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      秦二廠地震儀表系統(tǒng)升級(jí)改造分析與論證

      2024-06-02 16:40:32盧建黃靖關(guān)悅朱鵬飛王中敬
      中國(guó)設(shè)備工程 2024年10期
      關(guān)鍵詞:核電廠靈敏度軸向

      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)。

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