摘要：針對(dui)用于核電(diàn)廠核取樣(yàng)系統流量(liàng)測量的 渦(wo)輪流量計(ji) 在運行過(guo)程中故障(zhàng)頻發的問(wen)題，進行了(le)流量計換(huàn)型🥵改造，以(yi)電磁流量(liang)計替代渦(wō)輪流量計(jì)進行核取(qǔ)樣介質流(liu)量測量。首(shou)先，對電磁(cí)流量計 測(cè)量原理和(hé)基本組成(cheng)進行了闡(chan)述，介紹了(le)在換型改(gǎi)造期間集(jí)成控制櫃(gui)中電磁流(liú)量計流量(liang)顯示異常(chang)的♉現狀，并(bing)采用示🎯波(bō)器對電磁(cí)流量計勵(li)磁信号和(he)電極信号(hào)進行了測(ce)試分析，确(que)定了🔞勵磁(cí)正常但電(diàn)極信号受(shou)到較大幹(gàn)擾的問題(tí)。然後，對電(diàn)極信号幹(gàn)擾源作了(le)較爲全面(mian)的排查分(fen)析及逐一(yī)驗證，進而(ér)提出集成(cheng)👉控制櫃的(de)整體改😍造(zào)方案，并對(duì)改造後的(de)集成控制(zhì)櫃進行了(le)低電導率(lǜ)介質情況(kuàng)下的流量(liang)測量精度(du)測試。測✨試(shi)結果表明(míng)，該設計😄滿(man)足現場測(ce)量要求。改(gǎi)造後的集(jí)成控制櫃(gui)已在核電(diàn)廠機組穩(wen)定運行，改(gai)造效果較(jiào)好，可爲相(xiang)關行業類(lei)似控制櫃(gui)的設計提(ti)供參考。
0引(yǐn)言
　　核能發(fā)電作爲一(yī)種新型發(fa)電方式,近(jin)年來得到(dào)廣泛應用(yong)[1-2]同時,核電(diàn)由于其特(te)殊性、危險(xian)性,對核電(dian)設備的🐅安(ān)全穩定運(yun)行、高效監(jiān)測提出了(le)更高要求(qiú)核電站核(hé)🐇取樣系統(tong)原采用渦(wō)輪流量計(ji)對核取樣(yàng)介質進行(háng)流量測量(liàng),其1、2、3、4号機組(zǔ)運♋行的系(xi)統相關流(liu)量計出現(xian)故障的頻(pín)率較高5]核(hé)電站進行(háng)了流量計(jì)換🐕型改造(zao),采用🥰電㊙️磁(cí)流量計替(ti)代渦輪流(liú)量計,測量(liang)核取樣介(jie)質🆚流量。本(ben)文主要針(zhēn)對換型改(gai)造過程中(zhong)出現的流(liu)量計流量(liàng)顯示異常(chang)、電極信号(hao)擾🔆動較大(da)等問題,通(tong)過原理分(fèn)析和🌍現場(chǎng)驗😘證，對可(kě)能造成該(gai)問題的因(yīn)素進行逐(zhu)一排查,進(jìn)而提出改(gai)進🎯措施,并(bìng)進行現場(chǎng)驗證。
1電磁(ci)流量計工(gong)作原理
　　電(diàn)磁流量計(ji)的工作原(yuán)理是基于(yu)法拉第電(dian)磁感應定(dìng)律,即🏃‍♂️:導電(dian)性液體在(zai)垂直于磁(ci)場的測量(liàng)管内流😄動(dong),在與液體(ti)流動方🌂向(xiang)、磁場方向(xiang)均垂直的(de)方向上産(chan)生感應電(diàn)動勢[6-7]0感應(yīng)💁電動勢的(de)方向按電(dian)磁學中的(de)右手定則(zé)确定[8],其大(da)小與磁感(gǎn)應強度、流(liú)束和流速(su)的大小成(chéng)👈比例。流束(shù)的大小即(ji)測量⛷️管的(de)内直徑。電(dian)磁流量計(jì)測量原理(li)如圖1所示(shi)。

