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压力变送器在检测气压项目中的故障分析

时间:2021-12-04 点击次数:

压力变送器在检测气压项目中的故障经过与原因分析:

在压水堆核电机组中,安全壳内的大气压力(即安全壳压力)是一个非常重要的测量参数,特别是在LOCA事故条件下,安全壳压力测量值直接参与了控制特殊安全设施的动作逻辑。安全壳压力测量对测量仪器有很高的要求。在满足测量精度和稳定性的前提下,应具有一定的抗辐照性能,并能在高温、高湿度的LOCA条件下正常工作。为满足上述要求,K1级的绝压压力变送器主要用于测量,相应的1E级延伸电缆和接线箱以4~20ma电流信号的形式将测量值送至模拟测量处理柜。

1.故障经过:

在换料大修开始前两天,国内某核电机组安全壳压力第三个测量通道的测量值波动至0.11979MPa,波动频繁。

检查通道,继续观察变送器的波动,测试电流转动电压卡,测量输出电压信号波动非常高,达到安全壳压力高1报警值,然后使用隔离卡隔离现场输入,通过模拟试验台将模拟信号输入电流转移电压卡,测试输出电压无波动,检查各卡接线端子无接线松动,通过上述测试结果分析,初步判断当地变送器信号输出异常导致通道测量值波动的原因。更换当地变送器和延伸电缆后,测量通道输出稳定,与第一。2.4通道测量一致性良好,无报警和显示波动。

2.故障定位及原因分析:

根据变送器的测量原理,变送器以4~20ma信号的形式输送到模拟处理柜,模拟处理柜输出到计算机系统记录。当测量值高于报警阈值时,报警信号发送到反应堆保护系统,参与保护设施的动作控制逻辑投票,投票结果为安全设施的特殊动作说明。由于模拟处理柜及其下游故障的可能性已被排除在通道检查过程中,故障点位于模拟处理柜的上游,即当地压力测量装置和信号传输通道。当地仪器测量波动的可能原因是:压力变送器测量环境中的空气干扰,导致测量值的真实波动;压力变送器本体故障,导致测量值的虚假波动;干扰测量信号,导致测量值的虚假波动。

逐步分析和调查可能的原因,变送器在正常运行过程中输出稳定。没有波动,基本上可以消除空气干扰的可能性。检修期间,前往仪器的实际安装位置,核实安装方法和周围环境。验证结果表明,变送器安装位置附近没有大风量风机出风口等可能引起空气干扰的干扰源,变送器高压侧进气端安装不锈钢弯管,可隔离空气直接吹入测量室。综上所述,环境中没有空气干扰,仪器波动不是实际压力测量的结果,可以排除第一个原因。

排除测量值真实波动的可能性后,对拆卸的本地设备进行故障定位。对于变送器本体,首先要排除热老化和辐照引起的测量波动。根据产品出厂试验报告,变送器进行了120℃的过热老化试验。试验时间为20天,使用寿命根据老化试验数据进行评估,热老化按阿斯纽伦方程式计算。T1为合格寿命(h),T2为正常使用时提高到温度T2所需的加速老化时间(h),T1为环境温度(k),T2为加速老化时的环境温度(k)。

仪器仪表的工作温度可以通过安装在房间内的铂热电阻温度计读取。在功率运行过程中,房间四季的平均温度约为19℃,保守计算T1===889181.5382(h)≈101.44年。可以看出,仪器在正常工作条件下的理论寿命可以达到101年,基本上可以排除热老化引起的仪器故障;在辐照方面,仪器安装在安全壳内环走廊的房间墙上,附近没有热点,仪器识别试验剂量为1×106Gy,估计环境积累剂量远未达到仪器能承受的剂量;振动、仪器安装固定,附近无振动源,满足要求。综上所述,可以初步消除仪器本体故障导致测量结果不稳定的可能性。接下来,变送器的折磨和验证,折磨介质为实验室的大气压力,折磨持续三天,结果显示无视波动。上述试验可以确定变送器本体无故障,排除第二种可能性。

针对干扰测量信号导致结果波动的可能性,将故障点定位在K1级变送器带来的1E级延伸电缆上。测量实验室电缆的通断和绝缘性能,电缆内部无断开;绝缘方面,分别测量外壳绝缘,测量工具为250V绝缘电阻测试仪。测量结果表明,正极接线绝缘值在0.021~0.6mΩ之间波动,负极接线绝缘值在6~20mΩ之间波动,正负极接线绝缘约为6mΩ。根据RCC-E2020版的绝缘测量标准,DC500V测量稳定至少10秒后的读数应大于10m。根据本标准,延伸电缆不满足绝缘要求,处于绝缘故障状态。

测量电缆之间的绝缘故障会导致正极和负极之间的等效电阻。电阻值是故障后的绝缘电阻大小。可以肯定的是,等效电阻会对测量值产生一定的影响。由于变送器测量信号的输出和变送器仪表本体的电源依赖于同一组电路,应分别计算等效电阻对电路本体的影响。变送器输出为4~20ma电流值,可视为恒流源,输入卡为DC24V电源,输入卡将电流转换为电压,转换关系符合线性变化,因此测量结果为R2端的等效电阻。

低等效电路的变送器绝缘性能。

当恒压源和恒流源同时存在于同一电路中时,根据诺顿定理,计算R2两端的电压满足。由于I和V满足线性关系,测量结果I受到故障绝缘等效电阻R1的影响,R1越小,V越大。原因是变送器DC24V电源电压在等效电阻R1上产生分流IV1,变送器测量结果在R1上产生分流IA1。当R1值降低时,IV1值增加。由于IA1峰值为20ma,IV1受R1影响,当电阻接近0时,电流I理论上可以达到无限大。

通过将R1=15kΩ电阻直接并入正负极间,并将R2=250Ω的取压电阻串联到电路中,测量R2两端的电压降,建立电路进行复现试验。当变送器输出电流为I=1.72/250=0.0069A时,变送器测量对空,未并入电阻前的测量压降为1.72V。将R1.R2.I代入上式,可计算出电压表测量的电压降应为2.089V,电阻接入与断开会产生明显波动。观察记录仪测量结果后,与理论计算一致,故障复现。

综上所述,当变送器出现测量波动或漂移时,应首先消除电缆对测量结果的干扰。同时,电缆绝缘测量步骤也应添加到变送器验证的预防性维护项目中。绝缘性能下降不是突然故障。提前检查线路绝缘可以有效避免降低绝缘性能造成的测量误差,提高设备运行的稳定性。

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