國內某M310機組松脫部件和震動監測系統的安裝調試

焦 龍，朱 健，徐慶越，蘇 鑫

（1.中核遼寧核電有限公司，遼寧 葫蘆島 125000；2.江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222002）

0 引言

KIR 系統不是安全系統，但它執行著兩種重要功能。首先，監測反應堆壓力容器和堆內構件的振動響應，用以檢測反應堆壓力容器和堆內構件機械性能的劣化；其次，檢測松脫部件，以防止蒸汽發生器管道或反應堆壓力容器內構件的損傷。KIR 系統作為核電廠運行重要的在線實時監測手段，對堆內構件和一回路部件的動態結構進行長期性能趨勢分析并為在役檢査和維修計劃提供參考數據[1]。因此，它是一種以監測反應堆壓力容器和堆內構件機械完整性來保障核電廠運行安全的系統[2]。為了保證核電機組的安全運行，需要使用正確的方法對KIR 系統進行安裝和調試，以確保系統穩定可靠。

圖1 KIR系統總體結構圖Fig.1 KIR system overall structure diagram

圖2 KIR機柜正面結構圖Fig.2 Front structure of KIR cabinet

1 田灣三期工程KIR系統介紹

TW 三期工程的KIR 系統由中國核能動力設計院設計制造，主要由松脫部件監測系統（LPMS）和振動監測系統（VMS）兩個系統組成。LPMS 在反應堆主泵啟動運行時即投入不間斷運行，用于在線探測與定位核反應堆壓力容器和蒸汽發生器內可能出現的松動件、脫落件和外來件；VMS 在反應堆功率達到30%時投入定期監測，用于周期性監測反應堆壓力容器和堆內構件的振動[3]。

KIR 系統總體結構如圖1 所示，主要由13 個裝在反應堆壓力容器和蒸汽發生器上的加速度計和兩臺位于LX 廠房的信號處理機柜組成[4]。

2 KIR系統的安裝

2.1 信號處理機柜的安裝

KIR 系統機柜采用兩個19 寸標準機柜，分別為KIR001AR 和KIR002AR。KIR 系 統 機 柜 的 防 護 級 為IP31[5]。兩個機柜并排緊靠布置，單個機柜外形尺寸為：600mm(寬)×2000 mm(高)×800 mm(深)，機柜底座高度為100mm。機柜預埋件為間距680mm 的鋼軌，安裝時機柜底座使用8 個M10×40 螺栓與預埋件相連，擰緊力矩為50 N·m。

KIR001AR 機柜為松脫部件檢測機柜，由信號調理設備、顯示器、LP 探測設備、鍵盤、報警處理設備、聲音監聽設備、電源分配盤、UPS 電源等組成。KIR002AR 機柜為振動監測機柜，由顯示器、振動分析與數據采集設備、鍵盤、打印機、工具箱組成[6]。正面結構如圖2 所示。

2.2 KIR傳感器的安裝

TW 三期KIR 系統使用的傳感器型號為Endevco 6235型加速度計，具有耐高溫、抗輻射的優點，靈敏度為10 PC/g，可在-196℃～482℃、100%濕度的環境中工作，共13 個加速度計探頭，安裝位置如圖3 所示。

每臺蒸汽發生器上安裝3 個加速度計，其中1 個加速度計安裝在蒸汽發生器底封頭的支座上，2 個加速度計以軸對稱方式安裝在蒸汽發生器管板標高處熱端通道封頭的支座上。如果產生能量撞擊，這種布置方式不僅能夠探測蒸汽發生器熱端通道封頭的松脫部件，還能夠探測管板以上二回路冷卻系統中的松脫部件[7]。

反應堆壓力容器上安裝4 個加速度計，3 個加速度計安裝在壓力容器底部的堆芯測量導向管上口，其中的2 個加速度計安裝在中子噪聲電離室軸平面上。第3 個加速度計安裝在壓力容器底封頭相反方向，與另外2 個加速度計有相等的距離。1 個加速度計安裝在反應堆壓力容器頂蓋上，與底部的第3 個加速度計在同一垂直軸線上。