　　感(gan)應電動勢(shì)的計算參(can)見式（１）。

　　式中(zhong):E爲感應電(diàn)動勢,V;K爲常(chang)數,無量綱(gang);B爲磁感應(ying)強度,又⁉️可(kě)稱爲磁通(tōng)密度,T;D爲測(ce)量管的内(nei)直徑,m;?爲測(ce)量管截面(mian)内的平均(jun)🏃流速,m/s。
　　由式(shi)(1)可知,一旦(dàn)B和D确定,E就(jiù)隻與?有關(guan)，與流體的(de)其他物理(li)參🐅數(如壓(yā)力、黏度等(deng))均無關。
　　電(dian)磁流量計(ji)的測量介(jiè)質一般爲(wèi)電導率≥5μS/cm的(de)導電液體(tǐ)。電導率✂️雖(sui)不參與電(diàn)磁流量計(ji)的流量計(jì)算,但因電(diàn)磁流量計(jì)工🏃🏻作原㊙️理(lǐ)爲導電流(liu)體切割磁(cí)感線.得到(dao)感應電動(dòng)勢進而換(huàn)算出流量(liang)。流體電導(dao)率的高低(di)對采集的(de)信号強❗度(dù)有直接影(yǐng)響。在介質(zhì)電導率💔接(jie)近電磁流(liu)量計工作(zuò)最低電導(dǎo)率要👄求時(shi)，流量計主(zhǔ)闆采樣得(de)🔱到的信号(hào)數據較弱(ruò)。而當電導(dǎo)率低于其(qi)工作特性(xìng)時，可能無(wu)法測出準(zhǔn)确數據;加(jia)上信号幹(gàn)擾等問題(tí),信噪比差(chà),可能導緻(zhì)流量數據(jù)波動較大(da),甚至不可(ke)用。
　　電磁流(liú)量計主要(yao)由傳感器(qi)和轉換器(qì)兩部分組(zǔ)成，傳☂️感器(qi)📐安🌈裝在工(gōng)業過程管(guǎn)道.上,其作(zuo)用是将通(tōng)過管道内(nei)的導電❗液(yè)體體積流(liú)量值線性(xing)變換成感(gǎn)應電動勢(shì)♈信号,并通(tōng)過信号導(dao)線将此信(xìn)号傳輸到(dào)轉🔅換器，轉(zhuan)換器安裝(zhuāng)在傳感器(qi).上或離傳(chuán)感器不太(tai)遠的地方(fāng),将傳感器(qi).傳輸過來(lai)的流量信(xin)🐇号進行放(fàng)大🏃‍♀️、運算和(hé)處理，轉換(huan)成與流量(liàng)信号成正(zhèng)比的标㊙️準(zhǔn)信号輸出(chu),從而進行(hang)🔴顯示、累積(ji).和調節☀️控(kòng)制。
2現狀與(yǔ)問題
2.1改造(zào)前的集成(cheng)控制櫃
　　二(er)次儀表采(cǎi)用盤裝結(jie)構。多台二(èr)次儀表安(an)裝在集成(chéng)🐕控制櫃中(zhong)。每台二次(cì)儀表獨立(li)顯示和操(cao)作,所有二(er)次儀表均(jun)與流量記(jì)錄儀連接(jiē),其流量信(xìn)息全部存(cun)儲于記錄(lù)儀🐇上。二次(cì)🌂儀表所需(xu)供電電源(yuan)開關、流量(liang)顯示、信号(hao)輸出均在(zai)集成櫃面(mian)闆上。
　　一次(ci)傳感器和(hé)轉換器之(zhī)間采用電(diàn)纜連接。電(dian)纜采用核(he)級雙屏蔽(bi)電纜,其結(jié)構如圖2所(suo)示。

　　電纜和(he)一次傳感(gan)器之間采(cai)用接插件(jian)連接。電纜(lǎn)上的接插(chā)🈚件插針如(rú)圖3所示，。

　　電(dian)纜線頭與(yǔ)接插件的(de)插針焊接(jie)對應表如(rú)表1所示。

　　電(diàn)纜上連接(jiē)二次儀表(biao)控制櫃的(de)一端，剝出(chu)線頭,接入(rù)控制櫃💘的(de)相應位置(zhi)。二次儀表(biao)集成控制(zhi)櫃接線如(ru)圖4所示。

