摘要：針對用(yòng)于核電廠核取樣(yàng)系統流量測量的(de) 渦輪流量計 在運(yun)行過程中故障頻(pín)發的問題，進行了(le)流量計換型改造(zào)，以電磁流量計替(ti)代渦輪流量計進(jin)行核取🍓樣介🏃🏻質流(liú)量測量。首先，對電(dian)磁流量計 測量原(yuán)理和基本組成進(jin)行了闡述，介紹了(le)在換型改造⛱️期🆚間(jiān)集成控制櫃中電(diàn)磁流量計流量顯(xian)示異常的現狀，并(bing)采用示👄波器對電(dian)磁流量計勵磁信(xìn)号和電極信号進(jin)🔞行了測試分析，确(què)定了勵磁正常但(dàn)電極信号受到較(jiao)大幹擾的問題。然(rán)後，對電極信号🌈幹(gan)擾源作了較爲全(quán)面的排查分析及(ji)逐一驗證，進🏒而提(tí)出集成控制櫃的(de)整體改✂️造方案，并(bing)對改造後的集成(chéng)控制櫃進行了低(di)電導率介質情況(kuang)下的流量測量精(jing)度測試。測試結果(guo)表明，該設🆚計滿足(zú)現場測量要求。改(gǎi)造後的集成控制(zhi)🔞櫃已在核電廠機(ji)組🛀🏻穩定運行，改造(zao)效果較好，可爲相(xiang)關行業類似控制(zhi)櫃的設計提供參(cān)考。
0引言
　　核能發電(dian)作爲一種新型發(fa)電方式,近年來得(de)到廣泛應用[1-2]同時(shi),核電由于其特殊(shu)性、危險性,對核電(dian)設備的🏃‍♂️安全穩定(ding)運行、高效監測提(tí)出了更高要求核(he)電站核取樣系統(tǒng)原采用渦輪流量(liàng)計對核取樣介質(zhi)進行流🌍量測量,其(qí)1、2、3、4号機組運行的系(xi)統💁相關流量⭕計出(chū)現故障的頻率較(jiào)高5]核電站進行了(le)流量計換型改造(zào),采用電磁流量計(ji)替代渦輪流量計(jì),測🌍量核💯取樣介質(zhì)流量。本文主要✊針(zhēn)對換型改造過程(chéng)中出現的流量計(jì)流量顯示異常、電(dian)極信号🏃‍♂️擾動較大(dà)等問題,通過原理(li)分析和現場驗🔞證(zheng)，對可能造成該問(wèn)題的因素進行逐(zhú)一排查,進而提出(chū)改進措施,并進行(háng)現場驗證。
1電磁流(liú)量計工作原理
　　電(diàn)磁流量計的工作(zuò)原理是基于法拉(lā)第電磁感應定律(lǜ),即:導電性液體在(zài)垂直于磁場的測(cè)量管内流💋動,在與(yu)液體流動方向、磁(ci)場方向均垂直的(de)方向上産生感應(yīng)電動勢[6-7]0感應電動(dòng)勢的方向按電磁(ci)學中的右手定則(ze)确定[8],其大小與磁(cí)感應強度、流束和(hé)流速的大小成比(bi)例。流束的‼️大小即(ji)測量管的内直徑(jìng)。電磁流量計測量(liang)原理如圖1所示。

