摘要：針對(duì)用于核電廠(chǎng)核取樣系統(tong)流量測量的(de) 渦輪流量計(jì) 在運行過程(chéng)中故障頻發(fa)的問題，進行(háng)了流量計換(huàn)型改造，以電(dian)磁流量計替(tì)代渦輪流量(liàng)計進行核取(qǔ)樣介💯質流量(liàng)測💋量。首先，對(dui)電磁流量計(ji) 測量原理和(hé)基本組成進(jìn)行了闡述，介(jie)紹了在換型(xing)改📱造期間集(jí)成控制櫃中(zhong)電磁流量計(ji)流量顯示異(yi)常的♋現狀，并(bing)采用示波器(qi)🈚對電磁流量(liàng)計勵磁信号(hao)和電極🐇信号(hào)進🍓行了測㊙️試(shì)分析，确定了(le)😄勵磁正常但(dàn)電極信号受(shou)到較大✉️幹擾(rao)的問題。然後(hou)，對電極信号(hao)幹擾源作了(le)較爲全面的(de)排查分析及(jí)💚逐一驗證，進(jìn)而提出集成(chéng)🈲控制櫃的整(zhěng)體改造方案(an)，并對改造後(hòu)的集成控制(zhì)櫃進行了低(dī)電導率介⭕質(zhi)情況下的流(liu)量測量精度(dù)測試。測試結(jié)果表明，該設(she)計滿足現場(chǎng)測量要求。改(gai)造後的集成(chéng)控制櫃已在(zai)核電廠機組(zǔ)穩定運行，改(gǎi)造效果較好(hao)，可爲相關行(háng)業類似控制(zhi)櫃的設計提(ti)🙇‍♀️供參考。
0引言(yan)
　　核能發電作(zuo)爲一種新型(xing)發電方式,近(jìn)年來得到廣(guǎng)泛應用[1-2]同時(shí),核電由于其(qi)特殊性、危險(xian)性,對核電設(she)備的安全穩(wěn)定運行、高效(xiào)監測提出了(le)更高要求核(he)電站核🛀🏻取樣(yàng)系統原采♻️用(yong)渦輪流量計(jì)對核取樣介(jiè)質進行流量(liàng)測量,其⚽1、2、3、4号機(ji)組運行的系(xì)統相關流量(liang)計出現故障(zhang)的頻率較高(gāo)5]核電站進行(hang)了流量計換(huàn)型改造,采用(yòng)電磁流量計(ji)替代🚶‍♀️渦輪流(liú)量計,測量核(hé)取樣介質流(liú)量。本文主要(yào)針對換型改(gai)造過程中出(chū)現的流量計(jì)流量顯示異(yi)常、電極信号(hào)🔴擾動較大等(děng)問題,通過🌐原(yuan)理分析和現(xian)場驗證，對可(ke)能造成該問(wen)題的因素進(jìn)行逐一排查(cha),進而提出改(gǎi)進措施,并進(jin)😘行現場驗證(zheng)。
1電磁流量計(jì)工作原理
　　電(dian)磁流量計的(de)工作原理是(shì)基于法拉第(di)電磁感應定(dìng)律,即:導電性(xing)液體在垂直(zhí)于磁場的測(ce)量管内流動(dong),在與液體流(liú)😍動方向、磁場(chang)方向均垂直(zhi)的方向上産(chan)生感應電動(dong)勢[6-7]0感應電動(dòng)勢的方向按(an)電磁學中的(de)右手定🌈則确(que)定[8],其大小與(yǔ)磁感應強度(du)、流束和流速(sù)的大小成比(bi)例。流束的大(da)小即測量管(guǎn)的内直徑☀️。電(diàn)磁流量計測(ce)量原理如圖(tú)1所示。

