摘要：針對(dui)用于核電廠(chang)核取樣系統(tǒng)流量測量的(de) 渦輪流量計(jì) 在運行過程(cheng)中故障頻發(fa)的問題，進行(hang)了流量計換(huàn)型改造，以電(diàn)磁流量計替(tì)代渦輪流量(liang)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(he)基本組成進(jin)行了闡述，介(jiè)紹了在換型(xíng)改造期間集(ji)🏃‍♀️成控制櫃中(zhōng)電磁流量計(ji)流量顯示異(yi)常的現狀，并(bìng)采用示波器(qi)對電磁流量(liàng)計勵磁信号(hào)🥵和電極信号(hao)進🌏行了測試(shì)分析🐅，确定了(le)勵磁正常但(dan)電極信号受(shòu)到較大幹擾(rao)的問題。然後(hòu)，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(jin)💘而提出集成(chéng)控制櫃的整(zhěng)體改造方案(an)，并對改造後(hou)⛹🏻‍♀️的集成控制(zhi)櫃進行了低(dī)電導率介質(zhì)情況下的流(liú)量🌈測量精度(du)測試。測🏃‍♂️試結(jie)果表明，該設(she)🙇‍♀️計滿足現場(chǎng)測量要求🏃🏻。改(gǎi)造後的集成(cheng)控制櫃已在(zài)核電廠機組(zu)🈚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(tí)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(qí)特殊性、危險(xiǎn)性,對核電設(shè)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(ji)對核取樣介(jiè)質進行流🈲量(liàng)測量,其🏃‍♀️1、2、3、4号機(jī)組運✔️行的系(xi)統💃🏻相關流量(liang)🌈計出現故障(zhang)的頻率較高(gao)🐕5]核電站進行(háng)了流量計換(huàn)型改造,采用(yòng)電磁流量計(ji)替代渦輪流(liu)量計,測量核(hé)取樣介質流(liú)量。本文主要(yao)針對換型改(gai)造過程中出(chū)現的流量計(ji)流量顯示異(yì)常、電極信号(hào)擾🍓動較大等(děng)👌問題,通過原(yuán)理分析和現(xian)場驗❄️證，對可(kě)能造成該問(wen)題的因素進(jin)行逐一排查(cha),進而提出改(gǎi)進措施,并進(jìn)⛹🏻‍♀️行現場驗證(zhèng)。
1電磁流量計(jì)工作原理
　　電(diàn)磁流量計的(de)工作原理是(shi)基于法拉第(dì)電磁感應定(dìng)律,即:導電性(xìng)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(chǎn)生感應電動(dòng)勢[6-7]0感應電動(dong)勢的方向按(àn)電磁學中的(de)右手定則确(què)定[8],其大小與(yǔ)磁感應強度(dù)、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(dian)磁流量計測(cè)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(diàn)動勢,V;K爲常數(shù),無量綱;B爲磁(ci)感應強度,又(yòu)可⛷️稱爲磁通(tōng)密度,T;D爲測量(liang)管的内直徑(jing),m;?爲測量管截(jie)面❤️内的🌈平均(jun)流速,m/s。
　　由式(1)可(kě)知,一旦B和D确(què)定,E就隻與?有(yǒu)關，與流體的(de)其他物理參(can)數(如壓力、黏(nián)度等)均無關(guān)。
　　電磁流量計(jì)的測量介質(zhì)一般爲電導(dao)率≥5μS/cm的導電液(ye)體。電導率雖(suī)不參與電磁(cí)流量計的流(liú)量計算,但因(yīn)電磁流量計(jì)工作原理爲(wei)導電流體切(qie)割磁感線.得(dé)到感應電動(dong)勢進而換👅算(suàn)出流量。流體(ti)電導率的高(gāo)😄低對采集的(de)信号強度有(you)直接影響。在(zài)介質電導率(lǜ)接近電磁流(liu)量計工作最(zui)低電導率要(yào)求時，流量計(ji)主闆采樣得(dé)到的信号數(shu)據較弱。而當(dāng)電導率低于(yú)💯其工作特🎯性(xìng)時，可能無法(fǎ)測出準确數(shu)據;加上信号(hào)幹擾等問題(ti),信噪比♋差,可(kě)能導緻流量(liang)數據波動較(jiao)㊙️大,甚至不👉可(ke)用。
　　電磁流量(liàng)計主要由傳(chuán)感器和轉換(huàn)器兩部分組(zǔ)成，傳感㊙️器安(ān)裝在工業過(guo)程管道.上,其(qí)作用是将通(tōng)過管道内的(de)導電液體體(tǐ)積流量值線(xiàn)性變換成感(gǎn)應電動勢🔴信(xin)号,并✊通過信(xìn)号導線将此(ci)信号傳輸到(dao)轉☁️換器，轉換(huàn)🌈器安裝在傳(chuan)感器.上或離(li)傳感💘器不太(tài)遠的地方,将(jiang)傳感器.傳輸(shū)過來的流量(liàng)信号進行放(fàng)大🔞、運算和處(chu)理，轉🏃🏻‍♂️換成與(yu)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(zhi)櫃
　　二次儀表(biǎo)采用盤裝結(jie)構。多台二次(cì)儀表安裝在(zài)集成控制櫃(gui)中✨。每台二次(ci)儀表獨立顯(xian)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(quán)部存儲于記(ji)錄儀上。二次(cì)儀表所需供(gòng)電電源開關(guan)、流量顯示、信(xìn)♊号輸出均在(zai)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(suo)示。

