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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