　　感應(yīng)電動勢的計(jì)算參見式（１）。

　　式(shì)中:E爲感應電(dian)動勢,V;K爲常數(shu),無量綱;B爲磁(cí)感應強度,又(yòu)👈可稱爲磁通(tong)密度,T;D爲測量(liàng)管的内直徑(jìng),m;?爲測量管🌈截(jié)面内的平均(jun)流速,m/s。
　　由式(1)可(ke)知,一旦B和D确(què)定,E就隻與?有(you)關，與流體的(de)其他物理參(can)數(如壓力、黏(nián)度等)均無關(guan)。
　　電磁流量計(ji)的測量介質(zhì)一般爲電導(dǎo)率≥5μS/cm的導電液(yè)體。電導率雖(suī)不參與電磁(cí)流量計的流(liu)量計算,但因(yīn)🌈電磁流量計(jì)工作原理爲(wèi)導電流體切(qie)割磁感線.得(dé)到感應電動(dòng)勢進而換算(suan)出流量。流體(tǐ)電導率的高(gāo)低對采集的(de)信号強💰度有(yǒu)直接影響。在(zài)介質電導率(lǜ)接近電磁流(liú)量計工作最(zui)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼低電導率要(yào)求時，流量計(ji)主闆采樣得(de)🎯到的信号數(shu)據較弱。而當(dang)電導率低于(yú)其工作特性(xing)時，可能無法(fǎ)測出準确數(shù)據;加上信号(hao)✌️幹🙇‍♀️擾等問題(ti),信噪比差,可(kě)能導緻流量(liàng)🔴數✊據波動較(jiao)大,甚至不☂️可(ke)用。
　　電磁流量(liang)計主要由傳(chuan)感器和轉換(huàn)器兩部分組(zǔ)成，傳感☔器安(ān)裝在工業過(guò)程管道.上,其(qi)作用是将通(tōng)過管道内的(de)🔞導電📱液體體(ti)積流量值線(xiàn)性變換成感(gǎn)應電動勢🛀信(xìn)号,并通過信(xìn)号導線将此(ci)信号傳輸到(dào)轉換器，轉換(huàn)器安裝在✂️傳(chuan)感器.上或離(lí)傳感器不太(tai)遠的地方,将(jiāng)傳感器.傳輸(shu)過來的流量(liàng)信号進行放(fàng)大⁉️、運算和處(chù)理，轉換成與(yǔ)流量信号成(cheng)正比的标準(zhun)信号輸出,從(cong)而進行顯示(shi)、累積.和調節(jiē)🤩控制。
2現狀與(yu)問題
2.1改造前(qián)的集成控制(zhì)櫃
　　二次儀表(biao)采用盤裝結(jié)構。多台二次(ci)儀表安裝在(zài)集成控制櫃(guì)中🔱。每台二次(cì)儀表獨立顯(xiǎn)示和操作,所(suǒ)有二次儀表(biǎo)均與流量記(ji)錄儀連接,其(qi)流量信息全(quan)部🈲存儲于記(jì)錄儀上。二次(cì)儀表所需供(gòng)電電源開關(guān)、流量顯示、信(xin)号輸出均♊在(zài)集成櫃🙇🏻面闆(pan)上。
　　一次傳感(gan)器和轉換器(qi)之間采用電(dian)纜連接。電纜(lan)采用核級雙(shuang)屏蔽電纜,其(qi)結構如圖2所(suǒ)示。

　　電纜(lan)和一次傳感(gǎn)器之間采用(yong)接插件連接(jiē)。電纜上的接(jie)插件插針如(rú)圖3所示，。

　　電纜(lan)線頭與接插(chā)件的插針焊(han)接對應表如(ru)表1所示。

　　電纜(lǎn)上連接二次(cì)儀表控制櫃(gui)的一端，剝出(chu)線頭,接入控(kòng)👉制✏️櫃的相應(ying)位置。二次儀(yí)表集成控制(zhi)櫃接線如圖(tú)4所示。

2.2問題描(miáo)述
　　Y1/9系統改造(zào)的電磁流量(liàng)計已完成現(xian)場安裝,并上(shàng)電調試。此時(shi)⭐的流量計管(guǎn)線中:隻有信(xin)号Y1020MD(以下簡稱(chēng)020MD)流量計管道(dao)充滿介質,可(kě)調試;其餘流(liú)量計不具備(bèi)調試條件。其(qi)中,007MD/020MD直♍接.影響(xiǎng)硼表可用性(xìng)
　　在硼表标定(ding)前,020MD所在管線(xiàn)已充滿電導(dǎo)率約爲8.0μS/cm的硼(péng)酸液,且管道(dào)内流量穩定(ding);但發現流量(liàng)顯示異常,擾(rǎo)動過大,無法(fǎ)正确測量。020MD運(yùn)行曲線如圖(tu)5所示。

　　接入示(shì)波器觀察勵(lì)磁信号和電(dian)極反饋信号(hao),發現020MD勵磁波(bō)形穩定,但采(cǎi)集的電極信(xin)号有較大幹(gàn)擾,被高頻信(xìn)号淹沒。電極(ji)🔆信号曲線如(ru)圖6所示。

