研究堆辐射监测系统故障检修方法

葛 源，袁志敏，贾亚青，邓伟杰，石 强

（中国核动力研究设计院，成都 610005）

研究堆辐射监测系统对研究堆的安全运行起着重要作用，通常包括16N 监测系统、元件破损监测系统、主冷却器破损监测系统、工艺间γ 监测系统、低放惰性气体β监测系统。研究堆因特殊的环境和频繁倒换工况运行的特点，使辐射监测系统在运行中的故障产生分布有一定的规律。通过分析某研究堆辐射监测系统长期运行以来的故障数据，结合运行维修经验，总结出典型的故障检修方法，以供借鉴。

1 典型探测模式和原理

1）16N 监测系统

16N 监测是通过测量一回路水中16N 的γ 剂量率从而间接监测反应堆功率。其探测器为空气电离室，将γ 射线转为脉冲信号，经过放大、整形、滤波、V-F 转换等处理，将数字信号输入至处理组件进行处理、显示、报警及与上位机通讯。

2） 缓发中子监测系统

缓发中子监测由BF3 中子探测器和处理组件实现，通过监测反应堆一次水中的缓发中子数来监督燃料元件包壳的完整性。BF3 中子探测器将入射的中子经慢化层慢化后与正比计数管中BF3 气体反应，反应后计数管产生的负脉冲，经过放大、整形等处理[1]，最后输出标准的矩形波脉冲信号至处理组件进行处理、显示、报警及与上位机通讯。

图1 辐射监测系统故障占比分布图Fig.1 Fault proportion distribution of radioactivity detecting system

3）γ 剂量率监测系统

γ 剂量率监测用于破损元件总γ、区域环境γ 剂量率的监测，由GM 管数字探测器和处理组件实现。探测器内将探测到的γ 射线经整形、放大并分频后交由单片机处理，将其转化为代表放射性剂量率的数字信号[2]，传输至处理组件处理、显示、报警及与上位机通讯的功能。

4）惰性气体β 监测系统

惰性气体β 监测由塑料闪烁体探测器和处理组件实现，用于监测工艺间放射性气体。取样容器中的惰性气体发出的β 射线入射到探测器，经其内部的光电倍增管最终产生光脉冲信号，经过放大电路和单道脉冲信号输出标准信号至处理组件处理、显示、报警及与上位机通讯。

5）污水监测系统

污水监测碘化钠闪烁体探测器和处理组件实现，用于监测主热交换器传热管是否破损。当主热交换器传热管破损时，二次水中的γ 射线入射到碘化钠晶体时引起闪光，再经由光电倍增管产生光脉冲信号，经电容耦合至射极输出器的输出端[3]，经放大电路和单道脉冲幅度分析电路，输出标准信号至处理组件处理、显示、报警及与上位机通讯。

6）计算机监控系统

计算机监控系统用于将处理组件的数据进行集中采集与显示，并实现工艺间惰性气体β 取样电磁阀的远程控制。

2 典型故障类型分析

根据研究堆运行维护经验，辐射监测系统各监测类型产生的故障主要包括：探测器故障、测量箱故障、处理组件故障、电源故障、线路故障、电磁阀故障、计算机故障等，其故障占比分布如图1 所示。由图1 可见，故障类型主要集中在探测器故障和处理组件故障两方面，三者之和达到70.1%。探测器故障的主要表现在探测器制造质量不佳、环境干扰、高压电源电路和放大器前置于辐射场所致，处理组件故障的主要表现在总线通讯存在数据丢失、延时、死机。

3 典型故障的检修方法

3.1 常用的检修方法介绍

由于故障类型主要集中在探测器故障和处理组件故障两方面，故将这两类故障检修方法作为典型进行探讨。故障发生后，会出现各种故障现象，采用适宜的方法对故障进行快速准确判断，从而查找出故障部位。通常采用观察法、敲击手压法、对比法、替换排除法、测量法、标准信号检查法等方法。

3.2 处理组件故障检修方法

1）根据故障现象分析故障的原因、判断故障范围

若计算机软件界面中某处理组件对应测点的数据显示为灰色，而该处理组件具有正常的测量数据，且计算机软件界面其他对应测点信号数据正常。据此可以判断出是处理组件通讯部件或者通讯线路故障。