2.2問(wen)題描述
　　Y1/9系(xì)統改造的(de)電磁流量(liang)計已完成(cheng)現場安裝(zhuāng),并上電調(diào)試。此時的(de)流量計管(guan)線中:隻有(yǒu)信号Y1020MD(以下(xià)簡稱020MD)流量(liàng)計管道充(chong)滿介質,可(ke)調試;其餘(yú)流量計不(bú)具備調試(shi)條件。其中(zhōng),007MD/020MD直接.影響(xiǎng)🌐硼表可♌用(yòng)性
　　在硼表(biao)标定前,020MD所(suǒ)在管線已(yi)充滿電導(dǎo)率約爲8.0μS/cm的(de)硼酸液,且(qie)🌈管道内流(liu)量穩定;但(dan)發現流量(liàng)顯示異常(chang),擾動過大(da),無⛹🏻‍♀️法正确(que)測量。020MD運行(háng)曲線如圖(tú)5所示。

　　接入(rù)示波器觀(guān)察勵磁信(xin)号和電極(ji)反饋信号(hao),發現020MD勵磁(cí)波形穩✏️定(dìng),但采集的(de)電極信号(hao)有較大幹(gan)擾,被💋高頻(pín)⛱️信号淹沒(méi)。電極信号(hào)曲線如圖(tu)6所示。

3故障(zhàng)原因分析(xī)
　　對已發現(xiàn)的電極信(xin)号擾動較(jiào)大問題進(jìn)行幹擾源(yuán)排查驗證(zheng)⭐。首先,對各(ge)接線回路(lu)、電磁流量(liàng)計傳感器(qì)及主闆進(jin)行了故障(zhàng)排查,發現(xiàn)接線均按(àn)設計圖紙(zhǐ)☂️正确接㊙️線(xian)、傳感器阻(zu)值及絕緣(yuán)🐪測試正🏃🏻常(chang)、更換主闆(pan)後流量顯(xian)示異常情(qíng)況仍未改(gǎi)善。
　　查看電(diàn)纜線束接(jie)線,發現采(cǎi)用了勵磁(ci)線圈的屏(ping)蔽層作👉爲(wei)信㊙️号地線(xian),而勵磁爲(wèi)25Hz的交流信(xìn)号,對流量(liang)信号的采(cǎi)集有幹擾(rao)。
　　查看控制(zhi)櫃發現,一(yi)次傳感器(qi)與主闆間(jian)的電極反(fǎn)饋信号線(xian)經👣過了一(yī)次端子排(pái)的中轉,且(qie)020MD電極反饋(kui)信号接線(xiàn)在線槽内(nèi)露出屏蔽(bi)層10cm左右。此(ci)處的屏蔽(bi)不夠,信号(hào)受到🈲幹擾(rao)，導緻流量(liang)🔞顯示異常(cháng)波動。另外(wai)，控制櫃内(nei)主闆之間(jiān)沒有任何(hé)的保護和(he)隔離,需驗(yàn)證主闆間(jian)是否存在(zài)幹擾,以緻(zhi)流量測量(liang)異常。
3.1信号(hao)地線排查(chá)
　　改造前的(de)電纜線束(shu)接線如圖(tú)7所示。采用(yòng)勵磁線圈(quān)的屏🐅蔽層(ceng)作爲信号(hào)地線的信(xin)号地線可(ke)能設計不(bu)🔞當，因此需(xū)要重新鋪(pù)設信号地(di)電纜。

　　因NA298房(fáng)間劑量率(lü)高,16台MD都要(yao)從就地傳(chuán)感器側重(zhòng)新鋪設信(xin)号地線較(jiào)爲困難，且(qiě)現場當時(shí)沒有足夠(gòu)長地線。爲(wèi)了繼續驗(yan)證，臨時将(jiang)主闆信号(hào)地接到系(xi)統地(即傳(chuán)感🚶器外殼(ké))。将所有流(liu)量計主闆(pǎn)的信号地(di)均接🌈到系(xì)統地銅牌(pai)後，觀察020MD流(liu)量顯示情(qíng)況。可以觀(guān)察到:020MD單台(tai)運行平穩(wen),其運行曲(qu)線如圖8所(suo)示。但整櫃(gui)流量計上(shang)電運行㊙️時(shi),020MD流量仍有(you)較小波動(dòng),其運行曲(qǔ)線如👌圖9所(suo)示

