核電廠熱電阻交叉校驗法

摘 要：在壓水反應堆電站會定期對熱電阻進行校準以確定儀表的漂移和精度以便進行修正，在國內(nèi)通常會拆下熱電阻后在實驗室里進行校準以判斷其精度和性能是否滿足核電廠的設計要求，而在國外一種名為交叉校驗法的技術(shù)在核電廠中被廣泛應用，并且這個方法已經(jīng)得到了美國核管理委員會，英國核安裝監(jiān)察會和儀表工程師認可，交叉校驗技術(shù)可使得校準工作的效率大大提高，并減少人員接觸輻射的概率。

關(guān)鍵詞：熱電阻 交叉校驗技術(shù) 核電廠

中圖分類號：O213 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）011-040-02

1 概況

交叉校驗是通過將隨機熱電阻在被檢溫度點的阻值均值與每個熱電阻進行比的方法，來檢測出其中異常的熱電阻。交叉校驗是一種在線的驗證方法，是對于通過油槽，水槽，和一等鉑電阻溫度計等作為標準器來檢定熱電阻傳統(tǒng)方法的一種補充，對于檢測穩(wěn)定工況下的熱電阻是非常有效的。

在壓水反應堆電站會定期對熱電阻進行校準以確定儀表的漂移和精度以便進行校核，基于這樣的原因交叉校驗法在核電廠中得以廣泛的應用，并且這個方法已經(jīng)得到了美國核管理委員會，英國核安裝監(jiān)察會和儀表工程師的認可。

一種稱為“約翰遜噪聲”的技術(shù)被用于電廠熱電阻的校驗，并且在美國，澳大利亞和德國的核電廠被應用了30年，這項技術(shù)不僅可以被應用在校準熱電阻，這項技術(shù)還可以應用于一些其他溫度測量儀表。

約翰遜噪聲溫度計是基于約翰遜噪聲技術(shù)制成一個可以輸出電信號的設備，當熱電阻測量溫度時，約翰遜噪聲溫度計可以測量出熱電阻隨溫度變化時的電信號。盡管這項技術(shù)看上去完美，但這項技術(shù)仍有一些需要進行一些改善以便可以用于日常的核電廠應用，在這樣的背景下交叉校驗法得以在約翰遜噪聲技術(shù)上發(fā)展。

2 測試原理

交叉校驗技術(shù)可用于驗證測量相同的過程變量，此項技術(shù)基于記錄同一測點儀表測量數(shù)據(jù)，平均值和計算每個儀表測量數(shù)值與均值的偏差，并找出其中可能超出精度儀表，此項技術(shù)應用在核電廠窄量程和寬量程熱電阻，根據(jù)已有的測試經(jīng)驗，窄量程熱電阻的正態(tài)分布較之寬量程熱電阻更集中，寬量程熱電阻較之熱電偶更集中。在壓水堆核電站窄量程熱電阻有著很高的精度要求，因此通常會通過交叉校驗的方法來校準熱電阻，而在另一些核電站還會對寬量程和堆芯熱電阻進行交叉校驗。

任何一個窄量程溫度計的示值與同一測點窄量程溫度計的平均值差值不能超出允許偏差（例如：0.3℃），一旦超出將視為超差，會從平均值表中除去，不同的核電廠會有根據(jù)實際的精度需求而確定不同允許偏差。超差的熱電阻將被替換，然后重新進行交叉校驗。

3 校驗的參考信號值

交叉校驗是將數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)修正，數(shù)據(jù)比對分析，給出檢定結(jié)論的一個過程。在這個過程中，需要將電廠工藝管道，多支被檢熱電阻在測溫點阻值均值，數(shù)據(jù)采集修正比較系統(tǒng)作為交叉校驗的參考信號值來校驗被檢熱電阻。

4 交叉校驗數(shù)據(jù)的來源

交叉校驗的數(shù)據(jù)可以通過一個專用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或者從電廠電腦中進行檢索，以下將簡單介紹這兩種方法。

4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

可以通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成交叉校驗的數(shù)據(jù)收集工作，熱電阻測得的數(shù)據(jù)可以存入DCS，熱電阻也可以與DCS分離后與交叉校驗設備直接連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)操作流程如下：

（1）順利排列熱電阻，依次測量輸出，并將測得的電阻值通過加年達方程轉(zhuǎn)換為溫度。

（2）重復步驟（1）四次。

（3）計算每個熱電阻的四次測量平均值。

（4）計算步驟（3）算得的每個熱電阻均值的平均值。

（5）將步驟（3）算得的每個熱電阻測量均值減去步驟（4）算得的所有熱電阻均值的平均值，并用 T。

（6）任何一個超出允許偏差的熱電阻都將予以去除，并重復步驟（3）和步驟（4）。

（7）重復步驟（6），直到?jīng)]有超差的熱電阻出現(xiàn)。

4.2 電廠數(shù)據(jù)庫

核電廠有專有的數(shù)據(jù)庫，比如AP1000電廠的DDS系統(tǒng)，熱電阻的輸出可以通過電廠數(shù)據(jù)庫獲取。實時采集的熱電阻輸出將傳送到DCS用于畫面顯示，給予運行人員掌握實時電廠狀態(tài)，歷史熱電阻數(shù)據(jù)將存入核電廠歷史數(shù)據(jù)庫中。這些實時的數(shù)據(jù)可以通過DCS自帶的功能模塊實現(xiàn)平均值計算和比較功能，并以圖表的形式給予展現(xiàn)。