　　感應電動(dong)勢的計算參見式(shi)（１）。

　　式中:E爲感應電動(dong)勢,V;K爲常數,無量綱(gang);B爲磁感應強度,又(yòu)可🔞稱爲磁通密度(dù),T;D爲測量管的内直(zhi)徑,m;?爲測量管截面(miàn)内的平均流速,m/s。
　　由(you)式(1)可知,一旦B和D确(què)定,E就隻與?有關，與(yǔ)流體的其他物理(lǐ)參數(如壓力、黏度(du)等)均無關。
　　電磁流(liu)量計的測量介質(zhì)一般爲電導率≥5μS/cm的(de)導電液體。電導率(lǜ)雖🏒不參與電磁流(liú)量計的流量計算(suan),但因電磁流量計(jì)工✊作原理爲導電(diàn)流體切割磁感線(xiàn).得✌️到感應電動勢(shì)進而換算出流量(liang)。流體🔞電導率的高(gāo)低對采集的信号(hào)強度有直接影響(xiang)。在介質電導率接(jiē)近電磁流量計工(gong)作最低電導率要(yao)求時，流量計♊主闆(pan)采樣得到的信号(hào)數據較弱。而當電(diàn)導率低于其工作(zuo)特性時，可能無法(fa)👨‍❤️‍👨測出準确數據;加(jia)上信号幹擾等問(wèn)題,信噪比💯差,可能(neng)導緻流量數據波(bō)動較大,甚至不可(ke)用。
　　電磁流量計主(zhǔ)要由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成(cheng)㊙️，傳感🐪器安裝在工(gōng)業過程管道.上,其(qí)作用是将通過管(guan)道内的💚導電㊙️液體(ti)🌈體積流量值線性(xìng)變換成感應電動(dòng)勢信号,并通過信(xìn)号導線将此信号(hao)傳輸到轉🔆換器，轉(zhuǎn)換📞器安裝在傳感(gan)器.上☔或離傳感㊙️器(qì)不太遠♌的地方,将(jiāng)傳🈚感器.傳輸過來(lai)的流量信号進行(háng)放大👄、運算和處理(lǐ)，轉換成與流量信(xin)号成正比的标準(zhun)信号輸出,從🏃而進(jin)行顯示、累積.和調(diao)節控制。
2現狀與問(wèn)題
2.1改造前的集成(cheng)控制櫃
　　二次儀表(biǎo)采用盤裝結構。多(duō)台二次儀表安裝(zhuāng)在集成控制櫃中(zhōng)。每台二次儀表獨(du)立顯示和操作,所(suo)有二次儀表均與(yu)流量‼️記錄儀連接(jiē),其流量信息全部(bu)存儲于記錄儀上(shàng)。二次儀表所需供(gòng)電🐅電源開關、流量(liàng)顯示、信号輸出均(jun)✍️在集成櫃面闆上(shàng)。
　　一次傳感器和轉(zhuan)換器之間采用電(diàn)纜連接。電纜采用(yong)🤟核級🌈雙💋屏蔽電纜(lan),其結構如圖2所示(shi)。

　　電纜(lǎn)和一次傳感器之(zhī)間采用接插件連(lián)接。電纜上的接插(chā)件插🍓針如圖3所示(shì)，。

　　電纜線頭與接插(cha)件的插針焊接對(dui)應表如表1所示。

　　電(diàn)纜上連接二次儀(yí)表控制櫃的一端(duān)，剝出線頭,接入控(kòng)制櫃的相應位置(zhì)。二次儀表集成控(kòng)制櫃接線👅如圖4所(suǒ)示🛀🏻。

2.2問題描述
　　Y1/9系統(tǒng)改造的電磁流量(liang)計已完成現場安(ān)裝,并上電調🈲試。此(ci)時✨的流量計管線(xiàn)中:隻有信号Y1020MD(以下(xià)簡稱020MD)流量計👅管道(dao)充滿介質🔴,可調試(shi);其餘流量計不具(ju)備調試條件。其中(zhong),007MD/020MD直接.影響硼表可(kě)🌈用性
　　在硼表标定(dìng)前,020MD所在管線已充(chōng)滿電導率約爲8.0μS/cm的(de)硼酸液✊,且管道内(nèi)流量穩定;但發現(xiàn)流量顯示異常,擾(rao)動過大,無法正确(què)測量。020MD運行曲線如(ru)圖5所示。

　　接入示波(bo)器觀察勵磁信号(hao)和電極反饋信号(hao),發現👣020MD勵磁波形🍉穩(wěn)定,但采集的電極(ji)信号有較大幹擾(rao),被高頻信号淹沒(mei)🌏。電極信号曲線如(rú)圖6所示。