　　圖8、圖9驗(yan)證了此種(zhǒng)信号地設(shè)計方式是(shì)020MD流量異常(cháng)的影👣響因(yin)👨‍❤️‍👨素之一,需(xū)改進。
3.2端子(zi)排處接線(xian)幹擾的排(pái)查
　　控制櫃(guì)内020MD電極反(fǎn)饋信号在(zai)線槽内露(lu)出屏蔽層(céng)10cm左右🐪，作🌈剪(jiǎn)短處理後(hòu),屏蔽層覆(fu)蓋到接線(xian)端子排處(chù)。管🏃‍♂️線中充(chōng)滿🈚電導率(lü)約爲8.0μS/cm的硼(peng)溶液時,整(zheng)櫃.上電時(shí)020MD流量測量(liàng)較穩定,運(yùn)行曲線如(rú)圖10所示。由(you)圖10驗證了(le)此☀️處的信(xin)号線屏蔽(bi)不足也是(shì)流💜量不穩(wen)的影響因(yin)素🐆之一。

　　由(you)前述可知(zhi)，流體電導(dǎo)率的高低(di)對采集的(de)信号強度(du)💰有直接🏒影(ying)📱響。當電導(dǎo)率低時，電(dian)極反饋的(de)信号較弱(ruò)受到幹擾(rao)的影響越(yuè)明顯,低電(diàn)導率的流(liú)量測量對(dui)信号采集(jí)的要求更(gèng)高。壽期末(mò)的測量介(jie)質電導💛率(lü)約爲4.0μS/cm。對此(ci)，将電導🛀🏻率(lǜ)降至4.0μS/cm,運行(hang)一段時間(jiān)後,觀測到(dào)020MD單台運行(háng)穩定,運行(háng)曲線如圖(tú)11所示。

　　但當(dāng)各台流量(liàng)計依次上(shàng)電至整櫃(gui)運行時,020MD的(de)流量測量(liàng)受到影響(xiang)，，運行曲線(xian)如圖12所示(shì)

