中子通量測量系統(tǒng)探頭卡澀故障分析及處理

□夏 浩 謝 鵬

中子通量測量系統(tǒng)是用于測量反應堆堆芯三維功率分布的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設備結構復雜，機械部件繁多，易發(fā)故障點多，難以定位，維護難度較大。海南核電1,2號機組首次大修前，4個探頭每月進行中子通量測繪時有時會出現(xiàn)卡澀，其中有些探頭卡澀頻繁，有卡在通道中無法拔出的風險。經(jīng)過了解其他M310機組功率運行期間中子通量測繪時也存在經(jīng)常性卡澀問題。由于中子通量測量系統(tǒng)設備絕大部分布置在反應堆廠房內(nèi)，機組功率運行期間輻射風險高，只能在大修期間實施維修活動，這就要求維修活動必須迅速、準確，工作難度很高。本文旨在結合海南核電大修對探頭卡澀故障的分析及處理，總結出一套工作流程，以快速處理卡澀故障，提高系統(tǒng)可靠性。

一、系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)主要由4個移動式中子探測器、4個驅動通道和2個控制柜組成。探測器將中子注量率轉換成電流，驅動通道用于驅動探測器進入堆芯通路(共38個)，控制柜完成探測器電流的采集及輸入輸出控制。中子探測器使用涂鈾235微型裂變電離室[1]，利用其吸收中子后產(chǎn)生裂變的特性實現(xiàn)中子通量測量。每個驅動通道由下列部件組成：1個驅動單元、1個組選擇器、1個路選擇器、10個電動隔離閥(第4通道為8個)及相關儀表管。

二、卡澀故障原因分析與處理

分析探頭卡澀故障，需了解探測器是如何獲得動力完成插入堆芯、返回存儲通道動作。通過對系統(tǒng)結構的介紹，可以看出探測器的驅動力傳遞路徑如下：齒輪電動機產(chǎn)生驅動力(帶剎車裝置制動)，通過齒輪箱變速、耦合，傳遞到力矩限制器，力矩限制器進行力矩限制后，輸出到驅動輪，由鏈條將驅動電纜與驅動輪的鋸齒吻合、壓緊后將驅動力傳遞給驅動電纜，驅動電纜驅動探測器克服導向管、指套管內(nèi)壁的摩擦力，克服與組/路選擇器微動開關的摩擦力而產(chǎn)生運動。

(一)101大修4號探頭卡澀處理。

1.故障描述。101大修前，在繪制中子通量圖時4號中子探頭卡澀嚴重，在多個通道，不同位置卡澀，查看上位機系統(tǒng)各部件狀態(tài)正常，系統(tǒng)僅發(fā)“Jam”報警，導致多個通路數(shù)據(jù)無法測量，且存在卡死在通道無法拔出風險，若卡死在堆芯內(nèi)部，將加快中子探測器損耗。

2.故障分析。上位機信息表明，各系統(tǒng)部件包括組選擇器、路選擇器、限位開關以及電動閥等部件工作狀態(tài)正常，僅4號驅動單元“Jam”警報，導致探頭卡澀，無法移動。通過探測器插入堆芯通路的驅動力傳遞路徑分析來看：一是探頭在導向管中有可能遇到阻力，或大于力矩限制器所給予的最大力矩，直接卡死，或阻力雖小但對其速度影響較大，最終因磁開關信號頻率異常，切斷電機電源失去動力；二是驅動單元故障，驅動力無法給予探頭，探頭失去位移。若驅動單元故障，則故障點繁多，需一一檢查各部件。

3.故障處理。因該探頭在多個通道不同位置卡澀，對卡澀通道導向管檢查，發(fā)現(xiàn)部分通道導向管接口處有切割管道時留下的突起、毛刺，給螺旋狀驅動電纜通過時帶來阻力，導致探頭卡澀，根據(jù)驅動力傳遞路徑分析，驅動單元仍有故障。按照驅動力傳遞路徑，從后往前依次對各部件檢查，拆卸驅動電機檢查電機剎車力矩以及剎車間隙。剎車力矩滿足要求，剎車間隙不滿足要求(標準0.5～0.7mm)，值偏小，在0.3～0.4mm之間不等。

