堆芯核测探测器卡涩故障分析与预防维修

付可可

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

核电厂堆芯中子测量系统（RIC）主要由探测器通过指套管内行走来测量堆芯数据，通过解读数据得到堆芯燃料组件的分布状况，从而验证燃料组件燃耗与对应功率分布是否符合设计要求，验证堆外核仪表和LSS 参数校准等功能。

据反馈，国内压水堆电厂在进行中子通量测量时，RIC探测器均有不同程度的卡涩。根据运行技术规范要求：“在中子注量率测量系统不能使用的情况下，反应堆仍可正常运行直到按照技术规格书的要求，从最后一次提供中子通量注量率图起最长一个月的时候，需要提供新的中子注量率的图（局部的或全堆的）”[1]。以2019 年国内某电厂年度检修情况为例，共计有3 个中子测量探测器卡涩，导致部分中子通量测量无法获取中子通量数据，最终在换料停堆期间，成功进行修复处理，避免了机组停堆降功率事件发生，保障了该燃料循环周期的发电计划。

1 RIC探测器卡涩原因分析与解决案例

1.1 堆芯测量系统工作原理

图1 堆芯中子通量测量系统侧视图Fig.1 Side view of Neutron Installation Measurement System

如图1 所示，堆芯中子测量系统的机械设备布置在堆芯仪表室中，堆芯仪表室位于反应堆堆坑的边上，控制测量设备安装在控制室中，便于人员操作。系统的机械设备分为一回路密封部分和通道选择、探测器驱动部分，前者包括导向管、指套管、手动阀和密封段；后者包括电动阀、选择器和驱动机构[3]。在运行期间，探测器在驱动电机的推力和拉力下，进出堆芯内部的50 根指套管，并将在反应堆部分电流传导至处理柜进行电流处理，以此来推导测量出堆芯中子的剂量率。

1.2 探测器卡涩原因分析

当探测器卡涩时，可分为3 处故障点：

1）机柜部分：包含卡件、CPU、继电器、接线端松动等机柜端电气故障。

2）驱动器及选择器部分：包括电机、力矩限制器，选择器故障等驱动设备。

3）探测器部分：包含电缆及探头等故障点。

那么，针对堆芯中子通量系统探测器卡涩的问题该如何检测排查，可通过如表1 操作来对故障点定位分析。

2 指套管故障检修实例

本文通过国内某电厂的3 个探测器卡涩故障处理来进行此问题讨论，为各家电厂在解决此类问题时提供参考意见。

2.1 缺陷描述

2019 年国内某电厂第4 个燃料循环周期的第11 个月份，在进行堆芯中子分布月度试验时，5 号探测器出现卡涩问题。这已经是此循环第三根探测器卡涩了，目前已卡涩的序号为2、4、5 三根，虽然仍然可以用1 号和3 号探测器进行正常测量和救援测量，但情况岌岌可危。一旦其他探测器发生偏差，违反运行技术规格书的要求，机组将被迫降功率或者停机维修。探测器卡涩故障问题的解决已经迫在眉睫，下面将通过对三根探测器的处理过程来一一展开探测器故障问题的解决思路。

2.2 处理过程

2.2.1 2号探测器故障处理

故障表现：2 号探测器在日常运行功率分布试验期间，运行时偶有高速卡涩的情况，在经过复位操作后，一般能够继续进行测量。在第5 次月度试验时，2 号探测器发生卡涩，复位后仍不能动作，使用低速移动操作，探测器移动15dm 后卡死，报警原因为：Supply command fault（time out）channel 2 此后再无移动。

表1 故障点判定分析Table 1 Fault point judgment analysis

故障处理：探测器在此前过程中偶有卡涩，推测可能为摩擦力过大，后因链条锈蚀摩擦力继续增大而卡死，因静摩擦力较大导致探测器无法动作。检查中使用手操箱操作，发现探测器在低速行驶时可以正常移动，高速时偶有卡涩，这说明：2 号探测器卡涩原在电气故障方面。经过信号回路检查和就地控制柜排查，发现48V 控制380V 继电器开关损坏，导致380V 电机无法得电，因而探测器无法动作，随后进行断电更换继电器。由于在正常测量过程中2号探测器时有卡涩现象，对同轴电缆进行涂抹润滑脂润滑的处理，随后进行手操箱就地操作和控制柜操作，2 号探测器动作均无异常，可以正常进行测量。

2.2.2 4号探测器故障处理

故障表现：4 号探测器在日常运行功率分布试验期间，运行时偶有启动时卡涩的情况，动作过程中也会有卡涩，在第7 次月度试验进行时，4 号探测器卡涩故障，控制柜错误显示：Supply command fault（time out）channel 4 经过复位后使用低速移动，探测器仍不动作。

