核電站區(qū)域Ⅱ型γ劑量率儀調(diào)試與深化檢修

劉 偲

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

本課題來源于對某核電廠工作人員場所劑量水平監(jiān)測設備的深化檢修，研究案例來源于該系統(tǒng)設備日常與大修期間的實際工作。在探討維修有意義時有兩種態(tài)度，一是維護系統(tǒng)與設備使其按照設計正常地運行，二是修復失效的系統(tǒng)和設備使其恢復設計的運行能力?？v觀工業(yè)發(fā)展歷史，維修經(jīng)歷了被動維修、以預防為主的維修和以可靠性為中心的維修。本課題是對II型區(qū)域γ劑量率監(jiān)測儀的深化檢修維護，在一些固有缺陷的處理方法與設備生產(chǎn)廠家共享，提高設備生產(chǎn)廠家的技術水平，為國內(nèi)其他電廠同型設備提供檢修經(jīng)驗，為趕超國外同行設備，響應國家號召，支持核電設備國產(chǎn)化做出貢獻。

1 研究主要內(nèi)容及工作原理

1.1 研究的主要內(nèi)容

針對電離室類Ⅱ型區(qū)域故障率較高問題，通過總結歷史故障類型，列舉幾種常見的故障類型，逐步分解該類型設備的各個組成部分的故障原因及修復工作的實施，并將修復后的探測器部件在標準γ輻射場中完成校準驗證功能的完整性；在試驗平臺對修復后的除探測器以外備件進行驗證，確定其功能發(fā)熱完整。

圖1 探測器原理Fig.1 Probe principle

1.2 研究目標

建試驗平臺修復故障設備，將考核通過的備件使用到現(xiàn)場設備上，以可靠性維修為中心的檢修思想具有原創(chuàng)性，開創(chuàng)國內(nèi)同類系統(tǒng)檢修的先河。

1.3 設備的工作原理

該儀器采用的是圓柱型空氣常壓電離室探測器，探測器主要由1升電離室和前置放大電路組成，前置放大器采用的是全反饋電流電壓放大器[1]，見圖1探測器原理圖。

外γ場照射到探測器上，這些射線都可以使空氣中的不帶電粒子產(chǎn)生電離，將在電離室產(chǎn)生一個電流信號，在高壓電場作用下，電離產(chǎn)生的電子和正離子在負高壓作用下分別向正負極運動，并產(chǎn)生感應電荷。將感應電荷產(chǎn)生的電流信號引入到前置放大電路板中，經(jīng)過電子線路成形放大等過程被分析和記錄并轉(zhuǎn)換成一個弱電壓信號。探測器產(chǎn)生的模擬電壓信號由就地處理顯示單元內(nèi)部的V/F轉(zhuǎn)換模塊進行處理后轉(zhuǎn)化成電脈沖信號，然后再輸出到處理箱內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理模塊進行處理后，給出最終數(shù)據(jù)信息并對測量結果進行顯示。

2 設備的深化維修

2.1 探測器前放板故障處理

緊靠探測器的前置放大器可直接先將探測器輸出信號放大，減小分布電容可有效提高信噪比，然后前放輸出的初步放大信號可藉由屏蔽電纜遠傳給主放和后續(xù)儀器處理，提高系統(tǒng)信噪比。前放通常做成非調(diào)節(jié)式，其放大倍數(shù)恒定并要求工作穩(wěn)定可靠，本文使用電路比較簡單的電壓靈敏前置放大器，使用的是型號為INA116P的放大器。前放電路是由一個INA116P型的放大器、一個LM119的電壓比較器、一個2X4118A低漏電的電子開關等形成一個單穩(wěn)態(tài)電路，在單穩(wěn)態(tài)電路旁邊還串一個恒流源，方便控制電路導通時的電荷量。在對現(xiàn)場探測器的解體深化檢修的過程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)探測器存在的低值失效或過載失效故障都是由于探測器的前放板故障導致。而INA116P型前置放大電路[2]故障率最高，主要是因為具有高輸入、低輸出特性的MOS場效應管故障，原因主要由于其抗靜電干擾能力低。

在焊接的過程中注意不要三腳等電位，或是電烙鐵帶電焊接，都會使場效應管破壞。需要更換新的放大器元件，元件在采購后需要進行老化處理，在實驗室進行篩選，電離室放大器元件在常溫下放大器線性很好，在低溫和高溫的情況下放大器誤差≤20%，在元器件的篩查過程中，質(zhì)量合格的元器件在環(huán)境變化的情況下品質(zhì)能夠保持穩(wěn)定。部分元器件質(zhì)量較差可以通過試驗誤差超過20%這個重量控制點篩查去掉。