　　電纜(lǎn)和一次傳感(gan)器之間采用(yòng)接插件連接(jiē)。電纜上的接(jiē)插💃🏻件插🏒針如(ru)圖3所示，。

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

　　電纜(lǎn)上連接二次(ci)儀表控制櫃(gui)的一端，剝出(chu)線頭,接入控(kong)👌制🌈櫃的相應(ying)位置。二次儀(yi)表集成控制(zhi)櫃接線💯如圖(tu)4所示。

2.2問題描(miao)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(guan)線中:隻有信(xin)号Y1020MD(以下簡稱(cheng)020MD)流量計管道(dào)🌏充滿介質,可(ke)調試;其餘流(liu)量計不具備(bei)調🈚試條件。其(qi)中,007MD/020MD直接.影響(xiǎng)♍硼表可用性(xing)
　　在硼表标定(dìng)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(dao)内流量穩定(dìng);但發現流量(liang)顯示異常,擾(rǎo)動過大,無法(fǎ)正确測🔴量。020MD運(yun)行曲線如圖(tú)5所示。

　　接入示(shi)波器觀察勵(lì)磁信号和電(diàn)極反饋信号(hào),發現020MD勵磁波(bo)形穩定,但采(cǎi)集的電極信(xin)号有較大幹(gàn)擾,被高頻信(xin)号淹沒。電極(jí)信号曲線如(rú)圖6所示。

3故障(zhang)原因分析
　　對(dui)已發現的電(diàn)極信号擾動(dòng)較大問題進(jìn)行幹擾源☂️排(pai)查驗❌證。首先(xian),對各接線回(hui)路、電磁流量(liàng)計傳感器及(ji)主闆進行了(le)故障🤩排查,發(fā)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(chang)、更換主闆後(hòu)流量顯🔞示異(yì)常情況仍未(wèi)改善。
　　查看電(diàn)纜線束接線(xiàn),發現采用了(le)勵磁線圈的(de)屏蔽層作爲(wei)💘信号❓地線,而(ér)勵磁爲25Hz的交(jiao)流信号,對流(liu)量信♉号的采(cai)集有幹擾。
　　查(chá)看控制櫃發(fā)現,一次傳感(gan)器與主闆間(jiān)的電極反饋(kuì)信号線經過(guo)了一次端子(zǐ)排的中轉,且(qie)020MD電極反饋信(xìn)号接線在線(xiàn)🌈槽内露出屏(píng)蔽層10cm左右。此(cǐ)處的屏蔽不(bú)夠,信号受到(dao)幹擾，導緻流(liu)量顯示異常(chang)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(zhèng)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(di)線排查
　　改造(zao)前的電纜線(xiàn)束接線如圖(tu)7所示。采用勵(li)磁線圈的🍉屏(ping)蔽層作爲信(xìn)号地線的信(xin)号地線可能(néng)設計不當，因(yin)此需要重新(xīn)鋪設信号地(di)電纜。

　　因NA298房間(jiān)劑量率高,16台(tai)MD都要從就地(dì)傳感器側重(zhòng)新鋪設信号(hào)地線🤩較爲困(kun)難，且現場當(dāng)時沒有足夠(gou)長地線。爲了(le)繼續驗證，臨(lín)時将主闆信(xìn)号地接到系(xi)統地(即傳感(gǎn)器外殼)。将所(suǒ)有流量計主(zhǔ)闆的信号地(dì)均接到系統(tong)地銅牌後，觀(guan)察020MD流量顯示(shì)情況。可以觀(guan)察到:020MD單台運(yùn)行平穩,其運(yùn)行曲線如圖(tú)8所示。但整櫃(gui)流量🔱計上電(diàn)運行時,020MD流量(liàng)仍有較小波(bo)動,其運行曲(qu)線如圖9所示(shi)

