 314300）

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)功能

根據(jù)核電廠相關(guān)規(guī)范要求，核電廠必須設(shè)置地震監(jiān)測(cè)儀表，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隨時(shí)可能發(fā)生的波和核電廠區(qū)的地震活動(dòng)。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，重點(diǎn)在于盡可能快速確定地震是否超過(guò)設(shè)置的預(yù)定條件，并在超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)提供地震報(bào)警，地震儀表就是為此提供地面運(yùn)動(dòng)振蕩的信息。地震儀表系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱KIS 系統(tǒng)）用于向核電站操作員提供地震信息，這些信息包括：KIS 系統(tǒng)一旦檢測(cè)有達(dá)到或超過(guò)設(shè)定閾值的地震動(dòng)時(shí)，各個(gè)子儀表系統(tǒng)將及時(shí)作出反應(yīng)；進(jìn)行地震加速度采集、保存完整的地震數(shù)據(jù)，及時(shí)打印輸出地震報(bào)告（設(shè)置在核電廠區(qū)各個(gè)位置測(cè)點(diǎn)的地震動(dòng)最大峰值加速度值、地震發(fā)生起止時(shí)間)；需要時(shí)，打印輸出設(shè)定測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線、加速度反應(yīng)譜數(shù)據(jù)表、反應(yīng)譜曲線圖；當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度達(dá)到或超過(guò)OBE 設(shè)定值時(shí)，向核電廠主控室發(fā)出OBE 報(bào)警。

1.2 設(shè)備組成

KIS 系統(tǒng)按照核電廠設(shè)計(jì)要求，在核安全殼基礎(chǔ)上設(shè)置了3 臺(tái)三軸向加速度傳感器作為地震開關(guān)，這些加速度傳感器獲取的地震動(dòng)信號(hào)通過(guò)各自的電纜傳輸?shù)絻x控室的中心信息處理機(jī)柜。在至少有1 臺(tái)地震開關(guān)的1 個(gè)軸分向上監(jiān)測(cè)到加速度值達(dá)到預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)（0.01g），啟動(dòng)加速度子系統(tǒng)，完成地震數(shù)據(jù)的記錄存儲(chǔ)。當(dāng)至少2 臺(tái)地震開關(guān)發(fā)生以下情況：其中的兩個(gè)水平方向上監(jiān)測(cè)到的地震加速度矢量和超過(guò)設(shè)定的OBE閾值（0.075g）或豎直方向上監(jiān)測(cè)到地震加速度超過(guò)預(yù)定的OBE 閾值（0.05g）時(shí)，則判定發(fā)生了OBE 事件。而當(dāng)檢測(cè)到的地震達(dá)到OBE 值時(shí)，系統(tǒng)向設(shè)備控制室發(fā)出OBE 地震開關(guān)信號(hào)。

2 升級(jí)改造來(lái)源與目的

根據(jù)公司文件《EP-QN-1211 應(yīng)急狀態(tài)分級(jí)初始條件和行動(dòng)水平（秦二廠1、2 號(hào)機(jī)組）》8.3 應(yīng)急狀態(tài)分級(jí)初始條件和應(yīng)急行動(dòng)水平要求，當(dāng)核電廠地震儀表開關(guān)被觸發(fā)（地面水平加速度）時(shí)，地面水平加速度分別大于等于0.01g、0.075g、0.15g 時(shí)，核電廠需要分別進(jìn)入應(yīng)急待命、廠房應(yīng)急、場(chǎng)區(qū)應(yīng)急。而目前9KIS 系統(tǒng)只有0.075g 一個(gè)報(bào)警，因此不滿足管理要求。建議增加0.01g 及0.15g 報(bào)警。

為了滿足管理要求，本項(xiàng)目擬對(duì)現(xiàn)有的秦山二期9KIS 地震儀表系統(tǒng)在原來(lái)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，改造后的系統(tǒng)將有三種地震報(bào)警輸出，即新增EVENT 閾值超限報(bào)警（0.01G）、新增SSE 閾值超限報(bào)警（0.15G）、原有OBE 報(bào)警（0.075G）。改造后，運(yùn)行人員可以按照《EP-QN-1211 應(yīng)急狀態(tài)分級(jí)初始條件和行動(dòng)水平（秦二廠1、2 號(hào)機(jī)組）》的要求，當(dāng)核電廠地震儀表開關(guān)被觸發(fā)（地面水平加速度），地面水平加速度分別大于等于0.01g、0.075g、0.15g 時(shí)，核電廠需要分別進(jìn)入應(yīng)急待命、廠房應(yīng)急、場(chǎng)區(qū)應(yīng)急的行動(dòng)。

