堆芯核測探測器卡澀故障分析與預防維修

付可可

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

核電廠堆芯中子測量系統（RIC）主要由探測器通過指套管內行走來測量堆芯數據，通過解讀數據得到堆芯燃料組件的分布狀況，從而驗證燃料組件燃耗與對應功率分布是否符合設計要求，驗證堆外核儀表和LSS 參數校準等功能。

據反饋，國內壓水堆電廠在進行中子通量測量時，RIC探測器均有不同程度的卡澀。根據運行技術規范要求：“在中子注量率測量系統不能使用的情況下，反應堆仍可正常運行直到按照技術規格書的要求，從最后一次提供中子通量注量率圖起最長一個月的時候，需要提供新的中子注量率的圖（局部的或全堆的）”[1]。以2019 年國內某電廠年度檢修情況為例，共計有3 個中子測量探測器卡澀，導致部分中子通量測量無法獲取中子通量數據，最終在換料停堆期間，成功進行修復處理，避免了機組停堆降功率事件發生，保障了該燃料循環周期的發電計劃。

1 RIC探測器卡澀原因分析與解決案例

1.1 堆芯測量系統工作原理

圖1 堆芯中子通量測量系統側視圖Fig.1 Side view of Neutron Installation Measurement System

如圖1 所示，堆芯中子測量系統的機械設備布置在堆芯儀表室中，堆芯儀表室位于反應堆堆坑的邊上，控制測量設備安裝在控制室中，便于人員操作。系統的機械設備分為一回路密封部分和通道選擇、探測器驅動部分，前者包括導向管、指套管、手動閥和密封段；后者包括電動閥、選擇器和驅動機構[3]。在運行期間，探測器在驅動電機的推力和拉力下，進出堆芯內部的50 根指套管，并將在反應堆部分電流傳導至處理柜進行電流處理，以此來推導測量出堆芯中子的劑量率。

1.2 探測器卡澀原因分析

當探測器卡澀時，可分為3 處故障點：

1）機柜部分：包含卡件、CPU、繼電器、接線端松動等機柜端電氣故障。

2）驅動器及選擇器部分：包括電機、力矩限制器，選擇器故障等驅動設備。

3）探測器部分：包含電纜及探頭等故障點。

那么，針對堆芯中子通量系統探測器卡澀的問題該如何檢測排查，可通過如表1 操作來對故障點定位分析。

2 指套管故障檢修實例

本文通過國內某電廠的3 個探測器卡澀故障處理來進行此問題討論，為各家電廠在解決此類問題時提供參考意見。

2.1 缺陷描述

2019 年國內某電廠第4 個燃料循環周期的第11 個月份，在進行堆芯中子分布月度試驗時，5 號探測器出現卡澀問題。這已經是此循環第三根探測器卡澀了，目前已卡澀的序號為2、4、5 三根，雖然仍然可以用1 號和3 號探測器進行正常測量和救援測量，但情況岌岌可危。一旦其他探測器發生偏差，違反運行技術規格書的要求，機組將被迫降功率或者停機維修。探測器卡澀故障問題的解決已經迫在眉睫，下面將通過對三根探測器的處理過程來一一展開探測器故障問題的解決思路。

2.2 處理過程

2.2.1 2號探測器故障處理

故障表現：2 號探測器在日常運行功率分布試驗期間，運行時偶有高速卡澀的情況，在經過復位操作后，一般能夠繼續進行測量。在第5 次月度試驗時，2 號探測器發生卡澀，復位后仍不能動作，使用低速移動操作，探測器移動15dm 后卡死，報警原因為：Supply command fault（time out）channel 2 此后再無移動。

表1 故障點判定分析Table 1 Fault point judgment analysis

故障處理：探測器在此前過程中偶有卡澀，推測可能為摩擦力過大，后因鏈條銹蝕摩擦力繼續增大而卡死，因靜摩擦力較大導致探測器無法動作。檢查中使用手操箱操作，發現探測器在低速行駛時可以正常移動，高速時偶有卡澀，這說明：2 號探測器卡澀原在電氣故障方面。經過信號回路檢查和就地控制柜排查，發現48V 控制380V 繼電器開關損壞，導致380V 電機無法得電，因而探測器無法動作，隨后進行斷電更換繼電器。由于在正常測量過程中2號探測器時有卡澀現象，對同軸電纜進行涂抹潤滑脂潤滑的處理，隨后進行手操箱就地操作和控制柜操作，2 號探測器動作均無異常，可以正常進行測量。

2.2.2 4號探測器故障處理

故障表現：4 號探測器在日常運行功率分布試驗期間，運行時偶有啟動時卡澀的情況，動作過程中也會有卡澀，在第7 次月度試驗進行時，4 號探測器卡澀故障，控制柜錯誤顯示：Supply command fault（time out）channel 4 經過復位后使用低速移動，探測器仍不動作。

