謝春華，胡 峰

(上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海200233)

AP1000堆外探測器屬于堆外核測量儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)是保護和安全監(jiān)控系統(tǒng)(Protection and Safety Monitoring System，PMS)的子系統(tǒng)，系統(tǒng)由三個測量量程(源量程(Source Range，SR)、中間量程(Intermediate Range，IR)和功率量程(Power Range，PR))的中子探測器組成[1]。

堆外探測器安裝于反應(yīng)堆壓力容器四周一次屏蔽體內(nèi)的12個安裝豎井中。通過各量程通道配合，實現(xiàn)測量范圍覆蓋反應(yīng)堆停堆工況到120%滿功率工況，為保護和安全監(jiān)控系統(tǒng)(PMS)提供必要的數(shù)據(jù)，確保反應(yīng)堆安全可靠運行。

堆外探測器安裝階段的質(zhì)量，將會影響到探測器的性能，如信號采集精度。若探測器在安裝階段因質(zhì)量問題頻繁返工，將不利于后續(xù)調(diào)試階段數(shù)據(jù)分析。因此，前期對堆外探測器一次安裝合格率進行控制不僅能夠節(jié)約工期成本，同時也有力保障了后續(xù)的各項調(diào)試工作的開展。

由于AP1000堆外探測器采用了特殊的設(shè)計—分體式組件結(jié)構(gòu)，其安裝工藝相對復(fù)雜，而國內(nèi)首次安裝時由于缺乏可供參考的經(jīng)驗，對影響安裝質(zhì)量的因素沒有充分識別或者沒有進行嚴格控制，在堆外探測器首次安裝時一次安裝合格率僅為37.5%，質(zhì)量問題的處理一定程度延長了工期，使得首次安裝時間比原定計劃超出了近10天，遺留多條移交包尾項，后續(xù)處理十分困難?；谑状伟惭b的實踐，針對出現(xiàn)的各個質(zhì)量問題，逐一分析，通過模擬測試、制作簡易工具等方法在實踐中將探測器一次安裝合格率提升至100%，并對后續(xù)AP1000及CAP系列類似堆外探測器的安裝提供了參考。

1 AP1000堆外探測器安裝難點與安裝工藝

1.1 堆外探測器結(jié)構(gòu)及安裝難點

國內(nèi)多數(shù)堆型如M310、“華龍一號”等堆外探測器組件為一體式的探測器[2，3]，安裝時只需將探測器組件從上往下吊運即可[4]，便于安裝和維修。而AP1000堆外探測器受反應(yīng)堆壓力容器腔室結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，探測器組件設(shè)計為分節(jié)式(見圖1)，不同量程分節(jié)數(shù)不同。除了各自的功能組件還有延伸組件、基座組件(延伸組件和基座組件僅起到連接和支撐的作用)。堆外探測器自帶電纜為半鋼性電纜，平均長度為14 m(不同量程探測器自帶電纜長度不同)，電纜較為脆弱不可過度彎曲，不可施加過多應(yīng)力在電纜上，若保護不利易導(dǎo)致電纜外層金屬薄壁破裂，使石英隔離層內(nèi)部吸入水分，從而降低堆外探測器的工作性能(如絕緣電阻值很低)。

圖1 堆外探測器組件分節(jié)示意圖Fig.1 Schematic diagram of ex-core detector assembly in sections

根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)的特點，安裝時組件需要逐節(jié)從廠房三層人工運送至一層腔室。在狹小的腔室空間里利用專用工具逐節(jié)頂升安裝探測器以及進行自帶電纜敷設(shè)等相關(guān)工作。在探測器運送時，由于運送通道環(huán)境復(fù)雜，探測器組件本體上沒有直接的著力點，極易在運送過程中對組件造成磕碰或者使自帶電纜承受應(yīng)力而損傷。

1.2 探測器安裝工藝

AP1000堆外探測器安裝工藝較為復(fù)雜，其主要安裝流程，如圖2所示。在探測安裝前、后需進行相關(guān)電氣測試以驗證安裝階段探測器的性能，輔助檢查安裝質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)安裝缺陷。測試合格的探測器需要分節(jié)依照對應(yīng)的探測器安裝井逐節(jié)頂升。頂升結(jié)束后對自帶電纜進行敷設(shè)，需將平均長度約14 m的自帶電纜從一層腔室穿拉至二層接線箱，此過程中自帶電纜外層玻璃纖維絕緣護套易被預(yù)埋導(dǎo)管內(nèi)的毛刺劃傷，對絕緣性能造成影響且此問題在安裝階段不易被發(fā)現(xiàn)。敷設(shè)完成后依序完成相關(guān)測試、密封蓋板、陶瓷夾片等鎖緊工作。