3故障原因(yīn)分析
　　對已發現的(de)電極信号擾動較(jiao)大問題進行幹擾(rao)源排查驗證。首先(xian),對各接線回路、電(diàn)磁流量計傳感器(qì)及主闆進行了🔴故(gu)障排查,發現接線(xiàn)均按設計圖紙正(zheng)确接線、傳感器阻(zu)值及絕緣測試正(zhèng)🌈常、更換主闆後流(liu)量顯示異常情況(kuang)仍未改善。
　　查看電(dian)纜線束接線,發現(xiàn)采用了勵磁線圈(quān)的屏蔽層作爲信(xin)💁号地線,而勵磁爲(wèi)25Hz的交流信号,對流(liú)量信号的采集有(you)幹擾。
　　查看控制櫃(guì)發現,一次傳感器(qì)與主闆間的電極(jí)反饋信号線經過(guo)了一次端子排的(de)中轉,且020MD電極反饋(kuì)信号接線😄在線🌈槽(cáo)内露出屏蔽層10cm左(zuǒ)右。此處的屏蔽不(bú)夠,信号受到幹擾(rao)，導緻流量顯示異(yì)❗常波動。另外🤞，控制(zhì)櫃内主闆之間沒(méi)有任何㊙️的保護和(he)💃🏻隔離,需驗✏️證主闆(pǎn)間是否存在幹擾(rǎo)✊,以緻流量測量異(yì)常。
3.1信号地線排查(cha)
　　改造前的電纜線(xian)束接線如圖7所示(shi)。采用勵磁線圈的(de)‼️屏蔽層作爲信号(hao)地線的信号地線(xiàn)可能設計不當，因(yin)此需要重新鋪設(shè)信号地電纜。

　　因NA298房(fáng)間劑量率高,16台MD都(dou)要從就地傳感器(qi)側重新鋪設信号(hao)地線較爲困難，且(qie)現場當時沒有足(zu)夠長地線。爲了繼(ji)續驗證，臨時将主(zhu)闆信号地接到系(xi)統地(即傳感器外(wài)殼)。将所有流量計(ji)🔱主闆的信号地均(jun1)接到系統地銅牌(pai)後，觀察020MD流量顯示(shi)情況。可以觀察到(dào):020MD單台運行平穩,其(qí)運行曲線如圖8所(suo)示。但整櫃流量計(ji)上電運行🈚時,020MD流量(liang)仍有較小波動,其(qí)運行曲♈線如圖9所(suǒ)示

　　圖8、圖9驗證了此(cǐ)種信号地設計方(fāng)式是020MD流量異常的(de)影響因素之💁一,需(xu)改進。
3.2端子排處接(jiē)線幹擾的排查
　　控(kòng)制櫃内020MD電極反饋(kuì)信号在線槽内露(lu)出屏蔽層10cm左🐕右，作(zuo)剪短🐪處⭕理後,屏蔽(bì)層覆蓋到接線端(duān)子排處。管線中充(chong)滿電導率約爲8.0μS/cm的(de)硼溶液時,整櫃.上(shàng)電時020MD流🏃量測量較(jiao)穩定,運行曲線如(rú)圖10所示。由圖10驗證(zhèng)了此處的信号線(xiàn)屏蔽不足也是流(liu)💃🏻量不穩的⚽影響因(yin)素之一。

　　由前述可(ke)知，流體電導率的(de)高低對采集的信(xìn)号強度👄有直接影(yǐng)⁉️響。當電導率低時(shi)，電極反饋的信号(hào)較💃🏻弱受到幹擾的(de)影響越明顯,低電(diàn)導率的流量測量(liàng)🌏對信号采集的要(yào)求更♈高。壽期末的(de)測量介質電導率(lǜ)約爲4.0μS/cm。對此，将電導(dǎo)率降至4.0μS/cm,運行一段(duàn)時間後,觀測🔆到020MD單(dan)台運行穩定,運行(háng)曲線如圖11所示⚽。