　　圖8、圖9驗證了(le)此種信号地(dì)設計方式是(shi)020MD流量異常的(de)🐉影♻️響因☔素之(zhī)一,需改進。
3.2端(duan)子排處接線(xiàn)幹擾的排查(cha)
　　控制櫃内020MD電(dian)極反饋信号(hao)在線槽内露(lù)出屏蔽層10cm左(zuǒ)💜右🌈，作剪短處(chu)理後,屏蔽層(ceng)覆蓋到接線(xiàn)端子排處。管(guǎn)線中充滿電(dian)導🈲率約爲8.0μS/cm的(de)硼溶液時,整(zhěng)櫃.上電時020MD流(liú)🈲量測量較穩(wen)定,運行曲線(xian)如圖🛀🏻10所示。由(yóu)圖10驗證了此(cǐ)⛷️處的信号線(xian)屏蔽不足也(yě)是流量不穩(wěn)的📐影響因素(su)👅之一。

　　由前述(shu)可知，流體電(diàn)導率的高低(dī)對采集的信(xin)号強💰度有直(zhi)接影響。當電(dian)導率低時，電(dian)極反饋的信(xìn)号較弱受☎️到(dào)幹擾的影響(xiǎng)🤞越明顯,低電(diàn)導率的流量(liang)測量對信号(hào)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(hòu),觀測到020MD單台(tai)運行穩定,運(yun)行曲線如圖(tú)11所示。

　　但當各(ge)台流量計依(yī)次上電至整(zhěng)櫃運行時,020MD的(de)流量測量受(shou)到影響，，運行(hang)曲線如圖12所(suo)示

　　同時,爲驗(yan)證主闆間是(shi)否存在較大(da)幹擾,在整櫃(guì)上🐆電020MD出🐅現大(dà)🏃🏻幅擾動期間(jian)，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(wu)改♉善,從而判(pàn)定主闆間幹(gan)擾較小。但從(cóng)保護主闆和(hé)減小幹擾角(jiǎo)度考慮，後期(qī)需定制封裝(zhuāng)的機籠隔離(li)主🌈闆。
　　由圖12可(ke)知，各台流量(liang)計依次斷電(diàn)至020MD單台運行(hang)時,020MD流量顯示(shì)🏃🏻穩定🔞。
　　判定在(zai)測量介質電(diàn)導率較小(如(rú)4.0μS/cm)時，僅對接線(xiàn)作屏蔽處理(lǐ)還不夠,或造(zao)成屏蔽不足(zú)。于是依次對(duì)各流💋量計停(tíng)送電,排查出(chū)021MD/022MD的停送電對(dui)020MD運行影響最(zuì)大。但021MD/022MD上電運(yun)行時,控制櫃(guì)中021/022MD主闆均離(lí)020MD主闆㊙️.較遠,主(zhǔ)闆空間幹擾(rǎo)弱;而傳感器(qi)進線側端子(zǐ)排相鄰，因端(duan)子排側勵磁(cí)線圈存在幾(ji)十伏交流電(diàn)壓,每個流量(liang)計存在一組(zǔ)勵磁線圈且(qie)無屏蔽,對相(xiang)鄰電極信号(hào)👉幹擾可能性(xìng)更大。因此,還(hái)需排💰查端子(zi)排處幹擾源(yuan)。
　　前期工作:①對(dui)端子排側流(liu)量計的勵磁(cí)線套金屬屏(píng)蔽層,并接地(dì);②對端子排側(ce)流量計的每(měi)組電極反饋(kuì)🐕.信号㊙️線套金(jīn)屬屏蔽層并(bìng)接地;③再次确(què)認傳感器側(cè)新鋪設的信(xin)号‼️地及主闆(pǎn)側接地接觸(chù)良好、接線無(wú)誤。
　　在電導率(lǜ)4.0μS/cm條件下,對整(zhěng)櫃流量計進(jin)行上電試驗(yan)。觀察0.5h,020MD流量未(wèi)出現擾動,但(dàn)有上漲至136L/h趨(qū)勢,未平穩,說(shuo)明❓幹擾仍沒(mei)⚽有消失。其原(yuan)因♻️可能是後(hòu)設的屏蔽沒(mei)有電纜原有(yǒu)的屏蔽效果(guo)好。對此,将020MD信(xin)号線及勵磁(cí)線從端子排(pai)處抽.出，單獨(du)引線至主闆(pǎn)且做好屏蔽(bi),不🔆再經過端(duan)子排。整櫃流(liú)量計重新上(shang)電,持續觀察(cha)1h,020MD流量計穩定(ding)在⛱️130~134L/h,沒有出現(xian)大幅擾🔆動情(qing)況。端子排處(chù).理後的整櫃(guì)上電020MD運🌈行曲(qu)線如圖13所示(shì)。