圖2 堆外探測器安裝流程圖Fig.2 Ex-core detector installation procedure

2 安裝階段質(zhì)量問題與原因分析

堆外探測器首次安裝過程中其一次安裝合格率僅為37.5%(見表1)，安裝過程中出現(xiàn)較多質(zhì)量問題如探測器安裝豎井滲水、電氣絕緣測試不合格等問題(見表1、表2)。從圖3可以明顯看出安裝豎井滲水和電氣試驗缺陷所占比例較高，分別為26.67%和53.35%。針對缺陷頻次高的影響因素現(xiàn)場進行了重點排查。

表1 堆外探測器安裝缺陷統(tǒng)計表

表2 堆外探測器一次安裝合格統(tǒng)計表

圖3 堆外探測器安裝缺陷統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical diagram of installation defect

2.1 安裝豎井滲水與電氣導(dǎo)管滲水

堆外探測器安裝豎井在反應(yīng)堆容器腔室和冷卻劑疏水箱模塊之間。通過排查，安裝豎井滲水是由于冷卻劑疏水箱模塊設(shè)計缺陷造成的，使得部分水分通過模塊與安裝豎井之間的縫隙處滲漏，但此安裝問題在探測器安裝前沒有及時發(fā)現(xiàn)，不僅間接影響了堆外探測器的電氣試驗結(jié)果，同時土建模塊專業(yè)不得不在堆外探測器安裝之后，對縫隙進行焊接封堵，對已安裝的堆外探測器成品保護提出了挑戰(zhàn)。

類似的，探測器自帶電纜的敷設(shè)通道是預(yù)埋在混凝土中的導(dǎo)管，在敷設(shè)前檢查發(fā)現(xiàn)有水從預(yù)埋管中滲出，用布對通道進行擦拭一段時間后仍存在滲水現(xiàn)象。通過對滲水成分化驗分析以及對電氣導(dǎo)管內(nèi)窺檢查。最終確定是由于導(dǎo)管接頭防水性不良，在多雨的時節(jié)里雨水長期滲透到混凝土中進而從導(dǎo)管螺紋接頭處流入導(dǎo)管內(nèi)造成的滲水。

2.2 電氣測試不合格

在堆外探測器首次安裝中，電氣測試不合格缺陷頻次比達53.35%，是影響堆外探測器一次安裝合格率的一個主要因素。堆外探測器安裝前、安裝后的電氣測試是驗證探測器安裝質(zhì)量、排查環(huán)境干擾因素的重要環(huán)節(jié)。如表3所示，列出了堆外探測器電氣測試涉及的主要試驗項目(不同量程的測試順序、試驗項目以及驗收標準不同，這里未詳細列舉)。

表3 堆外探測器安裝前、后電氣測試一覽表

在現(xiàn)場復(fù)雜的測試環(huán)境中，測試結(jié)果易受環(huán)境、試驗設(shè)備接地等因素的干擾，測試的結(jié)果一定程度上影響探測器的移交和后續(xù)的調(diào)試工作。在現(xiàn)場測試過程中出現(xiàn)頻次最高的測試問題是絕緣測試泄露電流過大問題(測試數(shù)據(jù)見表4)和隔離測試不合格問題(測試數(shù)據(jù)見表5)。

表4 堆外探測器絕緣測試數(shù)據(jù)表

Table 4 NIS detector insulation test

探測器名稱①實驗給定電壓/②V實驗絕緣電阻參考標準值/GΩ措施采取前測量泄露電流值/nA措施采取前絕緣電阻計算值/③GΩ電纜接頭清潔后試驗測量泄露電流值(nA)措施采取后絕緣電阻計算值/GΩ功率量程探測器1100≥2901.1289.280.191523.56功率量程探測器2100≥2901.1785.470.159628.93

注：①這里探測器名稱僅為具體探測器位號與序列的代稱，不是實際名稱。

②不同量程探測器，給定電壓、實驗參考標準值不一樣。

表5 堆外探測器隔離測試數(shù)據(jù)表

注：①這里探測器名稱僅為具體探測器位號與序列的代稱，不是實際名稱。

②不同量程探測器實驗參考標準值不一樣。

③依照測試手冊，實驗使用的測試工具是量程為50 MΩ的數(shù)字萬用表,OL為超出量程，即≥50 MΩ。

(1)絕緣測試泄露電流過大問題

絕緣測試是電氣測試中最為基礎(chǔ)的測試，區(qū)別于傳統(tǒng)的絕緣電阻測試方法—兆歐表測量法，堆外探測器絕緣測試采用歐姆定律測試法，使用高壓電源和靜電計，由高壓電源提供測試電壓，靜電計測量回路電流，進而通過歐姆定律R=U/I計算得到絕緣電阻值。采用此種測試方法的原因有兩個方面，一是被測設(shè)備接口為三同軸，且測試時屏蔽層、中心導(dǎo)體等需要進行短接處理，使用傳統(tǒng)兆歐表達不到良好的接觸效果；另一方面測試時需要連續(xù)可調(diào)的電壓，且泄露電流的測量要達到0.1 pA的分辨率。因此歐姆測試法優(yōu)于兆歐表測量法。

