摘要(yao)：針對用于(yu)核電廠核(he)取樣系統(tong)流量測量(liang)的 渦輪流(liu)量計 在運(yun)行過程中(zhong)故障頻發(fa)的問題，進(jin)行了流量(liang)計換型改(gai)造👈，以電磁(ci)流量計替(ti)代渦輪流(liu)量計進行(hang)核取樣介(jie)質流量測(ce)量。首先，對(dui)電磁流量(liang)計 測量原(yuan)理和基本(ben)組成進行(hang)了闡述，介(jie)紹了在換(huan)型改造期(qi)😘間集🔞成控(kong)制櫃中電(dian)磁流量計(ji)流量顯示(shi)異常的現(xian)狀，并采用(yong)示波器對(dui)電磁流量(liang)計勵磁信(xin)号和電極(ji)信号進行(hang)了測♻️試分(fen)析，确定了(le)勵磁正常(chang)但🔴電極信(xin)号受到較(jiao)大幹擾的(de)問題。然後(hou)，對電極信(xin)号幹擾源(yuan)作了較爲(wei)全面的☀️排(pai)查分析及(ji)💘逐一驗證(zheng)，進♍而提出(chu)集成控制(zhi)櫃的整體(ti)改造方案(an)，并對改造(zao)後✉️的集成(cheng)控🌈制櫃進(jin)行了低🍉電(dian)導率介質(zhi)情況下的(de)流量測量(liang)精度測試(shi)。測試結果(guo)表明，該設(she)計滿足現(xian)場測量要(yao)求。改造後(hou)的集成控(kong)制櫃已在(zai)核電廠機(ji)組穩定運(yun)行，改造效(xiao)果較好，可(ke)爲相關行(hang)業類似控(kong)制💋櫃的設(she)計提㊙️供參(can)考。
0引言
　　核(he)能發電作(zuo)爲一種新(xin)型發電方(fang)式,近年來(lai)得到廣泛(fan)應🏒用[1-2]同🈲時(shi),核電由于(yu)其特殊性(xing)、危險性,對(dui)核電設🙇‍♀️備(bei)的安全💜穩(wen)定運行、高(gao)效監測提(ti)出了更高(gao)要求核電(dian)站核🏃‍♀️取樣(yang)系統原采(cai)用渦輪流(liu)量計對核(he)取樣介質(zhi)進行流量(liang)測量,其1、2、3、4号(hao)機組運⛷️行(hang)的系統相(xiang)關流量🌈計(ji)出現故障(zhang)的頻率較(jiao)高5]核電站(zhan)進行了流(liu)量計換型(xing)改造,采用(yong)電磁流量(liang)計替代🈲渦(wo)輪流量計(ji),測量核取(qu)樣介質🏒流(liu)量。本文主(zhu)要針對換(huan)型改造過(guo)程中出現(xian)的流量計(ji)流量顯⚽示(shi)異常、電極(ji)信号擾動(dong)較大等問(wen)題,通過原(yuan)理分析和(he)現場驗證(zheng)，對可能造(zao)成該問♊題(ti)的因素進(jin)行逐一排(pai)查♈,進而提(ti)出改進措(cuo)施,并進行(hang)現場驗證(zheng)📞。
1電磁流量(liang)計工作原(yuan)理
　　電磁流(liu)量計的工(gong)作原理是(shi)基于法拉(la)第電磁感(gan)應定律,即(ji):導電性液(ye)體在垂直(zhi)于磁場的(de)測量管内(nei)流動,在‼️與(yu)液體流動(dong)方向、磁🔴場(chang)方向均垂(chui)直的方向(xiang)上産生感(gan)應電動🈲勢(shi)[6-7]0感應電動(dong)勢⁉️的方向(xiang)⭕按電磁學(xue)中的右手(shou)定則确定(ding)[8],其大小與(yu)磁感應強(qiang)度、流束和(he)流🚩速的大(da)小成🈲比例(li)。流束的大(da)小即測量(liang)管的内直(zhi)徑。電磁流(liu)量計✏️測🔞量(liang)原理如圖(tu)1所示。