3 可行性、人因工程、抗震、安全和環(huán)境影響分析

3.1 可行性分析

KIS 機(jī)柜改造在電氣廠房5 樓，具備良好的施工條件。KIS 機(jī)架增加2 根4 芯電纜從報(bào)警機(jī)箱接頭直接送出，KSA 機(jī)架與KIS 有關(guān)信號(hào)端子排位置很緊張，無(wú)多余空間，擬設(shè)計(jì)增加新的端子排來(lái)滿足改造需求。

3.2 人因工程影響分析

本次變更改造沒(méi)有在主控室增加設(shè)備或標(biāo)識(shí)，人機(jī)接口沒(méi)有改變。

如變更涉及以下影響人因的因素，需要對(duì)影響進(jìn)行分析和評(píng)估，并給出防人因措施。

表1 存在人因與應(yīng)對(duì)措施

3.3 抗震性能分析

本次變更改造是用新報(bào)警箱替換原報(bào)警箱，新報(bào)警箱與原報(bào)警箱相比，僅前面板增加一個(gè)報(bào)警指示燈和后面板增加兩個(gè)報(bào)警接插件，原系統(tǒng)機(jī)柜重量約300kg，改造后機(jī)柜重量增加約0.01kg（增加一個(gè)指示燈），因此，對(duì)系統(tǒng)機(jī)柜的影響極??；同時(shí)，報(bào)警箱材料、安裝方式、安裝位置和外形尺寸保持不變，因此，本次變更改造對(duì)系統(tǒng)機(jī)柜的抗震性能無(wú)影響。

本次改造用UNO-3285G 型工控機(jī)替代已停產(chǎn)的AWS-8259 型工控機(jī)，安裝次序與之前的安裝方式保持一致；即工控機(jī)顯示器豎直安裝固定，通過(guò)原有的螺栓固定孔固定在前面板上；工控機(jī)主機(jī)安裝在顯示器后方，通過(guò)抱箍固定在襯板上。更換安裝完成后，機(jī)柜重心配比無(wú)變化，舊系統(tǒng)的工控機(jī)安裝配重為22kg,更換改造后，總的配重為21.5kg,與之前的配重保持一致，此工作不影響機(jī)柜柜體的重量、質(zhì)量分配、重心位置及共振頻率等。

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

4.1 測(cè)試目的

本次對(duì)秦山核電二廠1/2#機(jī)組KIS 地震儀表系統(tǒng)三軸向加速度傳感器的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并獲得標(biāo)定結(jié)果；對(duì)地震儀表系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)總調(diào)測(cè)試、觸發(fā)功能測(cè)試、故障檢測(cè)及維修，以確保該地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，滿足地震監(jiān)測(cè)的要求。

4.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

依照《NB/T20076-2012 核電廠地震儀表準(zhǔn)則》驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：靈敏度誤差應(yīng)小干滿量程的5%，對(duì)應(yīng)靈敏度誤差范圍應(yīng)為（2.5 土2.5×5%）V/g，即標(biāo)定數(shù)據(jù)在（2.375～2.625）V/g 內(nèi)即可判別為合格；橫軸靈敏度應(yīng)不超過(guò)0.03g(滴量程1g)，即橫軸靈敏度測(cè)量結(jié)果應(yīng)在3%以內(nèi)；幅頻特性誤差范圍應(yīng)小于滿量程5%，測(cè)試數(shù)據(jù)在0.9500 ～1.0500 即可判別為合格。

4.3 拆卸傳感器前的系統(tǒng)測(cè)試

拆卸傳感器前需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的測(cè)試并做好相應(yīng)的記錄，以診斷該地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，便于后續(xù)的檢修，該系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容主要包括外觀檢查，通道噪聲測(cè)試、傳感器響應(yīng)測(cè)試、報(bào)警功能測(cè)試等方面。

4.4 有源傳感器主要參數(shù)的振動(dòng)臺(tái)測(cè)試

傳感器的好壞可以通過(guò)前述在線傳感器響應(yīng)測(cè)試進(jìn)行初步判斷，使用振動(dòng)臺(tái)可以完成傳感器主要參數(shù)的離線測(cè)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)配備的振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)校準(zhǔn)軟件控制振動(dòng)臺(tái)的輸出振動(dòng)信號(hào)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被測(cè)傳感器的各軸向輸出信號(hào)進(jìn)行采樣、處理、比較，可判斷被測(cè)傳感器的主要參數(shù)是否符合要求。本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，主要獲取被測(cè)傳感器的各軸向靈敏度、橫軸靈敏度、幅頻特性等參數(shù)值。

