引言

松脱部件与振动监测系统系统在功能上由松脱部件检测系统(LPMS)和振动监测系统(VMS)组成。松脱部件检测系统监测反应堆厂房内的三个蒸汽发生器、反应堆压力容器及一回路内的松脱事件，对监测区域内发生的松脱事件进行实时检测、有效甄别和完整记录，对松脱事件进行自动化的数据库管理。振动监测系统通过定期测试反应堆压力容器的加速度计信号，结合中子噪声信号和中子电平信号，分析反应堆压力容器内部构件的振动情况，为堆内构件长期振动趋势的分析提供依据

探测器及机柜的安装

本系统采用的探测器为国内研制的专用耐高温抗辐射的一体式加速度传感器，它的功能是探测压力容器和蒸汽发生器内松脱部件碰撞产生的“弯曲波”信号和压力容器的振动信号，并转换为电荷信号，下图为其信号流向图。

图1 信号流程图

本文以华龙一号中的ILV系统为例，该系统共有13个加速度计，其中9个安装在蒸汽发生器上，每个蒸发器安装3个，4个安装在压力容器上。每个加速度计安装位置均有一个适配座，用于安装加速度计。其主体材料为 316#不锈钢，加速度计适配座为 M14×2 螺柱形结构。为保证加速度计可以很好的获取振动信号，同时防止探测器松动，适配座和加速度计安装均有一定的力矩要求：M14加速度计适配座拧紧力矩为90N.m，加速度计螺栓M4拧紧力矩为1.2-1.5N.m。一体式加速度计的探头和硬电缆是连接在一起的，探头与电缆连接处比较薄弱，安装时需注意电缆的弯曲度，一般硬电缆最小弯曲半径为39mm，过度弯曲可能会导致硬电缆损坏。加速度计具体安装位置如下。

注：RPV:压力容器，SG1/2/3：三个蒸汽发生器

                   RPV                                                                                         SG

图2 加速度计安装位置

蒸发器上的一体式探测器通过TNC连接器与软电缆连接，送至每个环路的防水盒内与电荷转换器连接；压力容器顶部探测器穿过保温层通过堆顶桥架一样送至对应的防水盒内与电荷转换器连接；压力容器底部的探测器需要通过屏蔽墙里预埋管与外部的防水盒连接。所有的探测器信号最终通过硬接线穿过贯穿件送至电气厂房的机柜内。

松脱部件与振动监测系统共有两个机柜，分为LPMS（松脱部件检测机柜）与VMS（振动监测机柜）机柜，两个机柜并柜相接，接合面处粘有密封条。机柜采用螺钉紧固，拆下机柜底部盖板，用8个M12×40螺栓及防滑垫紧固，拧紧力矩为85-95N.m。机柜前部上架设备依次按顺序从上往下安装，并用M6螺栓紧固，该紧固螺栓无力矩要求。机柜布置如下。图3 机柜安装图

系统调试

为了保证本系统在经过运输、存贮和安装后，探测器及设备没有遭到破坏，并验证系统的模块功能和信号通道可以正常使用，在系统正式投用之前现场会将系统做一个详细的调试，已确保系统可用。

硬电缆测试

断开加速度计硬电缆与延长软电缆之间的连接，在硬电缆末端进行测量，利用100V兆欧表，测量芯线与加速度计外壳间的电阻，当绝缘电阻≥10MΩ时判定为合格，如果测试绝缘电阻低于正常值，但硬电缆经烘烤后重新测量正常，仍可认为合格。

延长软电缆测量

断开硬电缆与延长软电缆的连接，并断开延长软电缆与防水盒中的电荷转换器输入端的连接，在防水盒一侧对电缆进行电气测量，利用100V兆欧表，测量软电缆芯线与外层屏蔽间的电阻，当绝缘电阻≥10MΩ时判定为合格。此外还需测量该段电缆的线电阻：一端把电缆芯线和内层屏蔽线短接，在另一端测量电缆芯线和内层屏蔽线间的电阻，线电阻≤1Ω/m时判定合格。若有一项数据不合格则需更换软电缆，直到合格为止。

软电缆电气测量完成后，去掉短接线，把电缆重新接好。

防水盒和电气柜间的电气测量

断开机柜侧端子排上的所有端子，同时断开防水盒内端子排上的端子，在防水盒端进行测量。绝缘电阻：将机柜侧端子排上的信号线两端短接，利用100V兆欧表，测量防水盒端子排上信号端口与屏蔽之间的电阻；线电阻：将机柜侧端子排上的两信号线短接，在防水盒端测量两根信号线端口间的电阻，绝缘电阻≥10MΩ，线电阻≤1Ω/m时判定合格，若有一项数据不合格则需更换电缆，直到合格为止。

松脱部件检测测试

打开LPMS软件，结合使用传感器模拟器、标准信号发生器、自检仿真波形以及真实撞击信号，完成松脱部件检测信号的检验。

没有特殊情况说明时，LP调理模块放大倍数设为1，采样时间设为100ms、短有效值时间设为3ms、长有效值时间设为2s、事件间隔时间设为2s、报警时间设为30s、峰顶因子K设为5、累计因子设为5。事件与故障报警输出禁止开关全部置于OFF，控制棒处于非调棒状态，冷却剂压力大于6MPa，两次撞击之间的时间间隔不低于2秒。调试过程时，先断开两个报警输出端子排的开关，只在需要检查外部系统报警状态时才短暂闭合。