3故障(zhàng)原因分析
　　對(duì)已發現的電(diàn)極信号擾動(dong)較大問題進(jìn)行幹擾源🔞排(pai)👅查驗證。首♌先(xian),對各接線回(huí)路、電磁流量(liang)計傳感器⚽及(ji)主闆進行了(le)故障排查🌈,發(fa)現接線均按(àn)設計圖紙正(zheng)确接線、傳感(gan)🈲器阻值及絕(jue)緣測試正常(cháng)、更換主闆後(hòu)流量顯示異(yì)常情況仍未(wei)改⛹🏻‍♀️善。
　　查看電(diàn)纜線束接線(xian),發現采用了(le)勵磁線圈的(de)屏蔽層✔️作爲(wèi)信号地線,而(er)勵磁爲25Hz的交(jiāo)流信号,對流(liu)量信号的采(cǎi)集有幹擾。
　　查(chá)看控制櫃發(fa)現,一次傳感(gan)器與主闆間(jian)的電極反饋(kui)🔴信号線經過(guo)了一次端子(zǐ)排的中轉,且(qie)020MD電極反饋信(xin)号接線在線(xian)槽内露出屏(ping)蔽層10cm左右。此(ci)處的屏蔽不(bu)夠,信号受到(dao)幹擾，導🌈緻流(liú)量顯示異常(cháng)波動。另外，控(kòng)制櫃内主闆(pǎn)之間沒有任(ren)何的保護和(he)隔離,需驗證(zheng)主闆間是☀️否(fǒu)存在幹擾,以(yi)緻流量測量(liàng)異常。
3.1信号地(dì)線排查
　　改造(zào)前的電纜線(xian)束接線如圖(tú)7所示。采用勵(lì)磁線圈的屏(ping)♌蔽🌈層作爲信(xìn)号地線的信(xìn)号地線可能(néng)設計不👨‍❤️‍👨當，因(yīn)此需要重新(xīn)鋪設信号地(dì)電纜。

　　因NA298房間(jiān)劑量率高,16台(tai)MD都要從就地(di)傳感器側重(zhong)新鋪💚設🌏信号(hào)地線較爲困(kun)難，且現場當(dāng)時沒有足夠(gòu)長地✌️線。爲♉了(le)繼⛷️續驗證，臨(lín)🔞時将主闆信(xìn)号地接到系(xì)統地(即傳感(gan)器外殼)。将所(suo)有流量計🚩主(zhǔ)闆的⭐信号地(di)均接到系統(tǒng)地銅牌後，觀(guān)🍉察020MD流量顯示(shì)情況。可以觀(guan)察到✨:020MD單台運(yun)行平穩,其運(yun)行曲線如圖(tu)8所示。但整櫃(guì)流量計上電(diàn)運行時,020MD流量(liang)仍有較小波(bo)動,其運行曲(qu)線如圖9所示(shì)

　　圖8、圖9驗證了(le)此種信号地(di)設計方式是(shi)020MD流量異常的(de)影響因素🐆之(zhi)一,需改進。
3.2端(duān)子排處接線(xian)幹擾的排查(chá)
　　控制櫃内020MD電(diàn)極反饋信号(hao)在線槽内露(lù)出屏蔽層10cm左(zuǒ)💔右，作剪短處(chù)理後,屏蔽層(ceng)覆蓋到接線(xiàn)端子排處。管(guan)線中充滿電(diàn)導率約爲8.0μS/cm的(de)硼溶液時,整(zheng)櫃.上電時020MD流(liú)量測量較穩(wěn)定,運行曲線(xian)如圖10所示。由(you)圖10驗證了此(cǐ)處的信号線(xiàn)屏蔽不足也(yě)是流💜量不穩(wen)的✌️影響因素(sù)之一。

　　由前述(shu)可知，流體電(dian)導率的高低(dī)對采集的信(xin)号強度有直(zhí)接㊙️影響。當電(diàn)導率低時，電(diàn)極反饋的信(xìn)号較弱受🍓到(dao)幹擾的影響(xiang)越明🔴顯,低電(diàn)導率的流量(liàng)測量⭕對信号(hao)采集的💁要求(qiú)更高。壽期末(mò)的測量介質(zhi)電導📧率約爲(wèi)4.0μS/cm。對此，将電導(dǎo)率降至4.0μS/cm,運行(háng)一段時間後(hou),觀測♌到020MD單台(tái)運行穩定,運(yun)行曲線如圖(tú)11所示。

　　但當各(ge)台流量計依(yi)次上電至整(zheng)櫃運行時,020MD的(de)流量測🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量受(shòu)到影響，，運行(háng)曲線如圖12所(suǒ)示