故障处理：此前4 号探测器仅是启动时有卡涩，推测原因是由于静摩擦力的作用导致启动困难。由于报警原因与2 号探测器相同，怀疑4 号探测器48V 继电器是否也存在同样故障。使用手操箱操作后，探测器动作，但也偶有不动作现象，判断故障点仍在电气回路中。此时，再根据2 号探测器的故障处理经验，首先定位到48V 继电器中，发现继电器也已经出现损坏。更换继电器和同轴电缆的润滑后，4 号探测器可以正常移动测量。但发现4 号探测器的移动状态有偏差：移动时有异音，初始动作有卡涩。从初始的卷盘位置至组选探测器出口，经过仔细排查，发现压紧链条滚珠有损伤，导致滚珠不能正常转动，初始动作时，滚珠凹陷难以转动，导致启动时卡涩。进行压紧链条的更换后，4 号探测器无异常。

图2 压紧链条损坏的滚珠Fig.2 Damaged ball in the chain

2.2.3 5号探测器故障处理

故障表现：5 号探测器是在第11 个测量周期时卡涩的。在测量过程中，探测器在接近测量顶部（19800 步）时卡涩不动，报警：Flux detector position fault Channel 5，随后使用低速移动，探测器向上则无法继续移动，复位后命令探测器向下移动，探测器最终移动到原点，最后至储存通道。

故障处理：在日常工作期间，5 号探测器到顶部时均会有卡涩，推测原因为驱动电机牵引力不够或者摩擦力过大。在大修期间，由于燃料组件已经拆卸完毕，测量通道断开，使用手操器操作在储存通道内移动均可以正常进行。由于5 号探测器在功率期间受辐射剂量较高，先将在功率期间运行的热点探头移开至储存通道一半位置，避免热点探头的高辐射，保护工作人员。而后进行同轴电缆检查，发现同轴电缆的卷盘部分和探头部分锈蚀严重，进行除锈、干燥和涂抹润滑脂。第二步进行力矩限制器力矩大小检定，5号驱动器力矩限制器力矩大小为45N·M，相比其他4 个驱动器的力矩限制器大小为42N·M，本身力矩已经较大，故未再进行更改。若后期再次出现同样卡涩问题，可在要求范围内（＜56N·M）[2]微调，可缓解此问题，最终需更换锈蚀严重的同轴电缆。

2.3 检修总结

由此可见，虽然表现出同样的结果——探测器卡涩，但是导致卡涩原因可能是多重的。可以通过不同的操作来判断故障点所在，再经过日常运行经验总结，带入情景判断分析问题，即可找到问题症结所在。对于电机故障，可协调电气专业人员进行辅助判断，此处不再赘述。

图3 驱动电机正视图（左）、驱动电机A侧视图（右）Fig.3 Drive motor from view,drive motor from A

3 预防性维修策略

可以看到：相比之下，电气元器件可靠性较高，引起探测器卡涩原因多为机械方面原因，大修期间，可进行如下预维操作。

3.1 驱动机构链条的张紧力调节

链条过紧会导致驱动电缆卡死，过松则会导致链条通过驱动卷盘空转，调节链条尾端的张紧螺母进行链条张紧力调节，随后使用1mm 塞尺来进行判定驱动电机链条的张紧力，以塞尺在链条之间来回滑动不卡涩且有一定应力为宜。调节螺母位置如图3 所示。

3.2 力矩限制器力矩大小调整

根据RIC 系统手册及预维大纲，当中未对力矩限制器进行预维要求，可以根据日常运行期间RIC 探测器的行走状况来判断是否需要调整力矩。当某个探测器经常性卡涩，可尝试在允许范围内（＜56N·M）[2]进行力矩调大，初步解决此问题。当然，这只是治标不治本，尽快找到摩擦力增大的原因而后进行处理。相比动辄更换70 万元左右的探测器，在不影响设备安全的情况下这种方法还是可取的。

3.3 探测器驱动电缆预维

探测器经常在堆芯内移动，堆芯内的水汽渗透进来，导致驱动电缆锈蚀，尤以顶部较为严重，每循环可将探测器抽出，进行润滑脂的涂抹。但有两个注意点：1）在涂抹过程中做好辐射防护工作，期间有放射性粉尘和高剂量的探测器探头；2）防止涂抹过多润滑脂，已有机组反馈，因润滑脂涂抹过多导致指套管泄露，探测器报警。

3.4 微动开关预维

微动开关在以往大修检查时的损坏统计概率是较高的，在大修期间对微动开关进行如下检查：滚轮是否能够正常转动，若不能则进行更换。滚轮不能转动时，同轴电缆一直摩擦滚轮同一侧，塑料滚轮塌陷导致探测器端头无法触碰到探头，不能正常触发微动开关，微动开关失效，使用仿探测器进行通道滑动，观察能否正常触发微动开关继电器动作。