摘要：針對用(yòng)于核電廠核取樣(yang)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(tì)代渦輪流量計進(jìn)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(jìn)行了闡述，介紹了(le)在換型改造期間(jian)集成控制櫃中電(dian)磁流量計流量顯(xian)示異常的現狀✂️，并(bìng)采用示波器對電(dian)磁流量計勵磁信(xìn)号👣和電極信号進(jìn)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(ran)後，對電極信号幹(gan)擾源作了較爲全(quan)面的👨‍❤️‍👨排查分析及(jí)逐一驗證，進🔞而提(ti)出集成控制櫃的(de)整體改造方案，并(bing)對改造後的集成(cheng)控制櫃進行了低(di)電導率介✏️質情況(kuàng)下的流量測量精(jīng)度測試。測📱試結果(guǒ)表明，該設✨計滿足(zú)現場測量要求🚶‍♀️。改(gai)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(xiàng)關行業類似控制(zhi)🈚櫃的設計提供參(can)考。
0引言
　　核能發電(diàn)作爲一種新型發(fa)電方式,近年來得(dé)到廣✏️泛應用[1-2]同時(shí),核電由于其特殊(shū)性、危險性,對核電(diàn)設備的安全穩定(dìng)運行、高效監測提(ti)出了更高要求核(he)電站核❌取樣系統(tong)原采用渦輪流量(liang)計對核取樣介質(zhì)進行流量測量,其(qí)🚶1、2、3、4号機組運行的系(xì)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(zao),采用電磁流量計(ji)替代🈚渦輪流量計(ji),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(lǐ)分析和現場驗證(zhèng)，對可能造成該問(wen)♈題的因素進行逐(zhú)一排查,進而提出(chu)改進🛀🏻措施,并進行(hang)現場驗證。
1電磁流(liú)量計工作原理
　　電(dian)磁流量計的工作(zuo)原理是基于法拉(la)第電磁感應定✌️律(lü),即🐅:導電性液體在(zai)垂直于磁場的測(cè)量管内流動,在與(yu)液💘體流動方向、磁(cí)🔞場方向均垂直的(de)方向上産生感應(ying)電動勢[6-7]0感應電動(dong)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(jí)測量管的内直徑(jing)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。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(zhí)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(que)定,E就隻與?有關，與(yu)流體的其他物理(li)參數(如壓力、黏度(du)等)均無關。
　　電磁流(liú)量計的測量介質(zhi)一般爲電導率≥5μS/cm的(de)導電液體。電導率(lü)雖不參與電磁流(liu)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(shi)進而換算出流量(liàng)。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(zuò)特性時，可能無法(fǎ)測出準确🌈數據;加(jiā)上信号幹擾等問(wen)題,信噪比⛹🏻‍♀️差,可能(néng)導緻流量🔴數據波(bo)動較大,甚至不可(kě)用。
　　電磁流量計主(zhu)要由傳感器和轉(zhuan)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(guǎn)道内的導電液體(tǐ)✏️體積流量值線性(xing)變換成感應電動(dòng)勢信号,并通過信(xin)号導線将此信号(hao)傳輸到轉💁換器，轉(zhuǎn)換器安裝在傳感(gǎn)器.上或離傳感器(qi)不太遠的地方,将(jiang)傳感器.傳輸過來(lai)的流量信号進行(hang)放大、運算和處理(li)，轉換成與流量信(xìn)号成正比的标準(zhǔn)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(biao)采用盤裝結構。多(duo)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(suǒ)有二次儀表均與(yǔ)🆚流量記錄儀連接(jiē),其流量信息全部(bu)存儲于記錄儀上(shang)。二次♊儀表所需供(gòng)電電源開關、流🐪量(liang)顯示、信号輸出均(jun1)💃🏻在集成櫃面闆上(shang)。
　　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(lǎn),其結構如圖2所示(shì)。

　　電纜(lǎn)和一次傳感器之(zhi)間采用接插件連(lian)接。電纜上的㊙️接插(chā)件插針如圖3所示(shi)，。

　　電纜線頭與接插(chā)件的插針焊接對(dui)應表如表1所示。

　　電(dian)纜上連接二次儀(yi)表控制櫃的一端(duan)，剝出線頭,接入控(kòng)制櫃的相應位置(zhi)。二次儀表集成控(kong)制櫃接線⁉️如圖4所(suǒ)示。