断开软电缆和电荷转换器的连接，使传感器模拟器产生频率在5KHz，峰值电荷在100pC～500pC范围内的电荷信号，分别输入13个电荷转换器，观察并记录LPMS界面右边对应通道的有效值，检查对应通道显示数值是否符合性能要求：LPMS界面右边对应通道的有效值显示数值与当前电荷输出有效值数乘0.005之积的相对误差小于±10％, 且电荷输出有效值等于峰值电荷乘0.707之积。

在自检界面，选择并产生符合甄别条件的仿真撞击波信号，同时勾选SG1、SG2、SG3、RPV为自检测试，用自检信号在13个通道同时输入满足甄别条件的仿真撞击波信号时，LPMS监测软件主界面的13路通道全部出现红色事件报警指示，底部列表正确显示事件。之后使用松脱部件模拟器（或铜锤等），在13个加速度计安装位置的压力容器或蒸汽发生器附近进行真实撞击，各点重复撞击不少于5次，LPMS监测软件主界面对应区间通道出现红色事件报警指示，事件监测界面显示当前捕捉的事件，底部列表正确显示事件，且对各点撞击事件区间位置的快速分析结果与实际情况一致。

振动监测测试

打开VMS软件，结合使用传感器模拟器、信号发生器、自检仿真波形信号等工具，完成振动监测系统信号通路完整性检验和其它各项功能的检验。

没有特殊说明，在进行振动监测系统检验时，AV调理模块放大倍数设为1，RNI放大倍数设为1，采样频率设为500Hz，采样长度设为4000，平滑次数设为8。

断开软电缆和电荷转换器的连接，使传感器模拟器产生频率在20Hz，峰值电荷在100pC～500pC范围内的电荷信号，输入到电荷转换器，一次仪表输出信号依次接入RPV1、RPV2、RPV3、RPV4四路测试通道（每次只接入1路），VMS主界面对应通道显示波形为正弦波，频率与输入频率基本一致，对应显示的有效值与当前输出电荷有效值乘0.005之积的相对误差小于±10％，且电荷输出有效值等于峰值电荷乘0.707之积。

向振动分析设备的端口NN1-NN8输入频率20Hz、幅度3V的标准正弦波信号时，VMS主界面对应中子噪声通道显示波形为正弦波，频率与中子噪声信号输入基本一致，对应显示的有效值与2.121V的误差小于±3％。向振动分析设备的端口NN1-NN8输入2V的直流电压信号，VMS主界面对应通道显示的电平有效值与2V的误差小于±3％。

报警测试

除了在松脱部件检测测试中提到的用铜棒敲击加速度计周围来模拟振动信号产生通道报警外，还需要检测报警输出：在算法参数设置界面，修改最低噪声限值，将其设置得大于任意通道的长有效值，至少等待1分钟，观察报警处理设备的通道故障报警指示，测试端口状态，观察外部系统接收到的故障报警状态信息。将故障禁止报警开关置于“ON”，测试故障报警输出端口状态有无变化。出现故障报警后，按复位按钮，观察能否消除报警指示，并测试报警输出端口状态，观察外部系统接收到的故障报警状态信息；

本系统的内部产生的报警验证完，其它系统（棒控棒位系统，反应堆冷却剂系统）送入该系统的信号仍需测试：短接调棒信号输入端，程序界面上调棒状态指示灯为黄色，断开报调棒信号输入端，程序界面上调棒状态指示灯为绿色。调节冷却剂压力输入端电流，使用数字万用表测试当程序界面上冷却剂压力状态指示灯由黄色变为绿色时的输出电流，电流测试值与8.8mA的误差小于±0.8mA，输入电流小于阈值时为黄色，大于阈值时为绿色。

总结

核电站反应堆设备部件松动，设备完整性受到破坏，松动部件脱落后，随冷却剂游动，

撞击设备和器壁，使设备和器壁受损，以及当反应堆结构老化或构件疲劳，会使结构件之间的螺钉或销钉连接件可能出现松动或脱落，这些都会影响反应堆安全运行。因此，有必要对核反应堆及冷却剂系统进行松脱部件的实时监测，及时发现安全隐患；也有必要定期对电离室中子噪声和压力容器上加速度信号进行监测，及早发现压力容器、堆芯吊篮以及燃料组件等堆内构件的异常振动，避免重大事故的发生，保障核反应堆安全经济的运行。

参考文献

[1] System Manual of Loose Parts and Vibration Monitoring System 

[2] Equipment Operation and Maintenance Manual for ILV System 

[3] ILV System Site Installation Drawings 

[4] 胡建荣,吕爱林,杨秦波,刘才学,罗婷,简捷.核电厂松脱事件报警及应急响应研究[J].核动力工程.2018（10）

[5] 杜从波,熊之光,吴坤.方家山核电厂松脱部件与振动监测系统的设计[J].仪器仪表用户.2016(10)