　　但(dàn)當各台流量計依(yi)次上電至整櫃運(yùn)行時,020MD的流量♋測☂️量(liàng)受到影響，，運行曲(qǔ)線如圖12所示

　　同時(shí),爲驗證主闆間是(shi)否存在較大幹擾(rao),在整櫃上電020MD出現(xian)大♊幅擾動期間，對(dui)020MD機櫃内卡件兩側(ce)增加金🚶屬闆隔離(lí)主闆間幹擾,觀察(chá)流量擾動情況并(bìng)無改善,從而判定(ding)主闆間幹擾較小(xiao)。但從保護主闆和(hé)減小幹擾角度考(kǎo)慮，後期需定制封(fēng)裝的機籠隔離主(zhǔ)闆。
　　由圖12可知，各台(tái)流量計依次斷電(dian)至020MD單台運行時,020MD流(liú)量😄顯💞示穩☂️定。
　　判定(ding)在測量介質電導(dǎo)率較小(如4.0μS/cm)時，僅對(dui)接線作屏🐕蔽處理(lǐ)🐉還不夠,或造成屏(ping)蔽不足。于是依次(cì)對各流量計🔴停送(song)電,排查出021MD/022MD的停送(sòng)電對020MD運行影響最(zui)大。但021MD/022MD上電運行時(shí),控制櫃中021/022MD主闆均(jun)離020MD主闆.較遠,主闆(pan)空間幹擾弱;而傳(chuan)感器⛷️進線側端子(zi)排相鄰，因端子排(pái)側勵磁線圈存在(zai)幾十伏交流電壓(ya),每個流量計存🐅在(zài)一組勵磁線✏️圈且(qie)無屏蔽,對相鄰電(diàn)極信号幹擾可能(neng)性更♍大。因此,還需(xū)排查端子排處幹(gàn)擾源。
　　前期工作:①對(duì)端子排側流量計(ji)的勵磁線套金屬(shǔ)屏蔽層👣,并接地;②對(dui)端子排側流量計(ji)的每組電極反饋(kuì).信号線套金屬屏(ping)蔽層并接地;③再次(ci)确認傳感器側新(xīn)鋪設的信号地及(ji)主闆側接地接觸(chù)良好、接線無誤。
　　在(zai)電導率4.0μS/cm條件下,對(duì)整櫃流量計進行(hang)上電試驗。觀察0.5h,020MD流(liu)量未出現擾動,但(dan)有上漲至136L/h趨勢,未(wèi)平穩,說明幹擾仍(reng)沒有消失。其原因(yin)可能是後設的屏(píng)蔽沒有電纜原有(you)的屏👄蔽效果好。對(duì)此,将020MD信号線及勵(lì)磁線從端子排處(chù)抽.出，單獨引線至(zhi)主闆且做好屏蔽(bì),不再經過端子♈排(pái)。整櫃流量👈計重新(xin)上電,持續觀察1h,020MD流(liú)量計穩定在🌍130~134L/h,沒有(you)出現大幅擾動情(qíng)況。端子排處.理後(hòu)的整櫃上電020MD運♻️行(hang)曲線如圖13所示🔞。