探測器的前放板經(jīng)過故障檢修后需要對更換備件的前放電路進行調(diào)整。主要包括甄別閾、輸出脈沖等的調(diào)整并對探測器在實驗室進行校準。在研究的過程中，將LM119型比較器反向輸入，將甄別器設計成零甄別，給集成塊接地端接上負電源，經(jīng)CW7905穩(wěn)壓后將電位器調(diào)節(jié)至設計要求的0.1V～0.2V的范圍內(nèi)。

2.2 集中處理單元供電電路中鉭電容的影響

集中處理單元的供電模塊中鉭電容[3]主要是對電路中的電源進行濾波，除了具有較高的浪涌電壓外，還有交流紋波電壓。因此，工作中實際加到鉭電容上的電壓為：浪涌電壓+工作電壓+交流紋波電壓，但是一般的鉭電容耐壓都不高，某一時刻瞬間加到鉭電容上的電壓超過鉭電容的耐壓鉭電容就會被擊穿，鉭電容的制造工藝決定一旦鉭電容被擊穿必然會短路進而導致冒煙燒毀，電源紋波電壓引起的電流長期作用于濾波電容上，使其發(fā)熱和超過其耐壓，導致燒毀。

對整個電路進行認真分析，發(fā)現(xiàn)該電源部分是為后續(xù)電路供電，而各個后續(xù)電路均有足夠的濾波電容起到濾波作用，所以可以判定，該電容屬于多余的設計，而且選型也有缺陷，與廠家溝通，認可以上分析。而且，隨著使用年限的增加，電源的紋波會越來越大，導致鉭電容提前進入壽期末，失效高發(fā)導致可靠性下降、失效，主要表現(xiàn)就是燃燒。屬于設計缺陷，建議取消該鉭電容，該類型缺陷同存在于輻射監(jiān)測系統(tǒng)中所有國產(chǎn)通用型RDU中，隱患比較大，為排除隱患，將故障后果將至最低。

2.3 RS485通訊方式對測量的影響

對本文研究的區(qū)域Ⅱ型γ劑量率監(jiān)測儀集中處理組件與就地處理箱之間選用的RS485通訊方式，阻抗的匹配問題是信號傳輸過程中必須考慮的問題，即信號線的負載應與信號線的特性阻抗相匹配。信號線的寬度、與地線層的距離以及板材的介電常數(shù)等固有特性直接影響信號線的阻抗，阻抗不匹配會使數(shù)字波形產(chǎn)生振蕩，導致傳輸信號反射，造成邏輯混亂[4]。RS485通訊線的載體都是雙絞線，其特性阻抗是120Ω左右，在通訊線路設計的時候，通常會在RS485通訊線的始端和末端各應串一個120Ω的匹配電阻，用來降低傳輸線路上信號的反射。

RS485有兩線制和四線制兩種接線方式，其中四線制是實現(xiàn)點對點的通信方式，目前采用的很少，多數(shù)使用的是兩線制接線。本文中討論的RS485通訊也是兩線制接線[5]，如果沒有一個合理可靠的接地方式，將會降低通道的運行可靠性。曾有錯誤的觀點認為RS485通訊方式不需要連信號地，僅僅需要一對雙絞線簡單地將各端接口的端連接起來，雖然這種處理方式可以工作，但給系統(tǒng)埋下了隱患。

表1 探測器在標準輻射場中校準數(shù)據(jù)Table 1 Detectors calibrate data in standard radiation fields

3 深化維修后設備校準

在實驗室檢修維護后的Ⅱ型區(qū)域γ劑量率監(jiān)測儀探測器檢修后需要進行校準，在標準輻射場中對探測器選用不同距離的多點進行校準。使用標準的溫濕度計對試驗場所進行測定使之滿足要求（溫度：20℃±5℃，濕度＜75%（RH），大氣壓力在86kPa～106kPa范圍）。

深化維修后的探測器在標準輻射場測量結果見表1，在光標1m和2m處分別用4個放射源對探測器進行校準，得出的結果與真值之間的誤差最大相差在-8.86%，誤差相差最小在+1.94%，都在技術規(guī)范要求的±20%范圍之內(nèi)，滿足現(xiàn)場的使用要求，判定可以投入到現(xiàn)場使用。

4 結束語

本文主要是對區(qū)域γ劑量率監(jiān)測儀的工作原理、安裝調(diào)試、深化檢修以及深化檢修后的設備進行驗證。該類儀表應用比較廣泛，是重要的I0通道，該類儀表現(xiàn)場故障率較高。隨著時間的變化，對設備的狀態(tài)要求更趨嚴格，設備以可靠性為中心的思想逐步被提上日程，班組成員總結設備維修經(jīng)驗，尋找更好地將故障處理在萌芽階段的最好辦法，增加PM項目對設備進行預先維護。隨著設備使用年限的增加，設備逐漸在老化，但在相關工作人員精心的維護下，故障率正在逐年降低。