經(jīng)過儀表管倒角，電機剎車間隙調整后，進行路由測試(101大修末期)，反復測試繪制通量圖確認4號探頭故障消除。

(二)201大修1、3號探頭卡澀處理。

1.故障描述。201大修前，1、3號探測器嚴重卡澀，只能用2、4號探測器完成各自正常通道以及緊急通道中子通量測量，但path 3始終無法完成測量。再次使用1號探頭測量path 3，仍卡澀，而且無法返回儲存通道，嚴重卡死。3號探頭在不同通道不同位置均有卡澀情況。

2.故障分析。3號探頭卡澀情況同1號機4號探頭情況類似，同一通道不同位置、多個通道卡澀，按照驅動力傳遞路徑，需對導向管、驅動單元依次檢查。1號探頭在儲存通道直接卡死，上位機僅報“Jam”故障，其他設備狀態(tài)正常，則極有可能是導向管直接卡死探頭使其無法移動。

3.故障處理。3號探頭卡澀處理情況：通過對各個卡澀通道導向管檢查，存在導向管切割毛刺情況，進行倒角處理使其光滑。對驅動單元各個部件檢查發(fā)現(xiàn)驅動電機剎車片嚴重磨損，說明電機剎車間隙過小。更換電機，回裝其他部件。

1號探頭卡澀處理情況：因探頭放射性高，仍需將其送至儲存通道。手動回插電纜時明顯感覺到驅動電纜與導向管的摩擦力很大?；夭搴髾z查導向管，毛刺嚴重。此外，發(fā)現(xiàn)力矩限制器力矩偏小，只有20N(m，且力矩限制器與齒輪箱連接螺母掉落一顆。最后檢查驅動電機，測量發(fā)現(xiàn)剎車力矩偏大，即彈簧壓縮彈力過大。調整彈簧長度后，消除故障。

(三)其他卡澀原因分析。通過對海核首次大修中子通量測量系統(tǒng)探頭卡澀故障分析與處理的過程發(fā)現(xiàn)，引起探頭卡澀的主要因素有：導向管毛刺、力矩限制器故障、驅動電機故障等。此外，通過對系統(tǒng)結構、驅動力傳遞路徑以及上位機監(jiān)測界面信息分析，引起卡澀還有以下原因：一是組/路選擇器故障，選擇器無法動作；二是組選、路選入口位置開關故障，導致探頭位置信息錯誤；三是電動閥故障，通道無法打開，探頭無法移動；四是機柜卡件故障，通訊異常；五是驅動輪鋸齒破損過多，鋸齒破損過多會導致無法傳遞驅動力。若驅動輪鋸齒相鄰損壞5個齒，需更換；六是儀表管彎曲過大，儀表管內(nèi)污垢多，這會增加通路摩擦力；當超過力矩限制器限值時就出現(xiàn)制動；七是驅動電纜潤滑不夠，驅動電纜很長(約20m)，若潤滑不夠會產(chǎn)生很大的通路摩擦；八是存儲卷盤磁開關損壞，此時系統(tǒng)認為存儲卷盤未動作，從而產(chǎn)生制動；九是38根連接管墊片安裝不到位，擠壓變形，堵塞通道。

三、探頭卡澀處理流程

通過對系統(tǒng)結構、驅動力傳遞路徑分析，結合海核101、201大修處理經(jīng)驗，分析探頭卡澀時上位機相關信息，本文提出如下處理流程，用以快速處理卡澀故障。第一，查看上位機監(jiān)測畫面、報警信息：確認卡澀時系統(tǒng)各部件工作狀態(tài)是否異常，如限位開關、組選擇器、路選擇器、電動閥等，報警信息如：GS inlet switch fault等。若上位機顯示部件狀態(tài)異常，顏色洋紅，且報警信息出現(xiàn)相應報警，則判定卡澀故障因該部故障件引起，處理后測試確認故障是否消除。第二，明確卡澀情況：一是同一位置頻繁卡澀，二是不同位置頻繁卡澀。第三，若上位機各部件狀態(tài)顯示正常，探頭不同位置頻繁卡澀，則需對導向管、驅動單元做全面檢查，定位故障點。

四、結語

本文所述的故障現(xiàn)象、故障分析及故障處理措施都是在實踐中經(jīng)歷大量故障出現(xiàn)、故障分析及故障消除后積累下來的。結合海南核電101大修、201大修檢修經(jīng)驗，本文所提出來的探頭卡澀處理流程較為全面，能夠快速有效地定位故障點，有助于快速消除故障，對今后中子通量系統(tǒng)系統(tǒng)維護有很大幫助，同時也為機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供保障。