　　同時,爲驗(yàn)證主闆間是(shì)否存在較大(da)幹擾,在整櫃(guì)上電020MD出現大(dà)幅擾動期間(jiān)，對020MD機櫃内卡(ka)件兩側增加(jiā)金屬闆隔離(lí)主闆間幹擾(rǎo),觀察流量擾(rǎo)動情況并無(wú)改善,從而⛹🏻‍♀️判(pàn)定主闆間幹(gan)擾較小。但從(cóng)保🏃🏻護主闆和(he)減小幹擾角(jiǎo)度考慮，後🆚期(qi)需定制封裝(zhuang)的機籠隔離(li)主♍闆。
　　由圖12可(kě)知，各台流量(liàng)計依次斷電(dian)至020MD單台運行(háng)時,020MD流量顯示(shi)💃穩定。
　　判定在(zài)測量介質電(dian)導率較小(如(rú)4.0μS/cm)時，僅對接線(xian)作屏蔽處理(li)還不🧑🏽‍🤝‍🧑🏻夠,或造(zao)成屏蔽不足(zú)。于是依次對(dui)各流量計停(tíng)送電,排查出(chū)021MD/022MD的停送電對(duì)020MD運行影響最(zuì)大。但✍️021MD/022MD上電運(yùn)🍉行時,控制櫃(gui)中021/022MD主闆均離(li)020MD主闆.較遠,主(zhǔ)闆空間幹擾(rǎo)弱;而傳感器(qì)進線側端♉子(zi)排相鄰，因端(duān)子排側勵磁(ci)線圈⭕存在幾(jǐ)十伏交流電(dian)壓,每♍個流量(liàng)計存🈲在一組(zu)勵磁👅線圈且(qiě)無屏蔽,對相(xiang)鄰電極信号(hao)幹擾可能性(xing)更大。因此,還(hai)需排查端子(zǐ)排處幹擾源(yuán)。
　　前期工作:①對(duì)端子排側流(liú)量計的勵磁(cí)線套金屬屏(píng)蔽🔞層,并🐇接‼️地(di);②對端子排側(ce)流量計的每(měi)組電極反饋(kuì).信号線套金(jin)屬屏蔽層并(bìng)😄接地;③再次确(què)認傳感器側(ce)♻️新鋪設的信(xin)号地及主🌂闆(pan)側接地接觸(chu)良好、接線無(wu)誤。
　　在電導率(lǜ)4.0μS/cm條件下,對整(zheng)櫃流量計進(jìn)行上電試驗(yan)。觀察0.5h,020MD流量未(wei)🍓出✍️現擾動,但(dan)有上漲至136L/h趨(qu)勢,未平穩,說(shuo)明幹擾㊙️仍沒(mei)有消失。其原(yuán)因可能是後(hòu)設的屏蔽沒(mei)有電纜原有(you)的屏蔽效果(guǒ)好。對此,将020MD信(xin)号線及勵磁(cí)線⁉️從端子排(pai)處抽.出，單♉獨(dú)引線至主闆(pan)且做好屏蔽(bì),不再經過端(duān)子排。整櫃流(liú)量⛷️計重新上(shàng)電,持續觀察(chá)1h,020MD流量計穩定(ding)在130~134L/h,沒有出現(xian)大幅擾動情(qíng)況。端子排處(chù).理後的整櫃(gui)上電020MD運行曲(qu)線💜如圖13所示(shì)。

