1.导波雷达测量技术与问题

1.1蒸汽型导波雷达液位计技术

蒸汽型导波雷达测量高温、高压汽液两相液位时，由于蒸汽的极化，测量值会产生较大偏差，且量程越大，偏差越大，需要进行蒸汽补偿。蒸汽补偿其实质是对电磁波速度的补偿，电磁波速度因传播介质中的介电常数中不同而不同^[1]。本课题的研究对象是蒸汽型导波雷达应用中的重复性问题。

1.2重复性问题分析

相对于普通型导波雷达，蒸汽性仪表在核电厂的应用中（如在高压加热器、MSR）出现了重复性问题，此类问题不以更换新仪表而消失，与仪表安装方式、仪表的设计、测量环境等因素有关。本课题以重复性问题为研究对象，分析如下:

（1） 仪表测量值周期性漂移问题。福清某机组高压加热器液位计由导波雷达替代差压液位计后（新型号M6），全部液位计陆续出现了仪表周期性较大高漂，该问题为同行首次出现。后续某兄弟核电厂同样发现相同问题（仪表为M5型，故障趋势见图3）。解决本问题不仅可消除福清机组的实际风险，还能消除同行电厂的潜在隐患。找出原因和解决问题是主要任务。

1.3仪表测量值周期性漂移问题分析

问题周期性地出现在稳定工况下，排除了工况干扰和蒸汽渗漏的可能；通过更换其他批次产品验证，排除了批次原因。通过对现场采集的数据和信息进行诊断，结果表明仪表信号处理单元、蒸汽补偿参数设置、仪表工作温度、安装问题等方面均无异常。

经分析，认为故障由蒸汽补偿变化引起。在机组满功率稳定运行情况下，对故障仪表进行了连续波形采集，如图5、图6所示，发现同一块仪表在一个时间周期内，蒸汽补偿量与仪表测量值之间的变化趋势一致，确定问题由蒸汽补偿量周期变化导致。值得说明的是，该仪表在11:37的液位值与实际液位值基本一致，此时的补偿量110mm即为满功率正常的补偿量。

2.补偿问题原因分析

补偿实质是对电磁波速的动态补偿。根据公式（3）可知，波速由气相介质的介电常数决定。气相只有蒸汽和蒸汽冷凝的水两个动态干扰因素会对波速产生周期性的影响。通过计算不同工况下（压力、温度）两干扰因素的最大补偿量，得出工况之间最大变化量，与漂移值比较，并结合试验验证，确定故障关键因素。

（1） 补偿量的计算

量程范围内最大补偿量计算：设介质某工况下介电常数值为，波速度为V，量程范围内最大补偿计算为空罐无液位时，空罐返回信号时间为即为满量程。量程最大补偿量计算公式应为：

表2给出了机组高加各功率平台的介电常数。

表1 介质补偿量的计算

从表1可以得出：

a）满功率下，补偿最大计算值（117.5mm）与补偿的实际值(110mm)比较接近，计算结果可信，也说明了导波雷达进行补偿的必要性。

b）对比工况330MW和1089MW，蒸汽的最大补偿变化量=117.5-50=67.5mm。可知机组热态下，因蒸汽介电常数变化而引起的补偿量变化只有67.5mm，远远小于180mm的跳变量。

经a)、b)得出，工况变化引起的蒸汽补偿量变化较小，故障原因应为冷凝液滴引起。3.冷凝水影响补偿的故障定位分析

图1为故障仪表采集信号周期性变化示意图，蒸汽补偿量从b1向b3增大时，冷凝波形相应从a1变到a3。对比标准波形，图中冷凝波形在蒸汽目标上方区域。经对探杆结构的了解，分析认为补偿量变化的过程为冷凝液滴在探杆顶部形成-变大-掉落的过程。

图1 故障仪表采集信号变化示意图

4.探杆阻抗优化分析

（1） 优化分析

同轴传输中衰减系数越小，同样功率下，反射信号强度越强，仪表抗干扰性能越好。根据研究表明，75Ω同轴传输的衰减系数最小^[3]。且厂家的专利技术也为75Ω^[8]。本型号主特征阻抗为62Ω，需要优化。

（2） 结论4

仪表的主特征阻抗小于标准设计75Ω，建议仪表的同轴套管的为3.59。内导体为8mm，外导体为28.72mm。

5.设计改进方案

基于问题（1）的4个结论和问题（2）、（3）的解决措施，文章提出了设计改进方案，改进型探杆设计图见图12。具体改进如下：

（1） 减少蒸汽冷凝水凝结，取消探杆过程连接的空腔设计，用低介电常数的密封、绝热材料填充。

（2） 优化蒸汽目标位置，降低误差放大系数。蒸汽目标设置约1350mm，该位置处于稳定流场中，可减少了探杆顶部冷凝液滴、蒸汽取样口对测量的干扰，K值为1.85。图13（a）是改进前的探杆，（b）为设计改进后的探杆示意图。

图2 探杆设计改进对比图

（3） 增加蒸汽渗漏探测功能设计。如上图12所示，在一级、二级密封环之间设置一个空腔，如蒸汽渗漏到空腔中，空腔中冷凝水的会导致阻抗不连续，产生负极性回报。当波形超过渗漏阈值后，仪表将发出渗漏提示，技术人员可及时更换探杆。

（4） 增加探杆抗干扰性，提高探杆比值为3.69（内导体是为8mm，外导体为28.72mm）,将液位测量段的阻抗设计为信号传输衰减系数最小的75Ω。

文章总结了重复性问题，给出了仪表的设计改进方案，并促进厂家对现有产品进行改进。产品改进后，经机组长期验证合格，仪表符合规格书和系统液位控制的要求。实践证明本课题理论分析正确、验证方案有效、设计改进方案先进。改进型产品即解决了机组实际存在重大风险，避免机组降功率及非计划停堆事件，又向存在相同故障的同行电厂提供了一款验证有效果的产品；并结合福清核电和同行电厂积累的良好改造实践及维护经验，为新核电项目和变更项目总结出了工程优化方案，避免类似问题重复发生。综上，文章成果将促进导波雷达在核电厂二回路液位测量中的广泛应用。

参考文献

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