　　感應電(dian)動勢的計(ji)算參見式(shi)（１）。

　　式中:E爲感(gan)應電動勢(shi),V;K爲常數,無(wu)量綱;B爲磁(ci)感應強度(du)🈲,又可😍稱爲(wei)磁通密度(du),T;D爲測量管(guan)的内直徑(jing),m;?爲測量管(guan)截面内的(de)平均流速(su),m/s。
　　由式(1)可知(zhi),一旦B和D确(que)定,E就隻與(yu)?有關，與流(liu)體的其他(ta)物理🐕參數(shu)(如💋壓力、黏(nian)度等)均無(wu)關。
　　電磁流(liu)量計的測(ce)量介質一(yi)般爲電導(dao)率≥5μS/cm的導電(dian)液體。電導(dao)率雖不參(can)與電磁流(liu)量計的流(liu)量計算,但(dan)因電磁流(liu)量計工作(zuo)原理爲🐕導(dao)電流體切(qie)割磁感線(xian).得到感應(ying)電動勢進(jin)而換算出(chu)流量。流體(ti)❤️電導率的(de)高低對采(cai)集👄的信号(hao)強度有直(zhi)接影響。在(zai)介質電導(dao)率接近電(dian)磁流量計(ji)工作最💁低(di)電導率要(yao)求時，流量(liang)計主闆采(cai)樣得到的(de)信号數據(ju)較弱。而當(dang)電導率低(di)于其工作(zuo)特🈲性時，可(ke)能無法測(ce)出準确數(shu)據;加上信(xin)号幹擾等(deng)問題,信噪(zao)比差,可能(neng)導緻流量(liang)☎️數🤩據波動(dong)較大,甚至(zhi)不可用。
　　電(dian)磁流量計(ji)主要由傳(chuan)感器和轉(zhuan)換器兩部(bu)分組成🆚，傳(chuan)✨感器🔴安裝(zhuang)在工業過(guo)程管道.上(shang),其作用是(shi)将通過管(guan)道内的導(dao)電液體體(ti)積流量值(zhi)線性變換(huan)成感應㊙️電(dian)動勢信号(hao),并通過信(xin)🐆号導線将(jiang)此信号傳(chuan)輸到轉換(huan)器，轉換器(qi)安裝在👨‍❤️‍👨傳(chuan)感器.上或(huo)離傳感器(qi)不太遠的(de)地方,将傳(chuan)感器.傳輸(shu)過🎯來的流(liu)量信💋号進(jin)行放大❓、運(yun)算和處理(li)，轉換成與(yu)流量信号(hao)成正比的(de)标準信号(hao)輸出,從⁉️而(er)進行顯示(shi)、累積.和調(diao)節控制。
2現(xian)狀與問題(ti)
2.1改造前的(de)集成控制(zhi)櫃
　　二次儀(yi)表采用盤(pan)裝結構。多(duo)台二次儀(yi)表安裝在(zai)集成控制(zhi)櫃中。每台(tai)二次儀表(biao)獨立顯示(shi)和操作,所(suo)有🔴二次儀(yi)表🔴均與流(liu)量記錄🏃儀(yi)連接,其流(liu)量信息全(quan)部存儲于(yu)記錄儀🐪上(shang)。二次儀表(biao)所需供電(dian)💃電源開關(guan)、流😄量顯示(shi)、信号輸出(chu)均🔞在集成(cheng)櫃面闆上(shang)。
　　一次傳感(gan)器和轉換(huan)器之間采(cai)用電纜連(lian)接。電纜采(cai)㊙️用核級雙(shuang)屏💃🏻蔽電纜(lan),其結構如(ru)圖2所示。

　　電(dian)纜和一次(ci)傳感器之(zhi)間采用接(jie)插件連接(jie)。電纜上的(de)接插件插(cha)針如圖3所(suo)示，。

　　電纜線(xian)頭與接插(cha)件的插針(zhen)焊接對應(ying)表如表1所(suo)示。

　　電纜上(shang)連接二次(ci)儀表控制(zhi)櫃的一端(duan)，剝出線頭(tou),接✌️入控制(zhi)👄櫃的相應(ying)位置。二次(ci)儀表集成(cheng)控制櫃接(jie)線如圖4所(suo)示。