安裝加速度計應遵循以下原則：

1）適配座預緊力矩90 N·m。

2）加速度計安裝螺釘預緊力矩1.6 N·m。

3）硬電纜彎曲部位離電纜端頭至少有70mm 的直線長度。

圖3 KIR傳感器安裝位置圖Fig.3 KIR Sensor installation location diagram

圖4 防水盒安裝Fig.4 Waterproof box installation

4）電纜路徑上的最小曲率半徑不得小于30mm。

5）硬電纜穿出保溫層不能接觸保溫殼體。

6）硬電纜與軟電纜的連接采用卡扣式連接，連接應旋緊無松動，連接無力矩要求。

2.3 電荷轉換器的安裝及接線

電荷轉換器用于將來自加速度計的電荷信號轉換成電壓信號，并通過長電纜將信號傳輸到機柜用于松脫部件檢測。加速度計至電荷轉換器的電纜可分為軟電纜和硬電纜，硬電纜為抗強輻射且能在高溫和高壓環境使用的屏蔽無機電纜；硬電纜與加速度計為一體式連接。安裝在壓力容器底部導向管上加速度計的硬電纜穿過反應堆堆坑的屏蔽墻貫穿件，到堆芯儀表室與軟電纜連接，安裝在反應堆頂蓋螺栓上的加速度計穿過保溫層后與電纜橋上的軟電纜相連接。軟電纜在保溫層外將硬電纜傳輸的電荷信號傳輸到防水盒中的電荷轉化器[8]。

KIR 系統的電荷轉換器己預裝于防水盒內，每臺機組有5 個防水盒，供貨時防水盒固定掛耳已經焊接在盒體上，如圖4 所示。安裝時，確保防水盒下邊緣距離地面高度為1200mm 后，在墻面上按照防水盒定位尺寸鉆4 個孔，通過4 個M8 膨脹螺栓固定。

3 KIR系統的調試

KIR 系統的調試有兩個不同的目的：第一，儀表和電路試驗用于驗證本系統經過運輸、存貯和安裝后，沒有遭到任何破壞，并且所有模塊的功能符合設計要求；第二，啟動試驗用于幫助本系統啟動，驗證兩個采集系統可同時在100%FP 時工作，并記錄所有的零點和基線數據[1,9]。

3.1 儀表和電路試驗

3.1.1 機柜上電前檢查

檢查系統設備外觀及安裝狀態，確認機柜內部所有設備裝配到位，設備之間的連接電纜完整并可靠連接，重要設備機殼有良好接地措施。所有加速度信號通道部件安裝位置正確，相互連接完整，連接部件和電纜編碼符合要求。

使用萬用表或電容表測量各通道加速度計絕緣電阻、加速度計漏電阻、加速度計電容、軟電纜絕緣電阻、軟電纜漏電阻、軟電纜線電阻、軟電纜電容、防水盒到機柜電纜絕緣電阻、防水盒到機柜電纜漏電阻、防水盒到機柜電纜線電阻，檢查是否滿足絕緣電阻＞10 MΩ、漏電阻＞10 MΩ、線電阻＜1Ω/m、電容＜2000 pF（1.5 m 電纜），電容＜2500 pF（3.5 m 電纜），電容＜6000 pF（15.5 m 電纜）、電容（軟電纜）＜200 pF/m 的要求。

3.1.2 機柜上電及相關檢查

1） 依次合上KIR001AR 機柜后下部的斷路器KIR001JA、KIR002JA 和KIR003JA 開關，測量斷路器輸出電壓是否為220 V±10%AC，檢查電源分配盤（KIR001TB）右邊11 個電源指示燈正常亮。

2） 在KIR00lAR 機 柜 前 部 下 方， 長 按UPS 電 源（KIR001AN）面板上的開關按鍵，直到狀態指示正常，電源分配盤左邊5 個指示燈亮（如果燈未亮，需更換2 A ～3 A 的保險管），確認“正常”指示燈亮，其它指示燈滅，并確認風扇運轉正常。