　　由圖13可知,--次(ci)傳感器至主(zhu)闆之間的端(duan)子排中轉接(jiē)線方式屏蔽(bi)不足,幹擾較(jiào)大，對020MD低電導(dǎo)率.流量測量(liàng)有較大影📧響(xiang),需作重點改(gai)進。
4集成控制(zhì)櫃改造及驗(yàn)證
　　Y1/9系統流量(liàng)計主闆集成(chéng)在同一控制(zhi)箱内，020MD測量異(yì)常。分析排查(cha)📧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(jia)設計不當;⑤主(zhǔ)闆間幹擾用(yòng)自👅制金屬闆(pǎn)隔離後效果(guo)不明顯,需采(cǎi)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(lan)有屏蔽,幹擾(rǎo)不明♈顯;⑦勵磁(cí)線幹擾爲主(zhǔ)因;⑧低電導率(lü)工況下電極(ji)💯信号弱疊加(jiā)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(kòng)制櫃内流量(liang)計勵磁線與(yu)電極信号線(xiàn)無屏蔽,存在(zai)🥰勵磁幹擾。
②流(liú)量計信号地(di)采用勵磁線(xian)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(xian)屏蔽層未完(wan)全覆蓋接線(xian)處，露出部分(fen)過㊙️長。
③主闆間(jian)幹擾。
4.3改造措(cuo)施
①取消604AR控制(zhi)櫃内一次儀(yí)表到信号處(chu)理闆件之間(jian)的信😄号端子(zǐ)排,改爲直接(jie)使用整根電(diàn)纜從一次儀(yí)表接到信号(hao)處理的闆件(jian)上。
②取消勵磁(cí)線圈的屏蔽(bi)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(xian);原勵磁屏蔽(bi)層需接地。
③信(xin)号線的屏蔽(bì)層剝開部分(fen)的長度不能(neng)超過5cm。
④在信号(hào)處理闆件之(zhī)間加裝金屬(shǔ)屏蔽罩。屏蔽(bi)罩需接地🔅、可(ke)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(zeng)加一進一出(chū)兩個散熱風(feng)扇,并布置在(zai)合理位置。需(xu)要注㊙️意的是(shì)，其220V供電電纜(lǎn)不能與信号(hào)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(zhi)風扇熔斷器(qì)。
⑤将220V以上的供(gòng)電電纜和信(xin)号電纜分開(kāi)布置,櫃内220V采(cǎi)用帶屏蔽🏒層(ceng)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(cheng)控制櫃後,采(cai)用低電導率(lü)标定裝置對(duì)低電🥵導率情(qíng)況下的電磁(cí)流量計測量(liàng)正确率進行(háng)了驗證。測量(liàng)☁️介質爲純📐淨(jìng)水(電導率爲(wèi)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(sān)種電㊙️導率情(qing)況💛下的電磁(cí)流量計測量(liàng)精度均滿足(zu)現場測量要(yao)求。
　　改造後的(de)集成控制櫃(guì)已在核電站(zhàn)2、5、6号機組進行(hang)了運行驗證(zheng)。其中,在5号機(ji)組已穩定運(yùn)行一年多,沒(mei)有出現異常(cháng)⛱️狀況🈲。
5結論.
　　 本(běn)文針對用于(yú)核電廠核取(qu)樣介質流量(liang)測量換型改(gǎi)造♻️的電👨‍❤️‍👨磁流(liú)量計流量顯(xian)示異常問題(ti),從電磁流量(liàng)計⛷️原理出發(fa),測試勵磁信(xin)号及電極反(fǎn)饋信号。由于(yú)觀測到電極(jí)信号受到較(jiào)大幹擾,在👉确(què)認各接線回(hui)路、電磁流量(liàng)計傳感器及(ji)主闆均無問(wen)題的前提☀️下(xia),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(cuò)🛀施對幹擾源(yuan)進行消除,最(zui)終對安裝電(dian)磁流量計二(èr)次儀表的集(jí)成.控制💰櫃作(zuò)整體改造。經(jīng)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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