4.5 靈敏度測(cè)試

以被測(cè)傳感器的X 軸為例，其靈敏度測(cè)試步驟如下。

（1）將被測(cè)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器安裝到振動(dòng)臺(tái)上，并確保被測(cè)傳感器的X 軸、標(biāo)準(zhǔn)傳感器測(cè)量軸均與振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致。

（2)通過(guò)連接的信號(hào)轉(zhuǎn)接及控制單元采集，將被測(cè)傳感器的X 軸輸出信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號(hào)連分別接入到相應(yīng)的X 軸和標(biāo)準(zhǔn)軸輸入。

（3）設(shè)置數(shù)字信號(hào)發(fā)生器為幅值4Vp-p、頻率5Hz 的輸出，功率放大器設(shè)置為恒壓，逐漸增大驅(qū)動(dòng)電流，并通過(guò)專用軟件觀察標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被測(cè)加速度傳感器的輸出波形，增大振動(dòng)加速度通過(guò)專用軟件保存數(shù)據(jù)。改變功率放大器的驅(qū)動(dòng)電流，并記錄數(shù)據(jù)3 次。

4.6 橫軸靈敏度測(cè)試

以被測(cè)傳感器的X 軸為例，其橫軸靈敏度測(cè)試步驟為：將被測(cè)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器安裝到振動(dòng)臺(tái)上，并確保被測(cè)傳感器的X 軸、標(biāo)準(zhǔn)傳感器測(cè)量軸均與振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致，通過(guò)連接的信號(hào)轉(zhuǎn)接及控制單元采集，將被測(cè)傳感器的X 軸輸出信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號(hào)連分別接入到相應(yīng)的X 軸輸入。設(shè)置數(shù)字信號(hào)發(fā)生器幅值4Vp-p、頻率5Hz 的輸出，功率放大器設(shè)置為恒壓，逐漸增大驅(qū)動(dòng)電流，并通過(guò)專用軟件觀察標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出波形，增大振動(dòng)加速度通過(guò)專用軟件保存數(shù)據(jù)，改變功率放大器的驅(qū)動(dòng)電流，并記錄波形三次。通過(guò)專用軟件打開所記錄的文件，讀取標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出波形的波峰值和波谷值，并求取均值。

4.7 幅頻特性測(cè)試

以被測(cè)傳感器的X 軸為例，其靈敏度測(cè)試步驟為：將被測(cè)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器安裝到振動(dòng)臺(tái)上，并確保被測(cè)傳感器的X 軸、標(biāo)準(zhǔn)傳感器測(cè)量軸均與振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致。通過(guò)連接的信號(hào)轉(zhuǎn)接及控制單元采集，將被測(cè)傳感器的X 軸輸出信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號(hào)連分別接入到相應(yīng)的X 軸輸入。設(shè)置數(shù)字信號(hào)發(fā)生器為幅值4Vpp、頻率5Hz 的輸出，功率放大器設(shè)置為恒壓，逐漸增大驅(qū)動(dòng)電流，并通過(guò)專用軟件觀察標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被測(cè)傳感器的輸出波形，增大振動(dòng)加速度通過(guò)專用軟件保存數(shù)據(jù)。依次將信號(hào)發(fā)生器輸出頻率設(shè)定為5Hlz、10Hz、15Hz、20Hz、30Hz、50Hz 輸出，并通過(guò)工作電腦專用軟件觀察標(biāo)準(zhǔn)傳感器和AC-23 加速度傳感器的輸出波形。

4.8 地震開關(guān)通道觸發(fā)測(cè)試

4.8.1 地震事件觸發(fā)檢查

地震事件觸發(fā)條件：地震開關(guān)檢測(cè)到任一X、Y、Z 方向加速度值達(dá)到0.01g 閥值，可觸發(fā)地震事件報(bào)警。同時(shí)，或?qū)θ我籜、Y、Z 方向分別檢測(cè)：以5Hz正弦信號(hào)分別送到每臺(tái)地震開關(guān)x/Y/Z 軸向的任意一軸向的輸入端，幅度在Vpp=5DmY 進(jìn)行漸變直至觸發(fā)地霞事件，檢查地震事件的觸發(fā)值（取3 次平均值）。根據(jù)誤差測(cè)算，觸發(fā)值0.01g，誤差1.5%F.S，取0.01 ～0.02g，對(duì)應(yīng)觸發(fā)電壓值范圍為Vp-p=50 ～100mV。

