中子通量測量系統探頭卡澀故障分析及處理

□夏 浩 謝 鵬

中子通量測量系統是用于測量反應堆堆芯三維功率分布的系統，該系統設備結構復雜，機械部件繁多，易發故障點多，難以定位，維護難度較大。海南核電1,2號機組首次大修前，4個探頭每月進行中子通量測繪時有時會出現卡澀，其中有些探頭卡澀頻繁，有卡在通道中無法拔出的風險。經過了解其他M310機組功率運行期間中子通量測繪時也存在經常性卡澀問題。由于中子通量測量系統設備絕大部分布置在反應堆廠房內，機組功率運行期間輻射風險高，只能在大修期間實施維修活動，這就要求維修活動必須迅速、準確，工作難度很高。本文旨在結合海南核電大修對探頭卡澀故障的分析及處理，總結出一套工作流程，以快速處理卡澀故障，提高系統可靠性。

一、系統結構

該系統主要由4個移動式中子探測器、4個驅動通道和2個控制柜組成。探測器將中子注量率轉換成電流，驅動通道用于驅動探測器進入堆芯通路(共38個)，控制柜完成探測器電流的采集及輸入輸出控制。中子探測器使用涂鈾235微型裂變電離室[1]，利用其吸收中子后產生裂變的特性實現中子通量測量。每個驅動通道由下列部件組成：1個驅動單元、1個組選擇器、1個路選擇器、10個電動隔離閥(第4通道為8個)及相關儀表管。

二、卡澀故障原因分析與處理

分析探頭卡澀故障，需了解探測器是如何獲得動力完成插入堆芯、返回存儲通道動作。通過對系統結構的介紹，可以看出探測器的驅動力傳遞路徑如下：齒輪電動機產生驅動力(帶剎車裝置制動)，通過齒輪箱變速、耦合，傳遞到力矩限制器，力矩限制器進行力矩限制后，輸出到驅動輪，由鏈條將驅動電纜與驅動輪的鋸齒吻合、壓緊后將驅動力傳遞給驅動電纜，驅動電纜驅動探測器克服導向管、指套管內壁的摩擦力，克服與組/路選擇器微動開關的摩擦力而產生運動。

(一)101大修4號探頭卡澀處理。

1.故障描述。101大修前，在繪制中子通量圖時4號中子探頭卡澀嚴重，在多個通道，不同位置卡澀，查看上位機系統各部件狀態正常，系統僅發“Jam”報警，導致多個通路數據無法測量，且存在卡死在通道無法拔出風險，若卡死在堆芯內部，將加快中子探測器損耗。

2.故障分析。上位機信息表明，各系統部件包括組選擇器、路選擇器、限位開關以及電動閥等部件工作狀態正常，僅4號驅動單元“Jam”警報，導致探頭卡澀，無法移動。通過探測器插入堆芯通路的驅動力傳遞路徑分析來看：一是探頭在導向管中有可能遇到阻力，或大于力矩限制器所給予的最大力矩，直接卡死，或阻力雖小但對其速度影響較大，最終因磁開關信號頻率異常，切斷電機電源失去動力；二是驅動單元故障，驅動力無法給予探頭，探頭失去位移。若驅動單元故障，則故障點繁多，需一一檢查各部件。

3.故障處理。因該探頭在多個通道不同位置卡澀，對卡澀通道導向管檢查，發現部分通道導向管接口處有切割管道時留下的突起、毛刺，給螺旋狀驅動電纜通過時帶來阻力，導致探頭卡澀，根據驅動力傳遞路徑分析，驅動單元仍有故障。按照驅動力傳遞路徑，從后往前依次對各部件檢查，拆卸驅動電機檢查電機剎車力矩以及剎車間隙。剎車力矩滿足要求，剎車間隙不滿足要求(標準0.5～0.7mm)，值偏小，在0.3～0.4mm之間不等。