2.2問題描述
　　Y1/9系統(tong)改造的電磁流量(liang)計已完成現場安(an)裝,并上電調🐅試。此(cǐ)時的🌐流量計管線(xiàn)中:隻有信号Y1020MD(以下(xia)簡稱020MD)流量計管道(dao)充滿介質✊,可調試(shì);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(ding)前,020MD所在管線已充(chong)滿電導率約爲8.0μS/cm的(de)硼酸液,且管🧑🏾‍🤝‍🧑🏼道🧑🏾‍🤝‍🧑🏼内(nei)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(rú)圖5所示。

　　接入示波(bo)器觀察勵磁信号(hao)和電極反饋信号(hào),發現020MD勵磁波形穩(wen)定,但采集的電極(jí)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(jiào)大問題進行幹擾(rao)源排查驗證💋。首☔先(xiān),對各接線回路、電(diàn)磁流量計傳感器(qì)及主闆進行了故(gù)障排查,發現接線(xian)均按設計圖紙正(zheng)确接線、傳感器阻(zǔ)值及絕緣測試正(zhèng)常、更換主闆💋後流(liú)量顯🌈示異常情況(kuang)仍未改善。
　　查看電(diàn)纜線束接線,發現(xian)采用了勵磁線圈(quān)的屏蔽🥵層作爲‼️信(xìn)号📐地線,而勵磁爲(wèi)25Hz的交流信号,對流(liu)量信号的采集有(you)幹擾。
　　查看控制櫃(gui)發現,一次傳感器(qi)與主闆間的電極(jí)反饋💚信号線經過(guò)了一次端子排的(de)中轉,且020MD電極反饋(kui)信号接線🌐在線槽(cao)内露出屏蔽層10cm左(zuo)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(zhi)櫃内🆚主闆之間沒(mei)有任何的保護和(hé)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(chá)
　　改造前的電纜線(xiàn)束接線如圖7所示(shi)。采用勵磁線圈的(de)屏🌍蔽層作爲信号(hào)地線的信号地線(xiàn)可能設計不當，因(yīn)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(dōu)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(zú)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(jun)接到系統地銅牌(pai)後，觀察020MD流量顯示(shì)情況。可以觀察到(dào):020MD單台運行平穩,其(qi)運行曲♌線如圖8所(suo)示。但整櫃流量♊計(jì)上電運行時,020MD流量(liàng)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(ci)種信号地設計方(fang)式是020MD流量異常的(de)影響因素☁️之一,需(xū)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(kui)信号在線槽内露(lù)出屏蔽層10cm左右，作(zuo)剪短♉處理後,屏蔽(bì)層覆蓋到接線端(duan)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(shang)電時020MD流量測量較(jiào)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(ying)響。當電導率低時(shí)，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(liang)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(dan)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(qu)線如圖12所示

　　同時(shí),爲驗證主闆間是(shi)否存在較大幹擾(rǎo),在整櫃上電020MD出⭐現(xiàn)大🔞幅擾動期間，對(dui)020MD機櫃内卡件兩側(ce)增加金屬闆😘隔離(li)主闆♻️間幹擾,觀察(cha)流量擾動情況并(bing)無改善,從而⚽判定(ding)主闆間幹擾較小(xiǎo)。但從保護主闆和(he)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(tai)流量計依次斷電(diàn)至020MD單台運行時,020MD流(liu)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(li)還🐇不☎️夠,或造成屏(píng)蔽不足。于是依次(ci)對各流量計停送(sòng)🚩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(pǎn)空間幹擾弱;而傳(chuán)感器進線側端子(zi)排相鄰，因端子排(pai)側勵磁線圈存在(zài)幾十伏😍交流電壓(yā),每個流量計存⭐在(zài)一組勵磁🧑🏾‍🤝‍🧑🏼線圈且(qiě)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(dui)端子排側流量計(ji)的勵磁線套金屬(shu)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(chu)良好、接線無誤。
　　在(zai)電導率4.0μS/cm條件下,對(dui)整櫃流量計進行(háng)上電試驗。觀察0.5h,020MD流(liú)🔴量✊未出🏃‍♀️現擾動,但(dàn)有上漲至136L/h趨勢,未(wèi)平穩,說明幹擾仍(réng)沒有消🍉失。其原因(yin)可能是後設的屏(píng)蔽沒有電纜原有(yǒu)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(zhì)主闆且做好屏蔽(bi),不再經過端子排(pai)。整櫃流量計重新(xīn)上電,持續觀察1h,020MD流(liu)☔量計穩定在130~134L/h,沒有(yǒu)出現大幅擾動情(qing)況。端子排處.理後(hou)的整櫃上電020MD運行(hang)曲線🔴如圖13所示。