2.2問題描(miao)述
　　Y1/9系統改(gai)造的電磁(ci)流量計已(yi)完成現場(chang)安裝,并上(shang)電調🔞試。此(ci)時的⚽流量(liang)計管線中(zhong):隻有信号(hao)Y1020MD(以下簡稱(cheng)020MD)流量計♍管(guan)道充滿介(jie)質🔴,可調試(shi);其餘流量(liang)計不具備(bei)調🙇‍♀️試條件(jian)。其中,007MD/020MD直接(jie).影響🍉硼表(biao)可用性
　　在(zai)硼表标定(ding)前,020MD所在管(guan)線已充滿(man)電導率約(yue)爲8.0μS/cm的硼酸(suan)液,且管道(dao)内流量穩(wen)定;但發現(xian)流量顯示(shi)異常,擾動(dong)過大,無法(fa)正确測量(liang)。020MD運行曲線(xian)如圖5所示(shi)。

　　接入示波(bo)器觀察勵(li)磁信号和(he)電極反饋(kui)信号,發現(xian)020MD勵磁波形(xing)💃穩定,但采(cai)集的電極(ji)信号有較(jiao)大幹擾,被(bei)高頻信号(hao)淹沒。電極(ji)🙇‍♀️信号曲線(xian)如圖6所示(shi)。

3故障原因(yin)分析
　　對已(yi)發現的電(dian)極信号擾(rao)動較大問(wen)題進行幹(gan)擾源排👄查(cha)驗🏃🏻證。首先(xian),對各接線(xian)回路、電磁(ci)流量計傳(chuan)感器及主(zhu)闆進行了(le)故障排查(cha)🔆,發現接線(xian)均按設計(ji)圖紙正确(que)接線、傳感(gan)器阻值及(ji)絕緣測試(shi)正🌂常、更換(huan)主闆後流(liu)量顯示異(yi)常情況仍(reng)未改善。
　　查(cha)看電纜線(xian)束接線,發(fa)現采用了(le)勵磁線圈(quan)的屏蔽層(ceng)🌈作✔️爲信号(hao)地線,而勵(li)磁爲25Hz的交(jiao)流信号,對(dui)流量信📐号(hao)的⁉️采集有(you)幹擾。
　　查看(kan)控制櫃發(fa)現,一次傳(chuan)感器與主(zhu)闆間的電(dian)極反⭐饋信(xin)号線🚶‍♀️經過(guo)了一次端(duan)子排的中(zhong)轉,且020MD電極(ji)反饋信号(hao)接線在線(xian)☂️槽内露出(chu)屏蔽層10cm左(zuo)右。此處的(de)屏蔽不夠(gou),信号受到(dao)幹擾，導緻(zhi)流量顯示(shi)異常波動(dong)。另外，控制(zhi)櫃内主闆(pan)之間沒有(you)任何的保(bao)護和隔離(li),需驗🍓證主(zhu)闆間是否(fou)存在幹擾(rao),以緻流量(liang)測量異常(chang)。
3.1信号地線(xian)排查
　　改造(zao)前的電纜(lan)線束接線(xian)如圖7所示(shi)。采用勵磁(ci)線圈🐇的屏(ping)蔽層作爲(wei)信号地線(xian)的信号地(di)線可能設(she)計不❓當，因(yin)此需♉要重(zhong)🥰新鋪😍設信(xin)号地電纜(lan)。

