張靜波

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

為確保核電站運(yùn)行安全，防止放射性物質(zhì)向外環(huán)境泄漏及保證核電站工作人員免受高核輻射的危害，秦山第二核電廠設(shè)計(jì)了多種放射性的監(jiān)測方法，區(qū)域I型、Ⅱ型監(jiān)測儀就是其中之一。它是KRT系統(tǒng)中非常重要的監(jiān)測通道。

1 設(shè)備描述

秦山第二核電廠3、4號機(jī)組采用的電離室類區(qū)域監(jiān)測儀表主要有區(qū)域Ⅰ型監(jiān)測儀、區(qū)域Ⅱ型監(jiān)測儀，隸屬于KRT系統(tǒng)，兩機(jī)組一共設(shè)計(jì)了13臺，選用的是西安核儀器廠生產(chǎn)的XH-3202Q2型和XH-3203Q2型，電離室的體積為1升。監(jiān)測儀由探測器、LPDU、源檢裝置、RDU組成。

1.1 探測器

該儀器采用的是常壓空氣電離室探測器。探測器主要由1升電離室和前置放大器組成。參見圖1探測器電原理圖。電離室由高壓極、收集極、保護(hù)電極、絕緣體、工作氣體組成。前置放大器采用的是全反饋電流電壓放大器，探測器的安裝采用浮空設(shè)計(jì)，探測器安裝在具有放射性代表性的房間。當(dāng)房間內(nèi)電離射線通過探測器內(nèi)的兩個電極之間的氣體時(shí)，會使氣體電離，并使電離室產(chǎn)生一個電流信號，信號強(qiáng)弱與照射劑量率成正比，電流信號引入到前置放大器中，經(jīng)過電子線路成形放大等過程而被分析和記錄[1-3]。

圖1 探測器電原理圖Fig.1 Electrical schematic diagram of detector

圖2 監(jiān)測道結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Diagram of monitoring channel structure

1.2 就地處理顯示報(bào)警箱（LPDU）

M-2036B數(shù)字化就地處理箱（LPDU）其外殼為不銹鋼材料，由開關(guān)電源、鍵盤和顯示模塊、M-2100數(shù)據(jù)處理模塊、M-2116V/F轉(zhuǎn)換模塊、高壓電源模塊、調(diào)零模塊、繼電器和端子排等幾大部件組成?？娠@示、查詢測量數(shù)據(jù)，更改及設(shè)置設(shè)備參數(shù)，并具有聲光報(bào)警等功能；為探測器提供低壓工作電源和-500V的高壓，對探頭輸出的信號進(jìn)行處理、計(jì)算和報(bào)警狀態(tài)控制，并通過RS485通訊將數(shù)據(jù)信息傳至遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）；箱體采用浮空設(shè)計(jì)，在機(jī)箱底部最右端設(shè)有保護(hù)接地端柱，儀表的TE與PE均都通過此接地柱與大地相聯(lián)。

1.3 遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）

遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）為一標(biāo)準(zhǔn)CAMAC插件，它安裝在系統(tǒng)集中機(jī)柜內(nèi)。其主要功能是采集LPDU的測量數(shù)據(jù)及狀態(tài)，對測量結(jié)果、報(bào)警狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)等進(jìn)行顯示和存儲，此外它還負(fù)責(zé)整個通道的測量結(jié)果、報(bào)警狀態(tài)等模擬量或開關(guān)量或RS485網(wǎng)絡(luò)的輸出。其前面板有一RS232通訊口，用于連接計(jì)算機(jī)。

1.4 源檢裝置

源檢裝置采用皮老虎的原理，通過電磁鐵吸合與脫離帶動氣囊吸氣與吹氣來驅(qū)動放射源。源檢的主要功能是檢查探測器對放射性的響應(yīng)是否正常。當(dāng)就地處理箱或遠(yuǎn)程顯示單元給出源檢信號時(shí)，檢查源被打入探測器靈敏區(qū)，此時(shí)，探測器對放射源進(jìn)行響應(yīng)，得出源的計(jì)數(shù)。當(dāng)解除源檢命令后，檢查源收回，測量值恢復(fù)到原值。

