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1、核反应堆故障早期检测和在线状态监测方法第26卷2OO5第2期年4月核动力工程NuclearPowerEngineering,,0I_26.NO.2Apr.2005文章编号:0258—0926(2005)02—0175—04核反应堆故障早期检测和在线状态监测方法盛焕行,李红霞(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室.成都.610041摘要:即将;j豇布的核行业标准《核电厂反应堆堆内构件的振动监测》(简称标准)对早期监测反应堆压力容器堆内构件蜕化的方法,故障检测仪表和监测程序提出了要求,适用于以中子波动信号和反应堆压
2、力容器振动信号为基础的堆内构件和一回路部件的动态特性的监测.本文强调了标准所包含的核电站新型仪表控制系统的监测方法.新系统不同于传统的监测系统,它的主要目的是早期故障检测.以便向电厂操纵员和检查维修人员提供有用的状态信息?关键词:堆内构件;振动;故障;早期检测;状态监测中图分类号:TM623.7文献标识码:A1引言核电厂与安全有关的系统和部件的在役检查,重复试验和维修是保障安全运行的基本措施,通常在明确限定的时间内执行(如当反应堆换料而停堆时).这些措施在电厂使用年限接近其寿期时尤其重要.基于过去的研究工作,现在核电厂运行时
3、有了可在线使用的系统和方法,可以在任何时候对部件进行评估,并提供早期信息以改进在役检查和维修计划.这些方法和系统可用作电厂状态在线监测.《核电厂压水堆堆内构件的振动监测》标准对用于早期检测反应堆压力容器堆内构件的蜕化和故障的仪表,分析方法和监测程序提出了要求,以便完善地执行堆内构件和一回路部件的动态结构的长期性能趋势分析.标准包括许多国家(包括中国在内)从30年前开始用动态信号(噪声)和较复杂的信号分析方法(如相关,相干分析,功率谱密度分析,和相位分析等)获得的重要监测成果,其测量和信号分析原理也适用于状态监测和其他与安全有
4、关的重要部件的趋势分析.收穰日期:2004-01.06;修回日期:2004-06-082《核电厂压水堆堆内构件的振动监测》内容概述标准共有7章和3个附录,说明了监测原理,系统要求(分成强制的和选用的传感器概念),监测和诊断程序,以及所需的文件.标准的"范围"阐明,检测的主要任务是检测反应堆压力容器内构件的蜕化,考虑了附加一回路测量可获取更可靠的诊断信息.2.1传感器和组态的最低要求在标准的强制段落中,堆内构件的振动监测"应(该)"用堆外中子噪声(第一选择:最少是围绕堆芯的4个堆外探测器)或用压力容器的振动信号(第二选择:用多
5、个加速度计或2个呈9o.安装的绝对或相对位移传感器)来监测.强烈推荐两类信号"应"同时使用,以便能获取相互补充和冗余的诊断信息.2.2多样化传感器系统多样化传感器系统的传感器包括绝对位移传感器,中子通量探测器,相对位移传感器和压力表.从早期和可靠诊断的观点看,应用扩充的传感器组态是非常有用的.多样化传感器系统在l76核动力工程,,01.26.No.2.20o5应用中子噪声和压力容器振动传感器的基本系统上增加了测量回路热段与冷段位移和反应堆冷却剂动态压力的传感器.这样,用压力表测量堆芯吊篮内部结构通路上的冷却剂波动,就可测量堆
6、内构件振动的驱动力;通过测量一回路振动的传感器,就能确定由中子噪声和压力容器振动检测的异常振动是与堆内构件有关,还是由压力容器外部引人的信息.这种加强型传感器系统可以做到更好地描述结构的情况和作为检测特征,特性偏差的更加可靠诊断的基础,是一种检测效率更高的组态.此外,多样化传感器系统还能检测一回路部件的机械性能变化,特别是结构的支承或约束情况的改变因为某些影响信号的特征因素可能干扰诊断,如:改变激励或运行,机械结构固有频率的长期漂移,强迫和固有谐振频率的叠加,由结构支承件的变化或部件的蜕化和故障引发的部件的相互作用等,一般说
7、来.一回路的所有部件的行为如同一个多质量的振动耦合系统,堆内构件的振动不能从反应堆压力容器及其连接的回路的振动行为中分离开,加之多样化传感器系统不仅能使用单个传感器信号的特性和特征.而且还能使用特性的相互关系和相关性进行监测,因此利用一回路的附加测量,能分离蜕化效应和支承情况的变化对被监测特征的影响,明显地改进和可靠地诊断检测到的异常或早期故障.2.3特征提取和监测程序堆内构件的振动用堆外中子探测器通过测量受堆芯吊篮和压力容器之间的水层变化调制的中子噪声信号来测量.由于机械结构的耦合(特别是压紧弹簧压紧压力容器的法兰),也用
8、安装在反应堆压力容器上的加速度计测量.所用的传感器信号均为随机信号;因此,时域或频域中的随机分析方法适用于计算表示某些部件的实际状态的特性,并可应用于监测.在功率谱密度中,对应于结构振动模态的峰值能被分离开;如果其峰值能被清晰地识别出来,则可对结构进行选频监测.由于测量是对相同的机械系统的