故障處理：此前4 號探測器僅是啟動時有卡澀，推測原因是由于靜摩擦力的作用導致啟動困難。由于報警原因與2 號探測器相同，懷疑4 號探測器48V 繼電器是否也存在同樣故障。使用手操箱操作后，探測器動作，但也偶有不動作現象，判斷故障點仍在電氣回路中。此時，再根據2 號探測器的故障處理經驗，首先定位到48V 繼電器中，發現繼電器也已經出現損壞。更換繼電器和同軸電纜的潤滑后，4 號探測器可以正常移動測量。但發現4 號探測器的移動狀態有偏差：移動時有異音，初始動作有卡澀。從初始的卷盤位置至組選探測器出口，經過仔細排查，發現壓緊鏈條滾珠有損傷，導致滾珠不能正常轉動，初始動作時，滾珠凹陷難以轉動，導致啟動時卡澀。進行壓緊鏈條的更換后，4 號探測器無異常。

圖2 壓緊鏈條損壞的滾珠Fig.2 Damaged ball in the chain

2.2.3 5號探測器故障處理

故障表現：5 號探測器是在第11 個測量周期時卡澀的。在測量過程中，探測器在接近測量頂部（19800 步）時卡澀不動，報警：Flux detector position fault Channel 5，隨后使用低速移動，探測器向上則無法繼續移動，復位后命令探測器向下移動，探測器最終移動到原點，最后至儲存通道。

故障處理：在日常工作期間，5 號探測器到頂部時均會有卡澀，推測原因為驅動電機牽引力不夠或者摩擦力過大。在大修期間，由于燃料組件已經拆卸完畢，測量通道斷開，使用手操器操作在儲存通道內移動均可以正常進行。由于5 號探測器在功率期間受輻射劑量較高，先將在功率期間運行的熱點探頭移開至儲存通道一半位置，避免熱點探頭的高輻射，保護工作人員。而后進行同軸電纜檢查，發現同軸電纜的卷盤部分和探頭部分銹蝕嚴重，進行除銹、干燥和涂抹潤滑脂。第二步進行力矩限制器力矩大小檢定，5號驅動器力矩限制器力矩大小為45N·M，相比其他4 個驅動器的力矩限制器大小為42N·M，本身力矩已經較大，故未再進行更改。若后期再次出現同樣卡澀問題，可在要求范圍內（＜56N·M）[2]微調，可緩解此問題，最終需更換銹蝕嚴重的同軸電纜。

2.3 檢修總結

由此可見，雖然表現出同樣的結果——探測器卡澀，但是導致卡澀原因可能是多重的?？梢酝ㄟ^不同的操作來判斷故障點所在，再經過日常運行經驗總結，帶入情景判斷分析問題，即可找到問題癥結所在。對于電機故障，可協調電氣專業人員進行輔助判斷，此處不再贅述。

圖3 驅動電機正視圖（左）、驅動電機A側視圖（右）Fig.3 Drive motor from view,drive motor from A

3 預防性維修策略

可以看到：相比之下，電氣元器件可靠性較高，引起探測器卡澀原因多為機械方面原因，大修期間，可進行如下預維操作。

3.1 驅動機構鏈條的張緊力調節

鏈條過緊會導致驅動電纜卡死，過松則會導致鏈條通過驅動卷盤空轉，調節鏈條尾端的張緊螺母進行鏈條張緊力調節，隨后使用1mm 塞尺來進行判定驅動電機鏈條的張緊力，以塞尺在鏈條之間來回滑動不卡澀且有一定應力為宜。調節螺母位置如圖3 所示。

3.2 力矩限制器力矩大小調整

根據RIC 系統手冊及預維大綱，當中未對力矩限制器進行預維要求，可以根據日常運行期間RIC 探測器的行走狀況來判斷是否需要調整力矩。當某個探測器經常性卡澀，可嘗試在允許范圍內（＜56N·M）[2]進行力矩調大，初步解決此問題。當然，這只是治標不治本，盡快找到摩擦力增大的原因而后進行處理。相比動輒更換70 萬元左右的探測器，在不影響設備安全的情況下這種方法還是可取的。

3.3 探測器驅動電纜預維

探測器經常在堆芯內移動，堆芯內的水汽滲透進來，導致驅動電纜銹蝕，尤以頂部較為嚴重，每循環可將探測器抽出，進行潤滑脂的涂抹。但有兩個注意點：1）在涂抹過程中做好輻射防護工作，期間有放射性粉塵和高劑量的探測器探頭；2）防止涂抹過多潤滑脂，已有機組反饋，因潤滑脂涂抹過多導致指套管泄露，探測器報警。

3.4 微動開關預維

微動開關在以往大修檢查時的損壞統計概率是較高的，在大修期間對微動開關進行如下檢查：滾輪是否能夠正常轉動，若不能則進行更換。滾輪不能轉動時，同軸電纜一直摩擦滾輪同一側，塑料滾輪塌陷導致探測器端頭無法觸碰到探頭，不能正常觸發微動開關，微動開關失效，使用仿探測器進行通道滑動，觀察能否正常觸發微動開關繼電器動作。