2 監(jiān)測道工作原理

電離射線通過兩個電極之間的氣體時(shí)，會使氣體電離。當(dāng)外γ場照射到探測器上，探測器中電離室產(chǎn)生一個電流信號，信號強(qiáng)弱與照射劑量率成正比，在高壓電場作用下，電離產(chǎn)生的電子和正離子在負(fù)高壓作用下分別向正負(fù)極運(yùn)動，并產(chǎn)生感應(yīng)電荷。將感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電流信號引入到前置放大器中，經(jīng)過電子線路成形放大等過程而被分析和記錄[4,5]。電流經(jīng)前置放大器放大后，直接轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至LPDU。

LPDU內(nèi)部的V/F轉(zhuǎn)換模塊對探測裝置輸出的模擬電壓進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)化為電脈沖，然后再輸出到LPDU箱內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊，定時(shí)采集輸入信號，進(jìn)行處理后得到與放射性活度有關(guān)的信息，再經(jīng)計(jì)算后得到符合統(tǒng)計(jì)誤差的測量值，給出最終測量結(jié)果并對測量結(jié)果進(jìn)行顯示。當(dāng)LPUD分析的結(jié)果超出報(bào)警閾值或通道出現(xiàn)故障時(shí)，該單元給聲光報(bào)警。同時(shí)，通過RS485通訊方式將最終數(shù)據(jù)信息傳給安裝在集中機(jī)柜內(nèi)的RDU，RDU根據(jù)前端LPDU傳送來的測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行同步顯示。如果通道出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，遠(yuǎn)程顯示單元給出聲光報(bào)警，同時(shí)給出開關(guān)量信號通過機(jī)柜內(nèi)的故障、一級、二級報(bào)警端子排將報(bào)警信息送到KRT系統(tǒng)繼電器機(jī)架，通過機(jī)架繼電器的邏輯轉(zhuǎn)換將報(bào)警信息送到電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）和主控光字牌并聯(lián)動其它系統(tǒng)被控制的設(shè)備。RDU還將代表測量結(jié)果的模擬量信號通過機(jī)柜內(nèi)的端子排送給電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（KIT）和主控室記錄儀，并且還將通道的數(shù)據(jù)信息以RS485通訊方式輸送至輻射監(jiān)測系統(tǒng)的集中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行集中顯示，并對歷史值、事件記錄進(jìn)行存儲、打印和報(bào)表等。實(shí)現(xiàn)了輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中管理[4]。監(jiān)測道的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

3 儀表典型故障處理及經(jīng)驗(yàn)反饋

該類型儀表在現(xiàn)場調(diào)試開通至后續(xù)運(yùn)行期間出現(xiàn)多次故障，其故障類型主要有：低值失效故障、通訊故障、參數(shù)故障、閃發(fā)高計(jì)數(shù)故障等。以下分別介紹了不同類型故障的處理方法。

3.1 通道低值失效故障

主要故障表現(xiàn)為：L P D U顯示面板上“L O U”與“0.00”交替顯示，Hz數(shù)為“0”，RDU顯示面板上故障提示符處顯示“LOU”，測量值顯示“0.00μGy/h”，且蜂鳴器響，Hz數(shù)為“0”，主控室故障報(bào)警光字牌亮。

出現(xiàn)的原因大致有以下幾種情況：

圖3 區(qū)域Ⅰ、Ⅱ型監(jiān)測儀核心參數(shù)配置圖Fig.3 Regional Ⅰ,Ⅱ type monitor core parameter configuration diagram