4.3 交叉校驗數(shù)據(jù)的分析

無論是通過電廠數(shù)據(jù)庫還是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都可以完成交叉校驗的初步分析，要進一步獲得更準備的結(jié)論則需要對發(fā)生溫度突變的原始數(shù)據(jù)進行修正，這個過程我們稱為動蕩校正或不穩(wěn)定性校正。在原始數(shù)據(jù)中會包含有任何一些具有典型特點的溫度值，如一回路中冷腿和熱腿溫度的差值，此時需要進行不一致性修正。

我們首先需要分析不穩(wěn)定和不一致性修正，然后再對交叉校驗的數(shù)據(jù)進行分析，一旦修正值被確定，交叉校驗的不確定度也可同樣被確定了。

4.4 修正交叉校驗數(shù)據(jù)

核電廠的交叉校驗是基于等溫情況的一種假設，平均溫度需要真實反映工藝情況，而很多因素又都會影響假設的準確性，這些因素包括：

（1）錯誤地使用阻值——溫度對照表。

（2）在交叉校準過程中發(fā)生系統(tǒng)偏移，如果所有的熱電阻由于共同原因向同一方向發(fā)生偏移，例如共模漂移。

（3）在交叉校準過程中溫度發(fā)生波動和偏移。

（4）在熱電阻間發(fā)生不均勻溫場的情況，由于交叉校準的熱電阻都需要在同個溫場下進行，如溫場的溫度梯度不均將會導致交叉校驗的錯誤或失敗。

為避免交叉校驗的前兩個可能發(fā)生的因素，可以在實驗室中完成被檢熱電阻的交叉校驗試驗，但仍需要對超出偏差的熱電阻予以去除，并加入新校準好的熱電阻然后重復先前的過程，直到?jīng)]有新的超差熱電阻的出現(xiàn)。

對于避免交叉校驗的后兩個可能發(fā)生的因素，將在后兩個章節(jié)介紹修正溫度不穩(wěn)定和溫度不一致的方法。

4.5 不穩(wěn)定性修正

在交叉校驗過程中溫度發(fā)生偏移時，發(fā)生這種情況通常由于核電廠沒有將過程狀態(tài)控制得很好所造成的。在已獲得一些核電廠必須數(shù)據(jù)的前提下，我們可以通過一種方法來對這種偏移進行修正。如果溫度變化很緩慢，當所需數(shù)據(jù)獲得后，斜坡數(shù)據(jù)采集能被用來進行自動補償。如果溫度維持在一個恒定的狀況穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集可以被使用。如果核電廠溫度不時變化，則需要通過具體的分析進行補償。

非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集可以通過在交叉校驗過程中的倒序采集數(shù)據(jù)的方式予以自動補償，比如被檢對象是熱電阻No.1到熱電阻No.5，我們可以通過進行重復的四次，從熱電阻No.1到熱電阻No.5，再從熱電阻No.5到熱電阻No.1的校驗的方法有效地自動修正短時間變化的溫度。

穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集情況下，對于恒溫的補償并非是最重要的，但對于短時的波動補償則必須予以考慮。熱電阻數(shù)據(jù)采樣時通常會得到圖1（a）的一組原始數(shù)據(jù)，通過四次的數(shù)據(jù)采集計算出的平均值線，再將原始數(shù)據(jù)減去平均值線值得到偏差值，如圖1（b），將得到的偏差再在原始數(shù)據(jù)中減去，我們就可以得到的一組去除了溫度波動的數(shù)據(jù)，如圖1（c）。

4.6 不一致性修正

不一致性修正為了解決存在于類似于熱腿和冷腿熱電阻測溫的不一致性，這種不一致性是由于反應堆冷卻劑帶走熱量或蒸汽發(fā)生器熱量導出所造成的。表1是一組完成不一致性修正后的數(shù)據(jù)，在例如冷熱腿熱電阻或有溫度不一致的情況都需要進行不一致性修正。

4.7 交叉校驗結(jié)論

在不穩(wěn)定性和不一致性都被修正后，需要進行重新的分析得到最終正確的數(shù)據(jù)。對原始數(shù)據(jù)的修正后通常會得到不同的交叉校驗結(jié)果，這種結(jié)果的差異取決于影響的程度。圖2是在修正前后的情況，在修正前所有儀表都存在正偏差，而修正后我們看到不一樣的結(jié)果。

5 結(jié)束語

熱電阻交叉校驗法為核電廠在線校驗熱電阻提供了可能，并且通過對不一致性和不穩(wěn)定性的修正使得校驗數(shù)據(jù)更為接近真實和準確。交叉校驗技術(shù)與傳統(tǒng)熱電阻校驗方法相比有著標準器投入少，在線檢測不影響電廠正常運行等優(yōu)點，是一種新的替代校準的方法，在國內(nèi)有良好的應用前景和推廣價值。

參考文獻：

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