造成絕緣測試泄露電流過大的原因主要有三個方面：①測試設(shè)備本身泄露電流大；②自帶電纜絕緣層損壞；③探測器受潮。現(xiàn)場針對這三方面逐一進行排查，通過對測試設(shè)備進行空載試驗，測得泄露電流不到0.01 pA，而試驗中驗收的泄漏電流標準單位為安培，從數(shù)量級上可見設(shè)備本體對試驗結(jié)果的影響是微乎其微的；其次，設(shè)備自帶電纜是半剛性的合金材料，對于安裝試驗裕量相對較大，考慮到堆外探測器自帶電纜的特殊性，在安裝階段使用PVC護套可靠保護了自帶電纜在穿拉過程劃傷破損的可能性。經(jīng)過綜合分析，探測器本體或者相關(guān)絕緣連接部件受潮、沾污對測試結(jié)果產(chǎn)生影響的可能性最大。探測器本身是全封閉的，探測器接頭也有保護塞及塑料包裹保護因損傷造成絕緣低的可能性較小。使用無水酒精、無毛白布對電纜接頭進行清潔后，白布上有一定的污漬，干燥處理后再次試驗，結(jié)果達標。通過排查可以確定探測器自帶電纜接頭沾污是影響測試的主要因素。

(2)隔離測試不合格

隔離測試用于檢驗電氣功能組件與大地的電氣隔離性能。探測器各個連接部件或者探測器本體局部隔離性能降低是造成隔離測試不合格的主要因素，具體體現(xiàn)在三個方面：①探測器功能組件與支撐組件之間絕緣陶瓷受潮、破裂；②探測器與探測器安裝豎井之間絕緣陶瓷夾片受潮、破裂；③探測器自帶電纜玻璃纖維層損傷受潮。依照上述三個方面，現(xiàn)場對各個絕緣陶瓷進行檢查，陶瓷表面無明顯沾污與裂痕，利用無水酒精清潔干燥后，部分探測器測試數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，但仍有不合格探測器。檢查測試腔室溫濕度，發(fā)現(xiàn)由于腔室通風系統(tǒng)故障，腔室環(huán)境溫濕度依靠兩臺溫濕度機控制，測試環(huán)境濕度偏向于濕度控制上限有增高趨勢。由此推測，測試不合格的探測器可能出現(xiàn)本體或者電氣導(dǎo)管內(nèi)部電纜局部受潮的情況，增加除濕機并對測試不合格的探測器電氣導(dǎo)管單獨送風、干燥，最終測試結(jié)果正常。通過排查可以確定環(huán)境溫濕度控制不到位與絕緣陶瓷受潮、沾污是影響試驗讀數(shù)的主要因素。

2.3 螺栓咬死與陶瓷夾片破裂

在堆外探測器首次安裝過程中發(fā)現(xiàn)，在按照設(shè)計要求力矩緊固用于固定絕緣陶瓷夾片的螺栓時，陶瓷絕緣夾片發(fā)生破裂。經(jīng)過設(shè)計現(xiàn)場確認，此問題是由于設(shè)計力矩要求過大，設(shè)計適當調(diào)整了緊固力矩值。同時，現(xiàn)場在施工過程中也存在單次施加力矩值過大，半剛性電纜未完全與夾片貼合造成夾片受力不均勻的現(xiàn)象。類似的螺栓咬死問題也是在施工中力矩施加不均勻?qū)е侣菟ň植孔冃卧斐傻摹?/p>

3 解決方案與效果對比

3.1 優(yōu)化施工邏輯、細化工前交底

針對安裝豎井滲水以及腔室通風系統(tǒng)故障影響探測器測試的問題是施工邏輯不合理造成的，在前期的施工準備中沒有充分識別影響探測器安裝的因素。

根據(jù)探測器首次安裝的經(jīng)驗反饋，優(yōu)化了施工邏輯并在探測器安裝前確認通風系統(tǒng)可良好運行，土建專業(yè)提前對冷卻劑疏水箱模塊焊縫質(zhì)量進行檢查，對于存在的縫隙或者漏水的物項提前處理，提前增加隔離軟管隔離漏水電氣導(dǎo)管。在后續(xù)實踐中探測器安裝未受同類問題影響安裝進度。同時，在后續(xù)電氣導(dǎo)管設(shè)計時將考慮把預(yù)埋電氣導(dǎo)管螺紋連接改為密封性良好的焊縫連接增強電氣導(dǎo)管的密封性與防水的可靠性。

