传感器交叉比较存在同向漂移现象的解决方案

唐孝力 李世祥

【摘 要】模拟量传感器交叉比较不能检查出传感器同向漂移故障。论文提出三种解决方案，趋势跟踪、不同型号变送器交叉比较、新旧传感器交叉比较，并结合某核电站经验案例进行效果验证。

【Abstract】The same direction drift fault of the sensor can not be detected by simulating the cross comparison of analog sensors. This paper proposes three solutions，trend-following， cross comparison of different types of transmitters， cross comparison between old and new sensors， and combined with the experience cases of a nuclear power plant to verify the effect.

【关键词】传感器；状态维修；交叉比较；同向漂移

【Keywords】sensor； state maintenance； cross comparison； same direction drift

【中图分类号】TN253 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）02-0164-02

1 引言

传感器验证[1]是一种状态维修方法，指在不介入过程通道的前提下，将被验证传感器的测量值与参考值进行比较，旨在发现传感器特性漂移造成的测量偏差。实施验证时，传感器的工作条件应尽可能接近名义工作条件，将被验证传感器的测量值与参考值之间的偏差与验证准则进行比较，以判断传感器是否降级或失效。验证准则根据验证的方式、功能允许误差以及传感器、通道的精度而确定。某核电站传感器普遍采用交叉比较的验证方法，例如一回路温度探头交叉比较、一回路压力变送器交叉比较、汽轮机高压缸入口压力变送器交叉比较等。

交叉比较验证使用冗余仪表的输出平均值作为参考值，或使用外部试验结果作为参考值。对于n个冗余仪表间的交叉比较验证，当被验证仪表为第i个仪表时（其输出值为Vi），参考值为除第i个仪表外的其他n-1个仪表输出的算术平均值Ri。将偏差Di（Di = Vi-Ri）与预先设定的验证准则C（v）进行比较，若偏差Di大于准则C（v），则表明传感器测量存在偏差异常。但是，传统的交叉比较验证存在一个明显的不足，不能发现传感器的同向漂移。例如两个相互进行交叉比较的传感器同时上漂相当的幅度，则交叉比较结果是合格的，无法发现传感器降级或失效。

2 同向漂移现象案例

某一号机功率运行模式，一回路压力恒定为155bar。每个燃料循环都执行一回路稳压器压力传感器X1-005/006/013MP交叉比较，降级准则C（v）是0.85%。历年交叉比较结果都没有超出降级准则，结果合格，见表1测量数据。但跟踪其趋势，发现这三个传感器存在共模上漂的现象。其平均值从2006年的62.81%，到2016年的63.75%，上涨了0.94%，对应为0.89bar，见图1趋势：

3 解决方案

3.1 趋势跟踪

对于系统设定值稳定的参数，可通过跟踪交叉比较数据趋势，发现传感器的同向漂移问题。例如一回路压力稳定为155bar，可跟踪一回路压力传感器的交叉比较数据趋势，正如案例图1所示；满功率二回路蒸汽压力稳定，可跟踪汽輪机高压缸入口压力传感器GRE023/024MP的交叉比较数据趋势。

对于系统设定值变化的参数，跟踪交叉比较数据趋势则不能发现同向漂移问题。例如换料周期压力容器水位测量传感器090-095MN交叉比较，由于水位在一个范围内即可执行交叉比较，每次换料周期执行交叉比较时的水位不同，因此交叉比较数据没有趋势性。

3.2 不同型号传感器交叉比较

进行交叉比较的变送器通常是相同型号的变送器，这些变送器由于老化或环境影响可能产生共模同向漂移。为解决该问题，可以采用不同型号的传感器或者引入不同型号的传感器参与交叉比较。

例如，测量一回路稳压器压力的传感器，用于保护信号的005/006/013MP是6647B型号，用于控制信号的014/015MP是1152型号。一回路压力传感器的交叉比较，除了005/006/013MP三个传感器进行交叉比较以外，还包括014/015MP分别与005/006/013MP三者的平均值作为参考值进行交叉比较，降级准则是1.35%。这种方案将两种型号的传感器进行交叉比较，能有效限制同类型传感器同向漂移的幅度，当交叉比较降级时，能发现同型号传感器同向漂移。

2017年6月进行的二号机组交叉比较，发现X2-015MP与X2-005/006/013MP的平均值的偏差达到1.37%，超过降级准则1.35%。进而安排工作票在2017年10月校验X2-015MP，但是校验并未发现偏差。对这些压力变送器交叉比较测量数据进行趋势分析，如图2所示，进一步证实了X2-005/006/013MP相对于014/015MP存在同向漂移。

测量数据趋势图

3.3 新旧传感器交叉比较

对于老化导致共模漂移的传感器，可将较新的传感器作为参考值进行交叉比较，作为原交叉比较方式的补充。

机组热平衡状态一回路温度传感器交叉比较就是现场实际应用案例[2]。根据内外部经验反馈，一回路窄量程温度探头存在共模漂移故障现象。总共有18个温度探头测量一回路温度，其平均值为Tref18。每一个温度探头需以Tref18作为参考值进行比较，但是这并不能解决18个温度探头测量值同时因老化因素产生共模漂移的问题。因此，每一个温度探头还需与最新（服役时间最短）的3个温度探头平均值Tref3为参考值进行比较，这样就可以发现温度探头老化造成的测量值共模漂移现象。

4 结语

传统的交叉比较方法无法发现传感器存在同向漂移现象。本文提出三种解决方案，趋势跟踪、不同型号变送器交叉比较、新旧传感器交叉比较，为核电站以及其他工业领域的传感器交叉比较方案的设计和改进提供参考。

【参考文献】

【1】大亚湾核电运营管理有限责任公司.模拟量传感器状态维修导则[Z].2017.

【2】大亚湾核电运营管理有限责任公司.一回路温度传感器状态维修导则[Z].2017.