　　由(yóu)圖13可知,--次傳感器(qi)至主闆之間的端(duan)子排中轉接線方(fāng)式屏蔽不足,幹擾(rǎo)較大，對020MD低電導率(lǜ).流量測量有較大(da)影響,需作重🍓點改(gai)🐆進。
4集成控制櫃改(gǎi)造及驗證
　　Y1/9系統流(liú)量計主闆集成在(zài)同一控制箱内，020MD測(cè)量異常✊。分析排查(chá)結果爲:①傳感器排(pái)查無故障;②主闆無(wú)故障;③信号回路💋接(jie)線無誤,但屏蔽不(bú).全面;④信号回路的(de)信号地廠家設計(jì)不當;⑤主🛀闆間幹擾(rǎo)用自🧡制金屬闆隔(gé)離後效果不明顯(xiǎn),需采用機籠進行(háng)專門封裝;⑥線槽空(kong)間局促,動力和信(xìn)号電纜未分開，因(yīn)信号電纜有🤟屏蔽(bì),幹擾不🧑🏽‍🤝‍🧑🏻明顯;⑦勵磁(ci)線幹擾爲主因;⑧低(dī)電導💜率工況下電(diàn)極☎️信号弱⭐疊加信(xin)号幹擾因素，導緻(zhì)流量測量不穩定(dìng)。
4.1主要原因
①控制櫃(gui)内流量計勵磁線(xiàn)與電極信号線無(wú)屏蔽,存在勵磁🍉幹(gan)擾。
②流量計信号地(di)采用勵磁線圈屏(ping)蔽線的設計不當(dang)。
4.2次要原因
①動力電(diàn)纜與信号電纜未(wèi)完全分開。
②控制櫃(gui)内部信号線屏蔽(bi)層未完全覆蓋接(jie)線處，露出部分過(guò)長。
③主闆間幹擾。
4.3改(gai)造措施
①取消604AR控制(zhi)櫃内一次儀表到(dao)信号處理闆件之(zhī)間的信号端子排(pai)🌂,改爲直接使用整(zhěng)根電纜從一次儀(yí)表接到⛷️信号處理(li)的闆❤️件上。
②取消勵(lì)磁線圈的屏蔽層(céng)作爲信号地線。選(xuǎn)取電極信号中的(de)白線并接作爲信(xin)号地線;原勵磁屏(píng)蔽層需接㊙️地。
③信号(hao)線的屏蔽層剝開(kāi)部分的長度不能(néng)超過5cm。
④在信号處理(li)闆件之間加裝金(jin)屬屏蔽罩。屏蔽罩(zhao)需接地、可單獨👌抽(chōu)出并預留測試端(duān)子和散熱孔。爲保(bǎo)證增🏃‍♀️加金屬屏蔽(bi)罩之後🏃🏻散熱良好(hǎo),對機櫃增加一🛀🏻進(jìn)一出兩個散熱風(feng)扇,并布置在合理(lǐ)位置。需要注🈚意的(de)是，其220V供電電纜不(bú)能與信号電纜布(bù)置在一起🐅。風扇采(cai)用拔插式電源，與(yu)✨記錄儀一.路💚并接(jiē)供電,中💚間設置風(fēng)扇熔斷器。
⑤将220V以上(shàng)的供電電纜和信(xìn)号電纜分開布置(zhi),櫃内220V采用帶㊙️屏蔽(bì)層的電纜,屏蔽接(jie)到機櫃接地排。
4.4試(shi)驗驗證
　　改造集成(cheng)控制櫃後,采用低(di)電導率标定裝置(zhì)對低電⭐導率情況(kuàng)下的電磁流量計(jì)測量正确率進行(háng)了驗證。測量介質(zhì)爲純淨水(電導率(lǜ)爲2μS/cm)和自來水配制(zhi)的電導率分别3.5μS/cm、5μS/cm、7μS/cm的(de)三種混合液🌈,混合(hé)液電導率由檢驗(yan)合格的電導率儀(yí)測得。經檢測,三種(zhǒng)電導率情況下的(de)電磁流量計測量(liàng)精度均滿足現🔴場(chang)測量要求😄。
　　改造後(hou)的集成控制櫃已(yi)在核電站2、5、6号機組(zǔ)進行了運行⭕驗證(zheng)。其✨中,在5号機組已(yǐ)穩定運行一年多(duō),沒有🔴出現異常狀(zhuàng)況。
5結論.
　　 本文針對(dui)用于核電廠核取(qu)樣介質流量測量(liang)換型🌏改造的💔電🌈磁(ci)流量計流量顯示(shi)異常問題,從電磁(ci)流量計原理出發(fā),測試㊙️勵磁信号及(jí)電極反饋信号。由(you)💃🏻于觀測到電極‼️信(xin)号受到較大幹擾(rao),在确認各接線回(hui)路、電磁流量計傳(chuan)感器及主闆均無(wú)問題的前提✏️下,對(dui)電極信号的幹擾(rao)源💔進行了逐一排(pái)查驗證,并采取相(xiang)對應措施對幹擾(rao)源進🆚行消除,最終(zhōng)對安裝電磁流量(liàng)計二次儀表的集(ji)成.控制櫃作整體(ti)改造。經測試,改造(zao)後的控㊙️制櫃現場(chang)運.行穩定👨‍❤️‍👨,無異常(cháng)

以上内容源于網(wang)絡，如有侵權聯系(xì)即删除!