　　同時,爲驗(yàn)證主闆間(jiān)是否存在(zài)較大幹擾(rao),在整櫃上(shàng)㊙️電020MD出現大(da)幅擾動期(qi)間，對020MD機櫃(guì)内卡件兩(liǎng)側增加金(jin)屬闆隔離(lí)主闆間幹(gan)擾,觀察流(liu)量擾動情(qíng)況并無改(gai)善,從而判(pan)定主闆間(jiān)幹擾較小(xiao)。但從保❗護(hù)主闆和減(jiǎn)小幹擾角(jiǎo)度考慮，後(hou)期需定制(zhì)封裝的機(ji)籠隔離主(zhu)🥵闆。
　　由圖12可(kě)知，各台流(liu)量計依次(cì)斷電至020MD單(dan)台運行時(shi),020MD流✂️量顯示(shì)穩定。
　　判定(ding)在測量介(jie)質電導率(lǜ)較小(如4.0μS/cm)時(shi)，僅對接線(xiàn)作屏蔽🔴處(chù)理還不夠(gou),或造成屏(píng)蔽不足。于(yú)是依次對(duì)各流量計(ji)停送電,排(pai)查出✔️021MD/022MD的停(ting)送電對020MD運(yùn)行影響最(zuì)大。但021MD/022MD上電(diàn)運行時,控(kong)制櫃中021/022MD主(zhu)闆均離020MD主(zhǔ)闆.較遠,主(zhu)闆空間幹(gàn)擾弱;而傳(chuan)感器進線(xian)側端子排(pai)相鄰，因端(duān)子排側勵(lì)磁線圈存(cún)在幾十伏(fu)交流電壓(ya),每個流量(liàng)計存在一(yī)組勵磁線(xian)圈且無屏(píng)蔽,對👄相鄰(lín)電極信号(hao)幹擾可能(neng)性更大。因(yīn)此💯,還需排(pái)查端子排(pai)處幹擾源(yuán)。
　　前期工作(zuo):①對端子排(pai)側流量計(ji)的勵磁線(xian)套金屬屏(píng)蔽層,并接(jiē)地♊;②對端子(zǐ)排側流量(liang)計的每組(zu)電極反饋(kuì).信号線套(tao)金屬屏蔽(bi)層并接地(dì);③再次确認(ren)傳感器側(cè)新鋪設的(de)信号地及(jí)主⚽闆側接(jie)地接觸良(liáng)好、接線無(wú)誤。
　　在電導(dǎo)率4.0μS/cm條件下(xia),對整櫃流(liu)量計進行(háng)上電試驗(yan)。觀察0.5h,020MD流量(liang)未🔴出現擾(rǎo)動,但有上(shang)漲至136L/h趨勢(shì),未平穩,說(shuo)明幹擾✊仍(reng)沒有消失(shi)。其原因可(kě)能是後設(she)的屏蔽沒(méi)有電纜原(yuán)有的屏蔽(bi)效果好。對(dui)此,将020MD信号(hào)🌐線及勵磁(ci)線從端子(zǐ)排處抽.出(chū)，單獨引線(xiàn)至🧑🏽‍🤝‍🧑🏻主闆且(qie)做好屏蔽(bi),不再經過(guò)端子排。整(zhěng)櫃流量計(ji)重新上電(dian),持續觀察(cha)1h,020MD流量計穩(wěn)定在📱130~134L/h,沒有(you)出現大幅(fú)擾動情況(kuang)。端子排處(chù).理後的整(zhěng)櫃上電020MD運(yùn)行曲線如(ru)圖13所示。

