中子通量测量系统探头卡涩故障分析及处理

□夏 浩 谢 鹏

中子通量测量系统是用于测量反应堆堆芯三维功率分布的系统，该系统设备结构复杂，机械部件繁多，易发故障点多，难以定位，维护难度较大。海南核电1,2号机组首次大修前，4个探头每月进行中子通量测绘时有时会出现卡涩，其中有些探头卡涩频繁，有卡在通道中无法拔出的风险。经过了解其他M310机组功率运行期间中子通量测绘时也存在经常性卡涩问题。由于中子通量测量系统设备绝大部分布置在反应堆厂房内，机组功率运行期间辐射风险高，只能在大修期间实施维修活动，这就要求维修活动必须迅速、准确，工作难度很高。本文旨在结合海南核电大修对探头卡涩故障的分析及处理，总结出一套工作流程，以快速处理卡涩故障，提高系统可靠性。

一、系统结构

该系统主要由4个移动式中子探测器、4个驱动通道和2个控制柜组成。探测器将中子注量率转换成电流，驱动通道用于驱动探测器进入堆芯通路(共38个)，控制柜完成探测器电流的采集及输入输出控制。中子探测器使用涂铀235微型裂变电离室[1]，利用其吸收中子后产生裂变的特性实现中子通量测量。每个驱动通道由下列部件组成：1个驱动单元、1个组选择器、1个路选择器、10个电动隔离阀(第4通道为8个)及相关仪表管。

二、卡涩故障原因分析与处理

分析探头卡涩故障，需了解探测器是如何获得动力完成插入堆芯、返回存储通道动作。通过对系统结构的介绍，可以看出探测器的驱动力传递路径如下：齿轮电动机产生驱动力(带刹车装置制动)，通过齿轮箱变速、耦合，传递到力矩限制器，力矩限制器进行力矩限制后，输出到驱动轮，由链条将驱动电缆与驱动轮的锯齿吻合、压紧后将驱动力传递给驱动电缆，驱动电缆驱动探测器克服导向管、指套管内壁的摩擦力，克服与组/路选择器微动开关的摩擦力而产生运动。

(一)101大修4号探头卡涩处理。

1.故障描述。101大修前，在绘制中子通量图时4号中子探头卡涩严重，在多个通道，不同位置卡涩，查看上位机系统各部件状态正常，系统仅发“Jam”报警，导致多个通路数据无法测量，且存在卡死在通道无法拔出风险，若卡死在堆芯内部，将加快中子探测器损耗。

2.故障分析。上位机信息表明，各系统部件包括组选择器、路选择器、限位开关以及电动阀等部件工作状态正常，仅4号驱动单元“Jam”警报，导致探头卡涩，无法移动。通过探测器插入堆芯通路的驱动力传递路径分析来看：一是探头在导向管中有可能遇到阻力，或大于力矩限制器所给予的最大力矩，直接卡死，或阻力虽小但对其速度影响较大，最终因磁开关信号频率异常，切断电机电源失去动力；二是驱动单元故障，驱动力无法给予探头，探头失去位移。若驱动单元故障，则故障点繁多，需一一检查各部件。

3.故障处理。因该探头在多个通道不同位置卡涩，对卡涩通道导向管检查，发现部分通道导向管接口处有切割管道时留下的突起、毛刺，给螺旋状驱动电缆通过时带来阻力，导致探头卡涩，根据驱动力传递路径分析，驱动单元仍有故障。按照驱动力传递路径，从后往前依次对各部件检查，拆卸驱动电机检查电机刹车力矩以及刹车间隙。刹车力矩满足要求，刹车间隙不满足要求(标准0.5～0.7mm)，值偏小，在0.3～0.4mm之间不等。

经过仪表管倒角，电机刹车间隙调整后，进行路由测试(101大修末期)，反复测试绘制通量图确认4号探头故障消除。

(二)201大修1、3号探头卡涩处理。

1.故障描述。201大修前，1、3号探测器严重卡涩，只能用2、4号探测器完成各自正常通道以及紧急通道中子通量测量，但path 3始终无法完成测量。再次使用1号探头测量path 3，仍卡涩，而且无法返回储存通道，严重卡死。3号探头在不同通道不同位置均有卡涩情况。

2.故障分析。3号探头卡涩情况同1号机4号探头情况类似，同一通道不同位置、多个通道卡涩，按照驱动力传递路径，需对导向管、驱动单元依次检查。1号探头在储存通道直接卡死，上位机仅报“Jam”故障，其他设备状态正常，则极有可能是导向管直接卡死探头使其无法移动。

3.故障处理。3号探头卡涩处理情况：通过对各个卡涩通道导向管检查，存在导向管切割毛刺情况，进行倒角处理使其光滑。对驱动单元各个部件检查发现驱动电机刹车片严重磨损，说明电机刹车间隙过小。更换电机，回装其他部件。

1号探头卡涩处理情况：因探头放射性高，仍需将其送至储存通道。手动回插电缆时明显感觉到驱动电缆与导向管的摩擦力很大。回插后检查导向管，毛刺严重。此外，发现力矩限制器力矩偏小，只有20N(m，且力矩限制器与齿轮箱连接螺母掉落一颗。最后检查驱动电机，测量发现刹车力矩偏大，即弹簧压缩弹力过大。调整弹簧长度后，消除故障。

(三)其他卡涩原因分析。通过对海核首次大修中子通量测量系统探头卡涩故障分析与处理的过程发现，引起探头卡涩的主要因素有：导向管毛刺、力矩限制器故障、驱动电机故障等。此外，通过对系统结构、驱动力传递路径以及上位机监测界面信息分析，引起卡涩还有以下原因：一是组/路选择器故障，选择器无法动作；二是组选、路选入口位置开关故障，导致探头位置信息错误；三是电动阀故障，通道无法打开，探头无法移动；四是机柜卡件故障，通讯异常；五是驱动轮锯齿破损过多，锯齿破损过多会导致无法传递驱动力。若驱动轮锯齿相邻损坏5个齿，需更换；六是仪表管弯曲过大，仪表管内污垢多，这会增加通路摩擦力；当超过力矩限制器限值时就出现制动；七是驱动电缆润滑不够，驱动电缆很长(约20m)，若润滑不够会产生很大的通路摩擦；八是存储卷盘磁开关损坏，此时系统认为存储卷盘未动作，从而产生制动；九是38根连接管垫片安装不到位，挤压变形，堵塞通道。

三、探头卡涩处理流程

通过对系统结构、驱动力传递路径分析，结合海核101、201大修处理经验，分析探头卡涩时上位机相关信息，本文提出如下处理流程，用以快速处理卡涩故障。第一，查看上位机监测画面、报警信息：确认卡涩时系统各部件工作状态是否异常，如限位开关、组选择器、路选择器、电动阀等，报警信息如：GS inlet switch fault等。若上位机显示部件状态异常，颜色洋红，且报警信息出现相应报警，则判定卡涩故障因该部故障件引起，处理后测试确认故障是否消除。第二，明确卡涩情况：一是同一位置频繁卡涩，二是不同位置频繁卡涩。第三，若上位机各部件状态显示正常，探头不同位置频繁卡涩，则需对导向管、驱动单元做全面检查，定位故障点。

四、结语

本文所述的故障现象、故障分析及故障处理措施都是在实践中经历大量故障出现、故障分析及故障消除后积累下来的。结合海南核电101大修、201大修检修经验，本文所提出来的探头卡涩处理流程较为全面，能够快速有效地定位故障点，有助于快速消除故障，对今后中子通量系统系统维护有很大帮助，同时也为机组安全、稳定、经济运行提供保障。