① 探測器故障無信號輸出；② LPDU內(nèi)的高壓模塊無高壓輸出或高壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致探測器中電離室的電離效應(yīng)不夠穩(wěn)定，在外環(huán)境穩(wěn)定的情況下，使探測器無法正常工作，不能輸出穩(wěn)定的信號，進(jìn)而導(dǎo)致LPDU觸發(fā)“低值失效”報(bào)警；③ LPDU內(nèi)V/F轉(zhuǎn)換模塊工作不穩(wěn)定，無法正常將由探測器輸出的電壓脈沖信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理模塊在處理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)出“低值失效”報(bào)警；④ 通道連接電纜虛接或脫離；⑤ LPDU的參數(shù)設(shè)置錯誤。

處理方法：檢查緊固各連接電纜，檢查驗(yàn)證LPDU內(nèi)保存的參數(shù)是否正確，重點(diǎn)核查圖3中的這幾項(xiàng)參數(shù)設(shè)置是否正確。

◆ 探測器故障處理

在LPDU端子排上探測器信號輸入端檢查探測器是否有信號輸出，在LPDU內(nèi)用萬用表直流電壓檔測量X2 8:3是否有40mV左右的信號，若沒有則表明探測器已損壞，更換探測器即可。在檢修平臺間打開探測器，做如下檢查：① 檢查焊接處是否脫落、虛焊；② 檢查探測器輸出連線是否有斷線；③ 探測裝置的高、低壓電源是否在正常范圍內(nèi)；④ 通電測試。用萬用表測量3個量程擋的吸合狀況，吸合為12V，斷開為0V，若都能吸合及斷開則表明繼電器無問題；⑤ 檢查場效應(yīng)對管是否擊穿，按等電位接地的方法卸下高絕緣MOS場效應(yīng)對管3C02，測量絕緣是否滿足要求，一般絕緣指標(biāo)能達(dá)到5×1015Ω左右，若達(dá)不到指標(biāo)則說明場效應(yīng)管已被擊穿，需更換一對新的合格的對管。

從目前現(xiàn)場換下來的探測器來看，大部分探測器故障都為場效應(yīng)管擊穿所引起的。

◆ 高壓模塊故障處理

在LPDU端子排上用萬用表直流電壓檔在X2 6:3上測量高壓模塊輸出的高壓是否與探測裝置的設(shè)定值相符，一般為-400V左右。若不相符，則調(diào)節(jié)高壓電位器到規(guī)定值；若沒有高壓輸出則表明高壓模塊已故障，需要做進(jìn)一步檢查：

斷開與探測裝置的高壓連線后，若高壓正常，則可能探測裝置內(nèi)部高壓短路，需檢查探測器。若斷開后仍無高壓輸出，檢查LPDU為高壓模塊提供的低壓電源DC+12V是否正常，若有+12V電壓則表明高壓模塊內(nèi)部故障，更換高壓模塊即可；若沒有則檢查LPDU內(nèi)的開關(guān)電源是否有電壓輸出及檢查電源電纜插頭是否牢固。

用示波器檢查高壓模塊輸出的紋波是否超出限值，若已超出則說明模塊性能下降，更換模塊。

◆ V/F模塊故障處理

區(qū)域Ⅰ、Ⅱ監(jiān)測儀探測器過來的信號都是0V～10V的直流電壓信號，V/F模塊主要功能是直流電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，它主要采用核心芯片是ZF450K，由射極跟隨器、ZF450K型V/F轉(zhuǎn)換模塊、單穩(wěn)態(tài)整形輸出和限幅射級跟隨器3部分組成。其模塊的轉(zhuǎn)換比為1mV：1Hz，輸入輸出成線性關(guān)系。其檢測V/F模塊好壞：