　　由(you)圖13可知,--次(ci)傳感器至(zhi)主闆之間(jiān)的端子排(pai)中轉接線(xian)方式屏蔽(bi)不足,幹擾(rǎo)較大，對020MD低(dī)電導率.流(liu)量測量👌有(you)較大影響(xiang),需🐪作重點(diǎn)改進。
4集成(chéng)控制櫃改(gǎi)造及驗證(zheng)
　　Y1/9系統流量(liang)計主闆集(ji)成在同一(yi)控制箱内(nei)，020MD測量異常(cháng)。分析排查(chá)⛷️結果爲:①傳(chuán)感器排查(cha)無故障;②主(zhu)闆無故障(zhàng);③信号回路(lu)接線📧無誤(wù),但屏蔽不(bú).全面;④信号(hào)回路的信(xin)号地廠家(jiā)設計不當(dang);⑤主闆間幹(gan)擾用自制(zhì)金屬闆隔(ge)🏃‍♂️離後效果(guo)不明顯,需(xu)采用機籠(long)進行專門(men)封裝;⑥線槽(cáo)空間局促(cù),動力和信(xìn)号電纜未(wèi)分開，因💃🏻信(xin)号電纜有(yǒu)屏蔽,幹擾(rao)不🏃明顯;⑦勵(lì)磁線幹擾(rǎo)爲主因;⑧低(dī)電導率工(gong)況下電極(jí)信号弱疊(die)加信号幹(gàn)擾因素，導(dao)緻流量測(ce)量不穩定(ding)。
4.1主要原因(yin)
①控制櫃内(nei)流量計勵(lì)磁線與電(diàn)極信号線(xian)無屏蔽,存(cún)在❌勵磁幹(gan)擾。
②流量計(ji)信号地采(cai)用勵磁線(xiàn)圈屏蔽線(xiàn)的設計不(bú)當。
4.2次要原(yuán)因
①動力電(dian)纜與信号(hào)電纜未完(wan)全分開。
②控(kòng)制櫃内部(bu)信号線屏(ping)蔽層未完(wan)全覆蓋接(jiē)線處，露出(chu)🈲部分過長(zhang)。
③主闆間幹(gàn)擾。
4.3改造措(cuo)施
①取消604AR控(kong)制櫃内一(yi)次儀表到(dào)信号處理(li)闆件之間(jiān)的⛹🏻‍♀️信⛷️号端(duān)子排,改爲(wei)直接使用(yòng)整根電纜(lǎn)從一次儀(yi)表接到♊信(xìn)号處理的(de)闆件上。
②取(qu)消勵磁線(xian)圈的屏蔽(bì)層作爲信(xìn)号地線。選(xuan)取電極信(xin)号中的白(bai)線并接作(zuò)爲信号地(dì)線;原勵磁(ci)屏蔽層📐需(xu)接地。
③信号(hào)線的屏蔽(bì)層剝開部(bù)分的長度(dù)不能超過(guo)5cm。
④在信号處(chù)理闆件之(zhī)間加裝金(jin)屬屏蔽罩(zhào)。屏蔽罩需(xū)接🏃🏻地、可單(dān)獨抽出并(bìng)預留測試(shi)端子和散(sàn)熱孔。爲保(bǎo)證增加金(jīn)屬屏蔽罩(zhao)之後📞散熱(rè)良好,對機(ji)櫃增加一(yī)進一出♉兩(liang)個散👄熱風(feng)扇,并布置(zhì)在合理位(wèi)置。需要注(zhu)意的是，其(qi)220V供電電纜(lǎn)🤩不能與信(xìn)号電纜布(bu)置在一起(qǐ)。風扇采用(yong)拔插式電(diàn)源，與記錄(lu)儀一.路并(bing)接供電,中(zhōng)間設置風(feng)扇熔斷器(qì)。
⑤将220V以上的(de)供電電纜(lan)和信号電(dian)纜分開布(bù)置,櫃内220V采(cai)用帶屏💛蔽(bì)層的電纜(lǎn),屏蔽接到(dao)機櫃接地(dì)排。
4.4試驗驗(yan)證
　　改造集(ji)成控制櫃(guì)後,采用低(dī)電導率标(biāo)定裝置對(duì)低👄電導率(lǜ)情況❤️下的(de)電磁流量(liang)計測量正(zheng)确率進行(hang)了驗證。測(ce)量💰介質爲(wèi)純淨水(電(dian)導率爲2μS/cm)和(he)自來水配(pei)制的電導(dǎo)率分别3.5μS/cm、5μS/cm、7μS/cm的(de)三種混合(hé)液,混合液(ye)電導率由(you)檢❌驗合格(gé)的電導率(lü)儀測得。經(jing)檢🌈測,三種(zhong)電導率情(qíng)況下的電(diàn)磁流量計(jì)測量精度(du)均滿足現(xiàn)☁️場測量要(yào)求。
　　改造後(hou)的集成控(kòng)制櫃已在(zai)核電站2、5、6号(hao)機組進行(háng)了運行驗(yan)證。其中,在(zài)5号機組已(yǐ)穩定運行(hang)一年多,沒(méi)有出現異(yì)常狀況。
5結(jie)論.
　　 本文針(zhen)對用于核(he)電廠核取(qǔ)樣介質流(liu)量測量換(huan)型🥰改造的(de)🛀電磁流量(liàng)計流量顯(xian)示異常問(wèn)題,從電磁(ci)流量計原(yuán)理出發,測(cè)試🆚勵磁信(xin)号及電極(jí)反饋信号(hao)。由于觀測(ce)到電極信(xin)号受到較(jiào)大幹擾,在(zài)确認各接(jiē)線回路、電(diàn)磁流量計(jì)傳🚩感器及(ji)主闆均無(wu)問✌️題的前(qian)提下,對電(dian)極信号的(de)幹擾源進(jìn)行了逐一(yi)排查驗證(zhèng),并💛采取相(xiàng)對應措施(shi)對幹擾源(yuán)進行消除(chú),最終對安(ān)裝電磁流(liú)量🚶計二次(cì)儀表的集(ji)成.控制櫃(gui)作整體改(gǎi)造。經㊙️測試(shi),改造後的(de)控制櫃現(xiàn)場運.行穩(wen)定✌️,無異常(cháng)

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