2）排查判断通讯线路是否故障

关闭仪器电源，采用观察法和手压法检查通讯线路是否接触良好，必要时用万用表检查通讯线路是否断路或短路。若其接触良好，开机后若仍然无法通讯，即可判断为处理组件通讯部件发生故障。

3）更换同型号备用组件

采用替换法，用同型号的备用处理组件替换已故障的组件，并设置新换组件的通讯参数，通讯应恢复正常。

4）故障组件的检修

组件的通讯故障可能由电源故障、通讯模块故障、光耦隔离模块故障、电源模块故障、驱动模块故障、线路板故障、接触不良等因素引起，其检修方法如下：

通过观察法、手压法以及万用表来检测电子学线路是否完好，元器件模块是否正常以及处理组件通讯线路、电源线路通断情况。

3.3 探测器故障检修方法

1）根据故障现象分析故障原因和范围

当发生探测器故障时，处理组件将显示无测量值或测量值不稳定现象，计算机显示并伴有相应显示。处理组件显示无测量值时，处理组件发出失效报警信号和计算机显示该测点失效报警信号。测量值不稳定时，测量值可能发生量级上变化，并发生报警信号，计算机显示该报警测点。使用观察法，查看处理组件参数设置是否正确，如果有不正确，根据参数对照表进行参数更改设置，即可排除故障因处理组件故障引起。

2）排查判断供电电缆是否故障

关闭仪器电源，采用观察法和手压法检查处理组件与探测器电缆是否接触良好，必要时用万用表检查通讯线路、电压电路、高压电路是否断路或短路。若其接触良好，开机后若仍然无法恢复正常，即可判断为探测器发生故障。

图2 探测器原理框图Fig.2 Detector principle block diagram

3）更换同型号备用组件

采用替换法，用同型号的备用探测器替换已故障的探测器，并设置新换探测器的相关参数，测量值应恢复正常。

4）故障探测器的检修

根据探测器原理，探测器故障可能由电源故障、放大电路故障、整形电路故障、甄别电路故障、分频电路故障、探测器与处理组件通讯故障、GM 计数管故障、线路板故障、接触不良等因素引起，探测器原理框图如图2 所示。其具体检修方法如下：

①通过观察法，手压法以及万用表来检测电子学线路是否完好，元器件模块是否正常以及处理组件通讯线路、电源线路通断情况。

②上述检查均正常后，通电检查。用万用表逐一测量各模块的相应供电电压是否正常，若不正常，则判断该模块或电源模块故障。可先更换该模块，如电压未恢复正常，则确定电源模块故障，更换电源模块。

③若供电均正常，即可判断模块故障可能性较大。可采用替换排除法，使用备用模块逐一更换排除。

④用示波器、万用表等查看放大电路、整形电路、甄别电路、分频电路部分有无自激震荡，输出波形有无畸变现象，电子学线路静态工作点满足要求后，对相应输入端加入信号源，用示波器、万用表等查看放大部分有无自激震荡，输出波形有无畸变现象，排除电路故障。通讯故障可参照处理组件通讯检查方法。

⑤若以上均正常，即可判断为GM 计数管故障。无测量值时，关闭仪器电源，更换同型号低量程GM 计数管。开机检查，探测器均可恢复正常测量。测量值不稳定并发生报警信号时，关闭仪器电源，先更换同型号低量程GM计数管。开机检查，若还不能解决故障，关闭电源，再更换同型号高量程GM 计数管，探测器均可恢复正常测量。最后，用137CSγ 源验证测量值正确性。

⑥恢复现场使用后，若还伴有测量数据不稳定，即可能为干扰所致，根据仪器使用环境确定干扰源，切断干扰源或提高元器件抗干扰能力。

⑦以上均正常后，仪器恢复正常使用，检修工作完成。

4 结论

本文结合研究堆运行经验，通过对辐射监测系统典型故障的检修方法进行总结，为有效处理系统常见故障、恢复仪器的功能提供了建议，同时也为其他研究堆和核电站的辐射监测系统检修维护和设计提供借鉴。