　　因NA298房間劑(ji)量率高,16台(tai)MD都要從就(jiu)地傳感器(qi)側重新鋪(pu)設信号地(di)線較爲困(kun)難，且現場(chang)當時沒有(you)足夠長地(di)線。爲了繼(ji)續驗證，臨(lin)㊙️時将主闆(pan)信号地接(jie)到系統地(di)(即傳感器(qi)外殼🏃‍♂️)。将所(suo)有流量計(ji)主闆的信(xin)号地均接(jie)到系統地(di)銅牌後，觀(guan)察020MD流量顯(xian)示情況。可(ke)以觀察到(dao):020MD單台運行(hang)平穩,其運(yun)行曲線如(ru)圖8所示。但(dan)整櫃流量(liang)計上電運(yun)行時,020MD流量(liang)仍有較小(xiao)波動,其運(yun)行曲線如(ru)圖9所示

　　圖(tu)8、圖9驗證了(le)此種信号(hao)地設計方(fang)式是020MD流量(liang)異常的影(ying)響因素之(zhi)一,需改進(jin)。
3.2端子排處(chu)接線幹擾(rao)的排查
　　控(kong)制櫃内020MD電(dian)極反饋信(xin)号在線槽(cao)内露出屏(ping)蔽層10cm左右(you)，作❌剪短處(chu)理後,屏蔽(bi)層覆蓋到(dao)接線端子(zi)排處。管線(xian)中充滿電(dian)導💘率約爲(wei)8.0μS/cm的硼溶液(ye)時,整櫃.上(shang)電時020MD流量(liang)測量較穩(wen)定,運行曲(qu)線如圖10所(suo)示。由圖10驗(yan)證了此處(chu)的信号線(xian)屏蔽不足(zu)也是流量(liang)不穩的☁️影(ying)響因素之(zhi)一。

　　由前述(shu)可知，流體(ti)電導率的(de)高低對采(cai)集的信号(hao)強❌度有直(zhi)接影響。當(dang)電導率低(di)時，電極反(fan)饋的信号(hao)較弱受到(dao)幹擾的影(ying)響越明顯(xian),低電導率(lü)的流量測(ce)量對信号(hao)采集的要(yao)求更高。壽(shou)期末的測(ce)量介質電(dian)導率約爲(wei)4.0μS/cm。對此，将電(dian)導率降至(zhi)4.0μS/cm,運行一段(duan)時🏃‍♂️間後,觀(guan)測🈲到020MD單台(tai)運行穩定(ding),運行曲線(xian)如圖11所示(shi)。

　　但當各台(tai)流量計依(yi)次上電至(zhi)整櫃運行(hang)時,020MD的流量(liang)🔅測量受♌到(dao)影響，，運行(hang)曲線如圖(tu)12所示