① 用萬用表HZ檔測量V/F 模塊的輸出值是否與儀表顯示的HZ值是否一致；② 檢測V/F模塊的上下限是否在范圍內(nèi)：斷開探測器的高壓，將調(diào)零電位器調(diào)到10mV，看儀表的HZ值是否在10HZ左右，或用744電檢儀模擬探頭信號輸入0 V～10V（從毫伏到伏）直流電壓信號接到V/F模塊的信號輸入端，看儀表的HZ數(shù)與744電檢儀輸入的信號值是否成線性關(guān)系，如果下限和上限都滿足要求，則V/F模塊工作正常；若不滿足要求，則將744電檢儀設(shè)置10mV調(diào)節(jié)V/F模塊內(nèi)RP2的22K電位器，使儀器顯示HZ值與電檢儀輸出值一一對應(yīng)。低端調(diào)好后，再輸入10V電壓，調(diào)節(jié)RP1的2.2K電位器，使儀器顯示HZ值與電檢儀輸出值一一對應(yīng)，反復(fù)調(diào)整幾次。若無法調(diào)節(jié)說明V/F故障，需更換。

另如果儀表的零點(diǎn)電壓在復(fù)位后3個量程都切換完成一直穩(wěn)定在零點(diǎn)（40mV），則說明探測器沒有問題，很有可能是V/F模塊的問題，則可采用上述檢測方法進(jìn)行檢測。

除了V/F模塊本身故障外，還有可能是LPDU開關(guān)電源故障，無法為V/F模塊提供低壓工作電源。

3.2 通訊故障

主要是RDU與LPDU之間存在的故障，其故障表現(xiàn)為RDU顯示“COMERR”故障代碼，面板上失效燈亮、蜂鳴器響，LPDU顯示正常或無任何顯示和指示燈點(diǎn)亮。

出現(xiàn)該故障的主要原因有：① 通訊參數(shù)設(shè)置錯誤；② LPDU繼電器板故障；③ LPDU電源故障或失電；④ LPDU內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊或RDU通訊芯片故障。

處理方法：檢查RDU的System｜CommParam子菜單中的LPU Port、LPU Addr、LPU Baud各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置是否正確；用萬用表測量LPDU電源輸入端是否有AC220V，開啟LPDU電源檢查LPDU能否正常啟動，顯示是否正常，測量電源輸出的±12V、+5V是否正常，測量繼電器板上的+12V、5V是否正常。檢查通訊電纜是否連接牢固；測量RDU內(nèi)的電源輸出是否正常，輸入到RDU主板上的電源是否正常。若上述檢查都正常則更換通訊芯片。

3.3 閃發(fā)高計(jì)數(shù)故障

主要表現(xiàn)為測量值偶然的突然上升，有時(shí)會超過一、二級報(bào)警閾值觸發(fā)報(bào)警和聯(lián)動。隨后測量值恢復(fù)正常，且出現(xiàn)的頻率低。

圖4 區(qū)域Ⅰ、Ⅱ型監(jiān)測儀地線連接方式Fig.4 Regional Ⅰ and Ⅱ type monitoring instrument ground connection mode

其原因有以下幾種：① 探測器附近有點(diǎn)源移動，觸發(fā)真實(shí)報(bào)警；② 儀表各模塊性能不穩(wěn)定；③ 外界（地線）的干擾，該類儀表廠家設(shè)計(jì)時(shí)其接地方式分為了兩處接地，一是LPDU單點(diǎn)PE接地，前端探測器、源檢裝置、LPDU都進(jìn)行了浮空。探測器的接地通過H.V線組、DC.V線組和信號線組的利用雙絞雙屏蔽線纜，分別單獨(dú)走線連接到LPDU的TE端子上，最終LPDU的TE通過X5:1TE端子與X5:9PE端子用短接線相連接，通過PE接地柱接入電廠地，具體接地方式見圖4。另一部分是RDU采用機(jī)柜內(nèi)的PE、TE銅排分別接入電廠地的方式。這種接地方式目前從現(xiàn)場儀表運(yùn)行情況來看，很容易由于地線上的干擾造成儀表計(jì)數(shù)不穩(wěn)定，原因如下：保護(hù)地與儀表地之間進(jìn)行了混接，雖然TE接地與PE接地最終都是接入到電廠地，但兩者中間連接地方式是有區(qū)別的，TE最終是一點(diǎn)接地，而PE是多點(diǎn)接地，這兩種接地的差異導(dǎo)致在PE地線上可能存在一定的電流，而在TE上不會有電流，導(dǎo)致接地效果降低，從而使地線上的干擾信號進(jìn)入到儀表地上，引發(fā)了閃發(fā)報(bào)警。