　　由(you)圖13可知,--次傳感器(qì)至主闆之間的端(duan)子排中轉接線🐅方(fang)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(gǎi)🔞進。
4集成控制櫃改(gǎi)造及驗證
　　Y1/9系統流(liu)量計主闆集成在(zài)同一控制箱内，020MD測(ce)量異常。分析排🌍查(cha)🌈結果爲:①傳感器排(pái)查無故障;②主闆無(wu)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(ji)不當;⑤主🔞闆間幹㊙️擾(rao)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(yin)信号電纜有屏蔽(bi),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(dian)極信号弱疊加信(xìn)✌️号幹擾因素，導緻(zhì)流量測💔量🐅不穩定(ding)。
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(gàn)☎️擾。
②流量計信号地(dì)采用勵磁線圈屏(píng)蔽線的設計不當(dang)。
4.2次要原因
①動力電(dian)纜與信号電纜未(wei)完全分開。
②控制櫃(gui)内部信号線屏蔽(bì)層未完全覆蓋接(jiē)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(zhì)櫃内一次儀表到(dao)信号處理闆件之(zhi)間的信号端子排(pai),改爲直接使用整(zheng)根電纜從一次儀(yi)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(ping)蔽層需接地。
③信号(hào)線的屏蔽層剝開(kai)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(jīn)屬屏蔽罩。屏蔽罩(zhao)需接地🆚、可單獨⭕抽(chōu)出并預留測試端(duan)子和散熱孔。爲保(bao)❓證增加金屬屏蔽(bì)罩之後散熱良好(hao),對機櫃增加一進(jin)一出兩個散熱風(fēng)扇,并布置👈在合理(li)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(cǎi)用拔插式電源，與(yǔ)☂️記錄儀一.路并接(jiē)供電,中🌈間設置風(feng)扇熔斷器。
⑤将220V以上(shang)的供電電纜和信(xìn)号電纜分開布置(zhì),櫃内220V采用🌈帶屏蔽(bi)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(chéng)控制櫃後,采用低(dī)電導率标定裝置(zhi)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(zhi)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(he)液💘電導率由檢驗(yàn)合格的電導率儀(yi)🐪測得。經檢♌測,三種(zhong)電導率情況下的(de)電磁流量計測量(liang)精度均滿足現場(chang)測量要求。
　　改造後(hòu)的集成控制櫃已(yǐ)在核電站2、5、6号機組(zu)進行了運行驗證(zhèng)🌈。其中,在5号機組已(yi)穩定運行一年多(duo),沒有出現異常狀(zhuàng)況🌈。
5結論.
　　 本文針對(duì)用于核電廠核取(qu)樣介質流量測量(liang)換型改造的電磁(cí)🤩流量計流量顯示(shì)異常問題,從電磁(cí)流量計原理出發(fā),測試勵磁信号及(ji)電極反饋信号。由(yóu)于觀測到電極信(xìn)号受到較大幹擾(rao),在🏃🏻‍♂️确認各接線回(huí)路、電磁流量計傳(chuan)🔴感器及主闆均無(wu)問🥰題的前提下,對(duì)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(zhong)對安裝電磁流量(liang)計二次👉儀表的集(jí)成.控制櫃作整體(tǐ)改造。經測試,改造(zào)後的控制櫃現場(chǎng)運.行穩定🌐,無異常(chang)

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