3）從KIR001AR 機柜后部，打開電源適配器電源，其標識為1 ～13 通道的指示燈應為綠色。

4）從KIR001AR 機柜前部，打開信號調理設備電源開關，“電源”指示燈綠色正常，各模塊通道指示燈亮，各模塊通道放大倍數均為×1。

5）從KIR001AR 機柜前部，將報警處理設備面板上的“故障報警總禁止”和“事件報警總禁止”旋鈕置于“ON”位置（此處“ON”位表示禁止報警輸出，“OFF"表示允許報警輸出）。

6）從KIR001AR 機柜前部，打開KIR001UV 顯示器電源，再打開松脫部件探測設備（KIR001DD）電源，機箱風扇運轉正常、穩定，控制器無明顯電或機械噪聲，各模塊指示正常；Windows 系統自動啟動，啟動中無死機或異常提示，然后將時鐘設為北京時鐘時間。

7）開啟報警處理設備電源開關，“電源”指示正常，自檢完畢后，各狀態指示正常；復位按鈕、旋鈕開關操作正常，將報警處理設備面板上的“故障報警總禁止”和“事件報警總禁止旋鈕置于“OFF”位置。

8）從KIR002AR 機拒前部，打開KIR002UV 顯示器電源，再打開振動分析與數據來集設備的電源，機箱風扇運轉正常、穩定，控制器無明顯電或機械噪聲，各模塊指示正常；Windows 系統自動啟動，啟動中無死機或異常提示，顯示桌面上無異常；啟動桌面右下方的時鐘設置，將時鐘設為北京時鐘時間。

9）打開以太網交換機和打印機電源，從Windows 控制面板運行打印機測試程序，檢驗打印機運行狀況。

3.1.3 通道連接對應關系及傳輸性能檢查

斷開軟電纜和電荷轉換器的連接，檢查在電荷轉換器前端輸入頻率為5 kHz，幅度A 在10g ～50g 的加速度信號（1g 對應10 pC 的電荷信號）時，LPMS 界面右邊對應通道的有效值顯示數值與A×0.0707 之積的相對誤差小于±10%，或絕對誤差小于±0.2 V。短接調棒信號輸入端，程序界面上調棒狀態指示燈為黃色，斷開報調棒信號輸入端，程序界面上調棒狀態指示燈為綠色。調節冷卻劑壓力輸入端電流，使用數字萬用表測試當程序界面上冷卻劑壓力狀態指示燈由黃色變為綠色時的輸出電流，電流測試值與8.8 mA 的誤差小于±3%，輸入電流小于閾值時為黃色，大于閾值時為綠色。

3.1.4 事件甄別功能檢查

在分別距13 個加速度計安裝位置同等長度范圍的器壁上進行真實撞擊，各點重復撞擊不少于3 次，LPMS 監測軟件主界面對應區間通道出現紅色事件報警指示，事件監測界面顯示當前捕捉的事件，底部列表正確顯示事件，且對各點撞擊事件的快速分析提取的特征參數與實際情況基本一致。

3.1.5 報警功能檢查

閉合KIR 系統端子排上的兩對開關，分別向外部系統提供事件報警狀態信息與故障報警狀態信息，在自檢界面，選擇并產生符合甄別條件的仿真撞擊波信號，同時勾選允許報警輸出項，此時事件通道指示和對應區間報警指示應顯示紅燈。開啟故障禁止報警開關，按動事件報警復位按鈕，事件報警的相關指示燈恢復綠色，繼電器輸出斷開，外部系統無事件報警。在算法參數設置界面，修改最低噪聲限值，將其設置的比當前最大通道背景值還更大，設置完成約60s 后，報警處理設備的所有通道應出現故障報警指示，故障報警輸出繼電器應閉合，外部系統應接收到故障報警狀態信息。

3.1.6 聲音監聽功能、數據采集、數據庫管理及打印等功能檢查

自檢界面輸入白噪聲信號進行實時監聽，輸入仿真撞擊波信號，觸發DSS 的數據采集，進行聲音回放，確認聲音監聽設備的WAV 檔有聲音輸出。在歷史事件查詢中任選一個事件進行打印，驗證數據庫可以正常記錄讀取，打印機可以正常工作。