經過儀表管倒角，電機剎車間隙調整后，進行路由測試(101大修末期)，反復測試繪制通量圖確認4號探頭故障消除。

(二)201大修1、3號探頭卡澀處理。

1.故障描述。201大修前，1、3號探測器嚴重卡澀，只能用2、4號探測器完成各自正常通道以及緊急通道中子通量測量，但path 3始終無法完成測量。再次使用1號探頭測量path 3，仍卡澀，而且無法返回儲存通道，嚴重卡死。3號探頭在不同通道不同位置均有卡澀情況。

2.故障分析。3號探頭卡澀情況同1號機4號探頭情況類似，同一通道不同位置、多個通道卡澀，按照驅動力傳遞路徑，需對導向管、驅動單元依次檢查。1號探頭在儲存通道直接卡死，上位機僅報“Jam”故障，其他設備狀態正常，則極有可能是導向管直接卡死探頭使其無法移動。

3.故障處理。3號探頭卡澀處理情況：通過對各個卡澀通道導向管檢查，存在導向管切割毛刺情況，進行倒角處理使其光滑。對驅動單元各個部件檢查發現驅動電機剎車片嚴重磨損，說明電機剎車間隙過小。更換電機，回裝其他部件。

1號探頭卡澀處理情況：因探頭放射性高，仍需將其送至儲存通道。手動回插電纜時明顯感覺到驅動電纜與導向管的摩擦力很大。回插后檢查導向管，毛刺嚴重。此外，發現力矩限制器力矩偏小，只有20N(m，且力矩限制器與齒輪箱連接螺母掉落一顆。最后檢查驅動電機，測量發現剎車力矩偏大，即彈簧壓縮彈力過大。調整彈簧長度后，消除故障。

(三)其他卡澀原因分析。通過對海核首次大修中子通量測量系統探頭卡澀故障分析與處理的過程發現，引起探頭卡澀的主要因素有：導向管毛刺、力矩限制器故障、驅動電機故障等。此外，通過對系統結構、驅動力傳遞路徑以及上位機監測界面信息分析，引起卡澀還有以下原因：一是組/路選擇器故障，選擇器無法動作；二是組選、路選入口位置開關故障，導致探頭位置信息錯誤；三是電動閥故障，通道無法打開，探頭無法移動；四是機柜卡件故障，通訊異常；五是驅動輪鋸齒破損過多，鋸齒破損過多會導致無法傳遞驅動力。若驅動輪鋸齒相鄰損壞5個齒，需更換；六是儀表管彎曲過大，儀表管內污垢多，這會增加通路摩擦力；當超過力矩限制器限值時就出現制動；七是驅動電纜潤滑不夠，驅動電纜很長(約20m)，若潤滑不夠會產生很大的通路摩擦；八是存儲卷盤磁開關損壞，此時系統認為存儲卷盤未動作，從而產生制動；九是38根連接管墊片安裝不到位，擠壓變形，堵塞通道。

三、探頭卡澀處理流程

通過對系統結構、驅動力傳遞路徑分析，結合海核101、201大修處理經驗，分析探頭卡澀時上位機相關信息，本文提出如下處理流程，用以快速處理卡澀故障。第一，查看上位機監測畫面、報警信息：確認卡澀時系統各部件工作狀態是否異常，如限位開關、組選擇器、路選擇器、電動閥等，報警信息如：GS inlet switch fault等。若上位機顯示部件狀態異常，顏色洋紅，且報警信息出現相應報警，則判定卡澀故障因該部故障件引起，處理后測試確認故障是否消除。第二，明確卡澀情況：一是同一位置頻繁卡澀，二是不同位置頻繁卡澀。第三，若上位機各部件狀態顯示正常，探頭不同位置頻繁卡澀，則需對導向管、驅動單元做全面檢查，定位故障點。

四、結語

本文所述的故障現象、故障分析及故障處理措施都是在實踐中經歷大量故障出現、故障分析及故障消除后積累下來的。結合海南核電101大修、201大修檢修經驗，本文所提出來的探頭卡澀處理流程較為全面，能夠快速有效地定位故障點，有助于快速消除故障，對今后中子通量系統系統維護有很大幫助，同時也為機組安全、穩定、經濟運行提供保障。