為了避免在力矩執(zhí)行不規(guī)范對物項造成不必要的損傷，現(xiàn)場細化了交底卡。依據(jù)模擬實驗數(shù)據(jù)規(guī)定每次單次施加的力矩值，避免陶瓷夾片、螺栓因受力不均損壞。

3.2 制作簡易運送保護工具

考慮到探測器運送的特殊性，為了避免探測器本體與自帶電纜在運送期間發(fā)生損傷、沾污進而降低絕緣性能等現(xiàn)象的發(fā)生。現(xiàn)場制作了擔架式運送工具(見圖4)，運送工具使探測器免受周圍物項的磕碰、沾污，凸出的手持柄除了提供托舉的著力點，還可以支撐自帶電纜使其保持自然彎曲，不受應(yīng)力，提高運送效率的同時又可靠保護了堆外探測器組件。在電纜穿拉的過程中使用一種PVC材質(zhì)的套管，套在自帶電纜上用于保護自帶電纜的玻璃纖維保護套，避免電器導(dǎo)管內(nèi)銳利凸起劃傷玻璃纖維絕緣保護套從而確保探測器的絕緣性能，上述實踐在安裝過程中取得了良好效果。

圖4 堆外探測器運送工具示意圖Fig.4 Schematic diagram of ex-core detector delivery vehicle

3.3 嚴控腔室環(huán)境及探測器清潔度

結(jié)合電氣測試原因分析結(jié)果和經(jīng)驗反饋，優(yōu)化施工邏輯從而降低了探測器風險管理的難度、方便管理人員在探測器安裝期間對腔室環(huán)境進行管控，使測試環(huán)境的溫濕度、探測器連接部件及本體清潔度保持在良好狀態(tài)；通過簡易工具的制作，可靠保護了探測器本體及自帶電纜，有效避免了探測器因損傷、沾污而產(chǎn)生的絕緣不合格的現(xiàn)象，在實踐中未出現(xiàn)電氣測試不合格問題。

3.4 措施實施效果檢查

通過以上措施的實施，使得后續(xù)探測器安裝過程中未出現(xiàn)首次安裝中遇到的一系列質(zhì)量問題，一次安裝合格率達100%，各項安裝環(huán)節(jié)順利開展，在提升堆外探測器一次安裝合格率的同時使安裝工期同計劃相比提前了10天，并實現(xiàn)了移交包的零尾項移交，取得良好的實踐效果。

4 結(jié)論

本文總結(jié)了AP1000堆外探測器安裝階段遇到的質(zhì)量問題及解決方案，并對各個影響堆外探測器一次安裝合格率的主要因素進行原因分析。對比解決方案實施前后堆外探測器一次安裝合格率，說明解決方案可以較為有效地提升堆外探測安裝質(zhì)量，可供后續(xù)AP1000以及CAP系列核電項目堆外探測器安裝參考：

(1)控制堆外探測器安裝質(zhì)量除了加強現(xiàn)場監(jiān)管、技術(shù)交底等管理措施外，可以借助研發(fā)專用工具來提高工作可靠性，如采取“擔架式”運送方式保護探測器及其自帶電纜；增加PVC保護套保護玻璃纖維絕緣護套，降低因玻璃纖維護套破損造成絕緣性能降低的風險；

(2)安裝前、后探測器絕緣性能易受測試環(huán)境溫濕度、自帶電纜接頭處以及探測器本體表面清潔度、絕緣陶瓷夾片清潔度等因素的影響，特別是清潔度因素極易在排查過程中忽視，目視檢查也不易發(fā)現(xiàn)。在電纜敷設(shè)階段玻璃纖維保護套的磨損也有可能會影響探測器的絕緣性能。因此，在安裝階段應(yīng)采取可靠措施避免電纜損傷、確保探測器本體、接頭等相關(guān)連接件的清潔度，結(jié)合現(xiàn)場實際條件，采取相關(guān)措施嚴格控制測試環(huán)境溫濕度，確保測量數(shù)據(jù)準確可靠。

(3)反應(yīng)堆壓力容器腔室空間較為狹小，進出腔室人員極易對堆外探測器自帶電纜造成損傷，應(yīng)避免交叉作業(yè)，在施工邏輯上應(yīng)在其他專業(yè)物項施工完成后進行安裝工作，探測器安裝完成后應(yīng)及時建立管控，便于探測器成品保護。

(4)在后續(xù)電氣導(dǎo)管設(shè)計階段，對預(yù)埋電氣導(dǎo)管應(yīng)充分考慮導(dǎo)管的防水性能，盡量減少螺紋接頭設(shè)計，采用密封性良好的焊縫連接以增強電氣導(dǎo)管的密封性與防水性。