　　由圖13可知,--次(cì)傳感器至主(zhǔ)闆之間的端(duan)子排中轉接(jie)🔅線🏃🏻‍♂️方式屏蔽(bì)不足,幹擾較(jiao)大，對020MD低電導(dǎo)率.流量測量(liàng)有較大影🌈響(xiǎng),需作重🌈點改(gǎi)進。
4集成控制(zhi)櫃改造及驗(yàn)證
　　Y1/9系統流量(liang)計主闆集成(cheng)在同一控制(zhì)箱内，020MD測量異(yì)常。分析排查(chá)結🚩果爲:①傳感(gǎn)器排查無故(gù)障;②主闆無故(gù)障;③信号回路(lu)❌接線無誤,但(dàn)屏蔽不.全面(mian);④信号回路的(de)信号地廠家(jiā)設計💜不當;⑤主(zhu)闆間幹擾用(yong)自制金屬闆(pan)隔離後效果(guo)不明顯,需采(cai)用機籠進行(háng)專門封裝;⑥線(xiàn)槽空間局促(cu),動力和信号(hao)電纜未分開(kāi)，因信号電纜(lǎn)有屏蔽,幹擾(rǎo)不明顯;⑦勵磁(ci)線幹擾爲主(zhu)因;⑧低電導率(lǜ)工況下電極(ji)信号弱🐪疊加(jia)信📱号幹擾因(yin)素，導緻流量(liang)測量🍉不穩定(dìng)。
4.1主要原因
①控(kong)制櫃内流量(liang)計勵磁線與(yu)電極信号線(xiàn)無屏蔽,存在(zài)勵磁🐇幹擾。
②流(liú)量計信号地(dì)采用勵磁線(xiàn)圈屏蔽線的(de)設計不當🚶。
4.2次(ci)要原因
①動力(li)電纜與信号(hao)電纜未完全(quán)分開。
②控制櫃(guì)内部信号線(xiàn)屏蔽層未完(wán)全覆蓋接線(xian)處，露出部分(fèn)過長。
③主闆間(jiān)幹擾。
4.3改造措(cuo)施
①取消604AR控制(zhi)櫃内一次儀(yi)表到信号處(chu)理闆件之間(jiān)的信号端子(zi)排,改爲直接(jiē)使用整根電(dian)纜從一次儀(yi)表接到信号(hào)處理的闆件(jian)上💰。
②取消勵磁(ci)線圈的屏蔽(bì)層作爲信号(hao)地線。選取電(dian)極信号中的(de)白線并接作(zuò)爲信号地線(xiàn);原勵磁屏蔽(bì)層🌈需接地。
③信(xin)号線的屏蔽(bì)層剝開部分(fen)的長度不能(néng)超過5cm。
④在信号(hao)處理闆件之(zhi)間加裝金屬(shu)屏蔽罩。屏蔽(bì)罩需接🧑🏽‍🤝‍🧑🏻地、可(kě)單獨抽出并(bing)預留測試端(duan)子和散熱孔(kong)。爲保證增加(jia)金屬屏蔽罩(zhào)之後散熱良(liáng)好,對機櫃增(zēng)加一進一出(chu)兩個散熱風(feng)扇,并布置在(zài)合理位置。需(xu)要注意的是(shì)，其220V供電電纜(lǎn)不能與信号(hao)電纜布置在(zài)一起。風扇采(cǎi)用拔插式電(diàn)源，與🙇‍♀️記錄儀(yí)一.路并接供(gòng)電,中間設置(zhì)風扇熔斷器(qi)。
⑤将220V以上的供(gòng)電電纜和信(xin)号電纜分開(kai)布置,櫃内220V采(cai)用♊帶屏蔽層(céng)的電纜,屏蔽(bi)接到機櫃接(jiē)地排。
4.4試驗驗(yan)證
　　改造集成(chéng)控制櫃後,采(cai)用低電導率(lǜ)标定裝置對(duì)低電導率情(qing)🚶‍♀️況下的電磁(ci)流量計測量(liang)正确率進行(hang)了驗證。測量(liang)介質爲純淨(jing)水(電導率爲(wei)2μS/cm)和自來水配(pei)制的電導率(lü)分别3.5μS/cm、5μS/cm、7μS/cm的三種(zhǒng)混合液,混合(hé)液🈲電導率由(you)檢驗合格的(de)🚶電導率儀測(cè)得。經檢🌂測,三(san)種電導率情(qíng)況下的電磁(ci)流量計測量(liàng)精度均滿足(zu)現場測量要(yào)求🆚。
　　改造後的(de)集成控制櫃(guì)已在核電站(zhan)2、5、6号機組進行(háng)了運行💯驗證(zhèng)。其🔱中,在5号機(jī)組已穩定運(yun)行一年多,沒(méi)有💋出現異常(cháng)狀況。
5結論.
　　 本(ben)文針對用于(yu)核電廠核取(qǔ)樣介質流量(liàng)測量換型改(gai)🏃造🔴的電磁流(liu)量計流量顯(xian)示異常問題(ti),從電磁流量(liang)計原理☁️出發(fā)✂️,測試勵磁☀️信(xin)号及電極反(fan)饋信号。由于(yú)觀測到電極(ji)信号受到較(jiao)大幹擾,在确(què)認各接線回(hui)路、電磁流量(liang)計傳🏃感器及(jí)主🈲闆均無問(wèn)題的前提下(xià),對電極信号(hao)的幹擾源進(jin)行了逐一排(pai)查驗證,并采(cǎi)取相對應措(cuo)施對幹擾源(yuan)進行消除,最(zui)終對安裝電(diàn)磁流量計二(er)次儀表的集(ji)成.控制櫃作(zuò)整體改造。經(jing)測試,改造後(hou)的控制櫃現(xian)場運.行穩定(dìng),無異常

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