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某核电安喷泵测温通道超差分析及问题处理
点击次数:834 发布时间:2016-05-16

 安全壳喷淋系统(EAS)为压水堆核电站 M 310 机组的专设安全设施,其主要功能是在事故工况下(LOCA 或安全壳内蒸汽管道破裂),当安全壳内的压力和温度升高到一定值时,系统通过在核岛厂房内喷淋 NaOH 溶液,将安全壳内的压力和温度降低至可以接受的水平,以保持安全壳的完整性。安喷泵提供系统水头保证,安喷泵正常运行时,测温通道监测 5 个测点的温度(电机轴承温度、电机三相绕组温度),提供泵的报警及保护信号。
在某核电厂安喷泵 (安全壳喷淋系统) 电机单体试验时,发现电机的5个测温通道误差均超标, 需对该问题进行处理。
1、问题分析
依据自动化仪表施工规范,上述测温通道允许zui大误差为 0. 4℃,现场实测 5 个测温通道均超过允许误差。初步分析,误差可能由以下 3 个方面的原因引起:1)测温元件本身误差超标;2)远距传输信号,采用高误差接线方式,如热电阻采用两线制接法;3)通道硬件原因。
首先,检查测温元件(Pt 100),发现测温元件是经过出厂检验的,附有合格证等相关出厂材料。安装单位校验记录合格。从而初步排除测温元件引入误差的可能性。
其次,检查施工方案,热电阻以三线制的方式接入,排除两线制引入误差的可能。
zui后,通道及硬件原因的分析。为验证线路,现场采用了信号模拟的方式,在就地侧,采用带有温度信号模拟输出功能的回路校验仪对每个通道模拟输出 1℃、100℃、200℃ 3 个温度信号,然后在 DCS 侧读得显示温度如表 1所示,5 支热电阻均存在超差。接入 DCS 的热电阻信号较多,未出现整批超差现象,排除由接触原因引入偶然误差的可能。
综上,认为误差可能由通道硬件引入。引入微小误差的因素很多,本文仅对主要因素进行分析。

2、原理分析、处理方案及验证
工业热电阻有两线制、三线制、四线制接线方法,通常使用两线制及三线制接法。热电阻的测量电路一般为惠斯顿电桥 ,依据电桥知识有:
UA=UB则:R1·R=RX·R2
由于电缆导体存在电阻不可避免,假设单位长度电缆直流电阻为 R’,回路中电缆的直流电阻为 R’×L(电缆长度),记为 R L ,若采用两线制接法,两桥臂引入的线阻记为 R L1 和 R L2 则:
R X =R+R L1 +R L2
测量电路测得热电阻阻值为实际阻值 R 加上线阻R L1 +R L2 ,测量值比实际值变大,从而引入较大误差 (高漂 ) 。
鉴于此,一般两线制接法不适用于高精度温度测量及热电阻信号的远距离传输。本问题处理过程中,经检查施工方案,热电阻以三线制的方式接入,排除该方式引入误差的可能。

2.1 三线制接法
三线制热电阻接法如图 1 所示,则RX+RL1=R+R L3
若 R L1 =R L3 ,则 R X =R,即测量所得电阻与实际电阻阻值相等, 消除了电缆直流电阻对于对热电阻测量值的影响。
一般认为, 同一根测量电缆芯线间电阻率相等或相近,然而实际制造中,可能出现芯线不均匀、不同批芯线搭配等情况,使得各芯线电阻率不同,从而引入误差。现有测量电缆出厂验收标准中无针对芯线电阻率一致的要求。
2.2 数据计算及分析
使用电桥对该安喷泵测温通道所使用的一组芯线环阻(一组芯线分别两两串联)进行测量,得到数据如表2 所示 ,经过计算,获得各芯线直阻及芯线间直阻之差zui大值△ R m ax 。

计算发现,三根芯线直阻均不相等,白色芯线平均直阻为 3. 541Ω,红色芯线平均直阻为 3. 552Ω,紫色芯线平均直阻为 3. 328Ω,各线芯间直阻zui大差值为 0. 224,zui小值为 0. 011Ω。
查 Pt 100 分度表,见表 3,以 1℃为单位,取现场通道测试模拟温度(1℃、100℃、200℃)左、右各 5 个点的电阻值,发现在 1℃左、右 5℃范围内,温度每上升 1℃,阻值增大 0. 39Ω;在 100℃左、右 5℃范围内,温度每上升1℃,阻值增大约 0. 38Ω;在 200℃左、右 5℃范围内,温度每上升 1℃,阻值增大约 0. 37Ω。
由此结论可近似认为:在模拟点左、右各 5℃范围内,温度变化与阻值变化在该 3 个区间内呈线性关系。由于芯线间电阻zui大差值△ Rm ax引入的温度误差△ T 计算如下。
1℃时:△ T1=1× △ R/ 0. 39 ≈ 0. 55℃ ( 4)同理,100℃时:△ T100 ≈ 0. 56℃;200℃时:△ T200 ≈ 0. 58℃。
2 .3 处理方案
依据电桥知识,在电桥平衡时,A、B 点电势相等,微安表所在电路电流为零,因此引入额外电阻不会对测量产生任何影响。 即, 在采用三线制接法热电阻进行温度测量时,只要相邻桥臂电路引入的线阻相等或者接近,即可保证测量的精度。

2)改造后有效截面积的计算
由于快速排气阀有效截面积安装在气缸的出口处,没有了多余气路。(见图 4)所以快速排气阀排气通路的有效截面积,就是整个回路的有效面积。

改进前有效截面积 S 总 =8. 8M M2 ,改造后有效截面积S 总 =25M M2 。对比发现改造前后有效截面积扩大 3 倍 。达到了增大回路有效截面积 S 的目的。减小切断阀执行全行程动作时间 T。

2. 2. 2 提高储气罐内的空气压力
原有气路中,储气罐的空气入口连接在减压阀后,因此储气罐的压力是 4. 5kg/㎡(P H  =4. 5kg/㎡),改进后储气罐的空气入口连接在低阻过滤器和减压阀之间(见图 6),空气在低阻过滤器上损失的压力很小,基本上可以忽略不记,此时储气罐的压力和仪表气源总管压力一致,大约是6. 5kg/㎡(P H  =6. 5kg/㎡)。
改进后储气罐(4)的压力由原来的4.5kg/㎡提升的6. 5kg/㎡,当联锁动作时377气路切换阀(6)发生气路切换。6. 5kg/ ㎡的空气推动活塞移动。气缸所能承受的zui大压力是9. 9kg/㎡,对于空气压力的提高,联锁切断阀能够承受。通过储气罐新的压力点的重新选取。达到提高储气罐内的空气工作压力P H 的目的。减小切断阀执行全行程动作时间T。

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