3.1.7 振動監測信號通路檢查

斷開軟電纜和電荷轉換器的連接，輸入頻率為20Hz范圍內，幅度A 在10g ～50g 的加速度信號時，VMS 主界面對應通道顯示波形為正弦波，頻率與輸入頻率基本一致，對應顯示的有效值與A×0.0707 之積的相對誤差小于±10%，或絕對誤差小于±0.2 V。

向接線盒2 的中子噪聲信號輸入端輸入頻率20 Hz、幅度5 V 的標準正弦波信號時，VMS 主界面對應通道顯示波形為正弦波，頻率與中子噪聲信號輸入基本一致，對應顯示的有效值與3.535 V 的誤差小于±10%。向接線盒2 的中子噪聲電平信號輸入端輸入2 V 的直流電壓信號，VMS 主界面對應通道顯示的電平有效值與2 V 的誤差小于±10%。

3.1.8 信號分析功能檢查

振動監測通道和中子噪聲信號通道輸入頻率為20Hz，幅度為5V 的正弦信號，中子噪聲電平信號通道輸入幅度為2V 的直流電壓信號。信號輸入后，VMS 主界面各通道顯示波形與信號輸入特征一致。APSD 界面中，對振動監測通道和中子噪聲信號通道數據進行分析所得的自功率密度的譜峰對應頻率與20Hz 誤差小于±1Hz。CPS 界面中，對振動監測通道和中子噪聲信號通道數據進行互功率譜分析，互功率譜圖中的譜峰對應頻率與20 Hz 誤差小于±1Hz；對相干特性進行分析，20Hz 處的相干性與1 的誤差小于±3%；對相位特性進行分析，20Hz 處的相位差小于±2.5°。打開振動分析界面，啟動數據采集并完成數據的平滑處理，確認數據分析所得的振動監測通道和中子噪聲信號通道的相關功率譜分析結果與信號輸入特征一致，確認通道分析出的信號特征頻率與信號輸入合成頻率一致，確認自動生成的監測結果報告與監測顯示的圖表一致。

3.1.9 振動監測功能檢查

振動監測通道和中子噪聲信號通道輸入仿真振動信號：頻率為3Hz、7Hz、11Hz、16Hz、23Hz、26Hz，幅度依次為1V、1V、1.5V、1.5V、0.5V、0.5V。中子噪聲電平信號通道輸入直流電壓信號，幅度：2V。信號輸入后，VMS 主界面各通道顯示波形與信號輸入特征一致。4 個振動監測通道的APSD 波形相同，8 個中子噪聲監測通道的NPSD 波形相同，APSD 和NPSD 譜的特征峰頻率與實際合成仿真振動輸出信號的各對應頻率的絕對誤差小于±1Hz。生成的監測結果報告與監測顯示的圖表一致。

3.2 啟動試驗

啟動試驗目的是驗證KIR 系統在不同的運行工況下均能按照設計手冊的規定正常工作，并驗證松脫部件檢測子系統LPMS 和振動監測子系統VMS 參數配置的正確性。

1）在冷試、熱試、臨界前熱態試驗、50%FP 前及50%FP ～100%FP 階段試驗的整個過程中，均需保證LPMS 和VMS 系統處于運行狀態。

2）運行采集程序，采集13 個加速度計信號的波譜。將每條譜線顯示在屏上，并保存這些代表反應堆振動行為的零點，檢驗采集速率。

3）運行振動采集程序，采集8 個中子噪聲信號的波譜，將每條譜線顯示在屏上，并保存這些代表反應堆振動行為的基線，檢驗采集速率。

4）當加速度計部分的試運行和中子噪聲部分的試運行完成后，同時進行對加速度計信號和中子噪聲的采集，檢查兩種采集之間是否相互干擾。

5）在反應堆100%功率時，建立LPMS 和VMS 的基準數據，確定堆內構件的模態頻率和幅度基準，建立APSD（自功率譜密度）和CPS（互功率譜）譜圖基準。

4 總結

KIR 作為核電廠重要系統之一，其穩定運行與否直接影響著核電機組的穩定與安全運行。為了保證KIR 系統的性能滿足運行要求，必須按照一定的規范進行安裝和調試，確保系統穩定可靠。本文通過對TW 三期工程KIR 系統安裝調試方法的詳細闡述，為其他電廠的安裝調試提供技術參考。