處理方法：① 首先對探測器所處環(huán)境進(jìn)行分析，通過便攜式環(huán)境劑量率儀測量設(shè)備周圍的環(huán)境，確認(rèn)環(huán)境輻射劑量是否正常，詢問防護(hù)值班人員，有沒有放射性物質(zhì)運(yùn)輸。② 檢查LPDU內(nèi)保存的參數(shù)的完整和正確性；③ 檢查高壓模塊輸出端電壓的穩(wěn)定性；④檢查V/F轉(zhuǎn)換模塊輸入與輸出線性關(guān)系的準(zhǔn)確性；⑤ 檢查儀表的接地與浮空，其中包括探測器的浮空安裝、設(shè)備接地的連續(xù)性、LPDU內(nèi)部PE和TE之間的短接等；⑥ 更改儀表接地方式，斷開X5:1TE端子與X5:9PE端子的短接線，利用通訊電纜的內(nèi)屏蔽層將LPDU的TE與機(jī)柜內(nèi)的TE銅排連接；⑦ 檢查探頭和LPDU之間連接電纜，尤其是電纜與電纜頭的焊接處，是否存在虛焊，各芯線與插針之間的絕緣層是否有效，檢查電纜的屏蔽層金屬絲網(wǎng)與電纜芯線是否接觸，檢查電纜的總屏蔽層是否與電纜頭進(jìn)行了有效連接。

3.4 數(shù)據(jù)處理模塊故障

數(shù)據(jù)處理模塊是LPDU的核心部件，主要功能是數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲、通訊與報(bào)警控制。

主要表現(xiàn)為：LPDU顯示面板上顯示“------”，RDU報(bào)通訊故障。

處理方法：① 檢查模塊內(nèi)的線路板是否有虛焊、漏焊、錯焊現(xiàn)象；② 檢查各聯(lián)接電纜是否牢固，有無斷裂；③ 檢查LPDU開關(guān)電源提供給數(shù)據(jù)處理模塊的電壓是否正常；④通電檢查其主要工作點(diǎn)5V、3.3V、1.8V是否正確，檢查脈沖極性開關(guān)SW1、SW2是否在正（+）端；⑤ 用電檢儀或脈沖發(fā)生器送入脈沖信號檢查LPDU顯示的HZ數(shù)是否與電檢儀或脈沖發(fā)生器輸出的信號是否一致。

4 儀表調(diào)試和運(yùn)行期間的歷次故障處理

電離室類區(qū)域監(jiān)測儀調(diào)試開通至后續(xù)運(yùn)行期間主要出現(xiàn)的故障報(bào)警為低值失效故障，閃發(fā)高計(jì)數(shù)故障兩種。其中，引發(fā)這兩種故障主要是ZF450k芯片質(zhì)量問題、電纜焊接缺陷及儀表的抗干擾能力弱等原因。經(jīng)多次檢修、原因查找及長期運(yùn)行考核，目前通道已逐步趨向于穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

秦山第二核電廠3、4號機(jī)組電離室類區(qū)域監(jiān)測儀，從開通調(diào)試至后續(xù)的長期運(yùn)行考核期間，通過多次的故障檢修，使儀器慢慢的恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行。

由于該類型儀表在機(jī)組不同的運(yùn)行工況下，都會占用機(jī)組IO的時(shí)間，尤其在進(jìn)行燃料操作期間，若通道不可用會迫使燃料操作的停止，直接影響到主線的進(jìn)度，所以儀表的穩(wěn)定運(yùn)行及快速地消除缺陷，變得尤其重要。通過上述介紹的檢修方法，為后續(xù)的檢修提供了有效的幫助。