4.8.2 0BE 觸發(fā)檢查

OBE 觸發(fā)條件：地震開關(guān)中每?jī)膳_(tái)（三取二）的任意水平軸向XY 軸向加速度矢量和超過(guò)0.075g 或者豎直軸向2 軸加速度值超過(guò)0.05g 時(shí)，觸發(fā)0E 報(bào)警。同時(shí)或?qū)θ我籜、Y、Z 方向分別檢測(cè)：以6Hlz 正弦信號(hào)分別送到每臺(tái)地震開關(guān)的豎直方向的輸入端，幅度在Vp-p=S0OmV 進(jìn)行漸變直至觸發(fā)OBE，檢查OBE 的觸發(fā)值(取3 次平均值）。根據(jù)誤差測(cè)算，觸發(fā)值Z：0.05g，誤差Z:1.64%F.S,取0.034 ～0.066g,對(duì)應(yīng)觸發(fā)電壓值范圍為Z：Vp-p=165 ～330mV。同樣，每臺(tái)地震開關(guān)的水平方向X/Y 的輸入端，幅度在Vp-p=400mV 進(jìn)行漸變直至觸發(fā)地震事件，檢查地震事件的觸發(fā)值(取3 次平均值）。根據(jù)誤差測(cè)算，觸發(fā)值X/Y：0.075g，誤差X/Y：1.73%F.S.取0.058 ～0.092g，對(duì)應(yīng)觸發(fā)電壓值范圍為X/Y：Vp-p=290 ～460mV。

4.8.3 SSE 觸發(fā)檢查

SSE 觸發(fā)條件：地震開關(guān)中每?jī)膳_(tái)（三取二）的任意水平軸向X/Y 軸向加速度矢量和超過(guò)0.15g 或者豎直軸向Z 軸加速度值超過(guò)0.1g 時(shí)，觸發(fā)SSE 報(bào)警。同時(shí)，或?qū)θ我籜、Y、Z 方向分別檢測(cè)；以5Hz 正弦信號(hào)分別送到每臺(tái)地震開關(guān)的堅(jiān)直方向的輸入端，幅度在Vpp=50Omv 進(jìn)行漸變直至觸發(fā)SSE，檢查SSE 的觸發(fā)值(取3 次平均位）。根據(jù)誤差測(cè)算，觸發(fā)值Z：0.1g，誤差Z：1.82%F.S，取0.082 ～0.118g，對(duì)應(yīng)觸發(fā)電壓值范圍為Z：Yp-p=410mY’590mY。同樣，每臺(tái)地震開關(guān)的水平方向X/Y 的輸入端，幅度在Vp-p=700mV 進(jìn)行漸變直至觸發(fā)地震事件，檢查地震事件的觸發(fā)值（取3 次平均值）。根據(jù)誤差測(cè)算，觸發(fā)值x/Y:0.15g，誤差X/Y：1.99%F.S，取0.13 ～0.17g，對(duì)應(yīng)觸發(fā)電壓值范圍為X/Y：Yp-p=650 ～850mV。

5 結(jié)語(yǔ)

秦山二廠現(xiàn)場(chǎng)KIS 地震儀表系統(tǒng)于2022 年底完成升級(jí)改造工作，檢測(cè)了系統(tǒng)各項(xiàng)功能與性能指標(biāo)，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論如下。

（1）各三軸向加速度傳感器性能參數(shù)（包括靈敏度、橫軸靈敏度及幅頻特性），滿足KIS 地震儀表系統(tǒng)運(yùn)行需求。

（2）KIS 系統(tǒng)地震數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、分析與存儲(chǔ)功能正常，系統(tǒng)地震報(bào)警判別、指示與輸出功能正常，閾值判別準(zhǔn)確度等各項(xiàng)性能符合地震儀表準(zhǔn)則和技術(shù)規(guī)格書的要求。

（3）系統(tǒng)回裝恢復(fù)供電，測(cè)試完成后現(xiàn)場(chǎng)觀察滿48h，運(yùn)行正常。

（4）建議購(gòu)買傳感器備件2 ～3 臺(tái)。