　　同時(shi),爲驗證主(zhu)闆間是否(fou)存在較大(da)幹擾,在整(zheng)櫃上🌍電020MD出(chu)現大幅擾(rao)動期間，對(dui)020MD機櫃内卡(ka)件兩側增(zeng)加金屬闆(pan)隔離主闆(pan)♍間幹擾,觀(guan)察流量擾(rao)動情況并(bing)無改善,從(cong)而🏃🏻‍♂️判定主(zhu)闆間幹擾(rao)較小。但從(cong)保護主闆(pan)和減小幹(gan)擾角度考(kao)慮，後期需(xu)定制封裝(zhuang)的機籠隔(ge)離主闆。
　　由(you)圖12可知，各(ge)台流量計(ji)依次斷電(dian)至020MD單台運(yun)行時,020MD流量(liang)顯示穩♌定(ding)🛀🏻。
　　判定在測(ce)量介質電(dian)導率較小(xiao)(如4.0μS/cm)時，僅對(dui)接線作屏(ping)👌蔽處理還(hai)不夠,或造(zao)成屏蔽不(bu)足。于是依(yi)次對各流(liu)量計🏒停送(song)電,排🈚查出(chu)021MD/022MD的停送電(dian)對020MD運行影(ying)響最大。但(dan)021MD/022MD上電運行(hang)時,控制櫃(gui)中021/022MD主闆均(jun)離020MD主闆.較(jiao)遠,主闆空(kong)間幹擾弱(ruo);而傳感器(qi)進線側端(duan)子排相鄰(lin)，因端子排(pai)側勵磁線(xian)圈存在幾(ji)十伏交流(liu)電壓,每個(ge)流量計存(cun)在一組勵(li)磁線圈且(qie)無屏蔽,對(dui)相鄰電極(ji)信号幹擾(rao)可能性更(geng)大。因此,還(hai)需排查端(duan)子排處幹(gan)擾源。
　　前期(qi)工作:①對端(duan)子排側流(liu)量計的勵(li)磁線套金(jin)屬屏蔽🔞層(ceng),并🌂接🛀🏻地;②對(dui)端子排側(ce)流量計的(de)每組電極(ji)反饋.信号(hao)線套金屬(shu)屏蔽層并(bing)接地;③再次(ci)确認傳感(gan)器側新鋪(pu)設的信号(hao)地及主闆(pan)側接🈲地接(jie)觸良好、接(jie)線無誤。
　　在(zai)電導率4.0μS/cm條(tiao)件下,對整(zheng)櫃流量計(ji)進行上電(dian)試驗。觀察(cha)0.5h,020MD流❄️量🏒未出(chu)📞現擾動,但(dan)有上漲至(zhi)136L/h趨勢,未平(ping)穩,說明幹(gan)擾仍沒㊙️有(you)消失。其🌈原(yuan)因可能是(shi)後設的屏(ping)蔽沒有電(dian)纜原有的(de)屏蔽效果(guo)🌈好。對此👉,将(jiang)020MD信号線及(ji)勵磁線從(cong)端子排處(chu)抽.出，單獨(du)引線至主(zhu)闆且做好(hao)屏蔽,不🌏再(zai)經過端子(zi)排。整櫃流(liu)量計重新(xin)上電,持續(xu)觀察1h,020MD流量(liang)計穩定在(zai)130~134L/h,沒❤️有出現(xian)大幅擾動(dong)情況。端子(zi)排🔴處.理後(hou)的整櫃☀️上(shang)電020MD運行曲(qu)線如圖13所(suo)示。

　　由圖13可(ke)知,--次傳感(gan)器至主闆(pan)之間的端(duan)子排中轉(zhuan)接線方式(shi)屏蔽不足(zu),幹擾較大(da)，對020MD低電導(dao)率.流量測(ce)量有較大(da)影響,需作(zuo)重點改進(jin)。
4集成控制(zhi)櫃改造及(ji)驗證
　　Y1/9系統(tong)流量計主(zhu)闆集成在(zai)同一控制(zhi)箱内，020MD測量(liang)異常。分析(xi)排♉查結🐕果(guo)爲:①傳感器(qi)排查無故(gu)障;②主闆無(wu)故障;③信号(hao)回路接線(xian)無誤,但屏(ping)蔽不.全面(mian);④信号回路(lu)的信号地(di)廠家設計(ji)不當;⑤主闆(pan)間幹擾用(yong)自制金屬(shu)闆隔離後(hou)效果不明(ming)顯,需🐕采用(yong)機籠進行(hang)專門封裝(zhuang);⑥線槽空間(jian)局促,動力(li)和信号電(dian)纜未分開(kai)，因信号電(dian)纜有屏蔽(bi),幹擾不明(ming)顯;⑦勵磁線(xian)幹擾爲主(zhu)因;⑧低電導(dao)率工況下(xia)電極信号(hao)弱疊加信(xin)㊙️号幹擾因(yin)素，導緻流(liu)量測量不(bu)穩定。
4.1主要(yao)原因
①控制(zhi)櫃内流量(liang)計勵磁線(xian)與電極信(xin)号線無屏(ping)蔽,存❓在勵(li)磁⛹🏻‍♀️幹擾。
②流(liu)量計信号(hao)地采用勵(li)磁線圈屏(ping)蔽線的設(she)計不當。
4.2次(ci)要原因
①動(dong)力電纜與(yu)信号電纜(lan)未完全分(fen)開。
②控制櫃(gui)内部信号(hao)線屏蔽層(ceng)未完全覆(fu)蓋接線處(chu)，露出部分(fen)過長。
③主闆(pan)間幹擾。
4.3改(gai)造措施
①取(qu)消604AR控制櫃(gui)内一次儀(yi)表到信号(hao)處理闆件(jian)之間的信(xin)🔴号端☎️子排(pai),改爲直接(jie)使用整根(gen)電纜從一(yi)次儀表接(jie)到信号處(chu)理的闆件(jian)上。
②取消勵(li)磁線圈的(de)屏蔽層作(zuo)爲信号地(di)線。選取電(dian)極信号中(zhong)的👈白線并(bing)接作爲信(xin)号地線;原(yuan)勵磁屏蔽(bi)層需接地(di)。
③信号線的(de)屏蔽層剝(bao)開部分的(de)長度不能(neng)超過5cm。
④在信(xin)号處理闆(pan)件之間加(jia)裝金屬屏(ping)蔽罩。屏蔽(bi)罩需接地(di)、可單獨抽(chou)出并預留(liu)測試端子(zi)和散熱孔(kong)。爲保證增(zeng)加金屬屏(ping)🏃‍♂️蔽罩之後(hou)散熱良好(hao),對機櫃增(zeng)加一進一(yi)出兩個散(san)㊙️熱風扇,并(bing)布置在合(he)理位置。需(xu)要注🛀意的(de)是，其220V供電(dian)電纜😘不能(neng)與信💁号電(dian)纜布置在(zai)一起。風扇(shan)采用拔🛀🏻插(cha)式電源，與(yu)記錄儀一(yi).路并接供(gong)電,中㊙️間設(she)置風扇熔(rong)斷器。
⑤将220V以(yi)上的供電(dian)電纜和信(xin)号電纜分(fen)開布置,櫃(gui)内220V采🔱用帶(dai)㊙️屏蔽層🛀🏻的(de)電纜,屏蔽(bi)接到機櫃(gui)接地排。
4.4試(shi)驗驗證
　　改(gai)造集成控(kong)制櫃後,采(cai)用低電導(dao)率标定裝(zhuang)置對低電(dian)👄導率情❤️況(kuang)下的電磁(ci)流量計測(ce)量正确率(lü)進行了驗(yan)證。測量介(jie)質爲純淨(jing)水(電導率(lü)爲2μS/cm)和自來(lai)水配制的(de)電導率分(fen)别3.5μS/cm、5μS/cm、7μS/cm的三種(zhong)混合液,混(hun)合液電導(dao)率由檢驗(yan)合格的電(dian)導率儀測(ce)得。經檢測(ce),三種電☎️導(dao)率情況下(xia)的電磁流(liu)量計測量(liang)精度均滿(man)足現場測(ce)量要求🈲。
　　改(gai)造後的集(ji)成控制櫃(gui)已在核電(dian)站2、5、6号機組(zu)進行了運(yun)行驗證。其(qi)中,在5号機(ji)組已穩定(ding)運行一年(nian)多,沒有🔴出(chu)現異常狀(zhuang)況。
5結論.
　　 本(ben)文針對用(yong)于核電廠(chang)核取樣介(jie)質流量測(ce)量換型改(gai)🛀造的電磁(ci)流量計流(liu)量顯示異(yi)常問題,從(cong)電磁流♻️量(liang)計原理出(chu)發,測試勵(li)磁信号及(ji)電極反饋(kui)信号。由于(yu)觀測到電(dian)極信号受(shou)到較大幹(gan)擾,在确認(ren)各接線回(hui)路、電磁流(liu)量計傳感(gan)器及主闆(pan)均無問題(ti)的前提下(xia),對電極信(xin)号的幹擾(rao)源🌍進行了(le)逐一排查(cha)驗證,并采(cai)取相對應(ying)措施對幹(gan)擾源進🌍行(hang)消除,最終(zhong)對安裝電(dian)磁流量計(ji)二次儀表(biao)的😄集成.控(kong)制櫃作整(zheng)體改造。經(jing)測試,改造(zao)後的控制(zhi)櫃現場運(yun).行穩🌐定,無(wu)異常

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