秦二厂地震仪表系统升级改造分析与论证

卢建，黄靖，关悦，朱鹏飞，王中敬

（中核运行维修三处，浙江 海盐 314300）

1 系统概述

1.1 系统功能

根据核电厂相关规范要求，核电厂必须设置地震监测仪表，实时监测随时可能发生的波和核电厂区的地震活动。当地震发生时，重点在于尽可能快速确定地震是否超过设置的预定条件，并在超过设定阈值时提供地震报警，地震仪表就是为此提供地面运动振荡的信息。地震仪表系统（以下简称KIS 系统）用于向核电站操作员提供地震信息，这些信息包括：KIS 系统一旦检测有达到或超过设定阈值的地震动时，各个子仪表系统将及时作出反应；进行地震加速度采集、保存完整的地震数据，及时打印输出地震报告（设置在核电厂区各个位置测点的地震动最大峰值加速度值、地震发生起止时间)；需要时，打印输出设定测点的加速度时程曲线、加速度反应谱数据表、反应谱曲线图；当地震强度达到或超过OBE 设定值时，向核电厂主控室发出OBE 报警。

1.2 设备组成

KIS 系统按照核电厂设计要求，在核安全壳基础上设置了3 台三轴向加速度传感器作为地震开关，这些加速度传感器获取的地震动信号通过各自的电缆传输到仪控室的中心信息处理机柜。在至少有1 台地震开关的1 个轴分向上监测到加速度值达到预先设置的阈值时（0.01g），启动加速度子系统，完成地震数据的记录存储。当至少2 台地震开关发生以下情况：其中的两个水平方向上监测到的地震加速度矢量和超过设定的OBE阈值（0.075g）或竖直方向上监测到地震加速度超过预定的OBE 阈值（0.05g）时，则判定发生了OBE 事件。而当检测到的地震达到OBE 值时，系统向设备控制室发出OBE 地震开关信号。

2 升级改造来源与目的

根据公司文件《EP-QN-1211 应急状态分级初始条件和行动水平（秦二厂1、2 号机组）》8.3 应急状态分级初始条件和应急行动水平要求，当核电厂地震仪表开关被触发（地面水平加速度）时，地面水平加速度分别大于等于0.01g、0.075g、0.15g 时，核电厂需要分别进入应急待命、厂房应急、场区应急。而目前9KIS 系统只有0.075g 一个报警，因此不满足管理要求。建议增加0.01g 及0.15g 报警。

为了满足管理要求，本项目拟对现有的秦山二期9KIS 地震仪表系统在原来系统功能的基础上进行改造，改造后的系统将有三种地震报警输出，即新增EVENT 阈值超限报警（0.01G）、新增SSE 阈值超限报警（0.15G）、原有OBE 报警（0.075G）。改造后，运行人员可以按照《EP-QN-1211 应急状态分级初始条件和行动水平（秦二厂1、2 号机组）》的要求，当核电厂地震仪表开关被触发（地面水平加速度），地面水平加速度分别大于等于0.01g、0.075g、0.15g 时，核电厂需要分别进入应急待命、厂房应急、场区应急的行动。

3 可行性、人因工程、抗震、安全和环境影响分析

3.1 可行性分析

KIS 机柜改造在电气厂房5 楼，具备良好的施工条件。KIS 机架增加2 根4 芯电缆从报警机箱接头直接送出，KSA 机架与KIS 有关信号端子排位置很紧张，无多余空间，拟设计增加新的端子排来满足改造需求。

3.2 人因工程影响分析

本次变更改造没有在主控室增加设备或标识，人机接口没有改变。

如变更涉及以下影响人因的因素，需要对影响进行分析和评估，并给出防人因措施。

表1 存在人因与应对措施

3.3 抗震性能分析

本次变更改造是用新报警箱替换原报警箱，新报警箱与原报警箱相比，仅前面板增加一个报警指示灯和后面板增加两个报警接插件，原系统机柜重量约300kg，改造后机柜重量增加约0.01kg（增加一个指示灯），因此，对系统机柜的影响极小；同时，报警箱材料、安装方式、安装位置和外形尺寸保持不变，因此，本次变更改造对系统机柜的抗震性能无影响。

本次改造用UNO-3285G 型工控机替代已停产的AWS-8259 型工控机，安装次序与之前的安装方式保持一致；即工控机显示器竖直安装固定，通过原有的螺栓固定孔固定在前面板上；工控机主机安装在显示器后方，通过抱箍固定在衬板上。更换安装完成后，机柜重心配比无变化，旧系统的工控机安装配重为22kg,更换改造后，总的配重为21.5kg,与之前的配重保持一致，此工作不影响机柜柜体的重量、质量分配、重心位置及共振频率等。

4 现场测试

4.1 测试目的

本次对秦山核电二厂1/2#机组KIS 地震仪表系统三轴向加速度传感器的参数进行标定，并获得标定结果；对地震仪表系统进行系统总调测试、触发功能测试、故障检测及维修，以确保该地震监测系统正常运行，满足地震监测的要求。

4.2 测试标准及依据

依照《NB/T20076-2012 核电厂地震仪表准则》验收标准：灵敏度误差应小干满量程的5%，对应灵敏度误差范围应为（2.5 土2.5×5%）V/g，即标定数据在（2.375～2.625）V/g 内即可判别为合格；横轴灵敏度应不超过0.03g(滴量程1g)，即横轴灵敏度测量结果应在3%以内；幅频特性误差范围应小于满量程5%，测试数据在0.9500 ～1.0500 即可判别为合格。

4.3 拆卸传感器前的系统测试

拆卸传感器前需要对系统进行一些必要的测试并做好相应的记录，以诊断该地震监测系统的运行状态，便于后续的检修，该系统测试内容主要包括外观检查，通道噪声测试、传感器响应测试、报警功能测试等方面。

4.4 有源传感器主要参数的振动台测试

传感器的好坏可以通过前述在线传感器响应测试进行初步判断，使用振动台可以完成传感器主要参数的离线测量，通过现场配备的振动台系统校准软件控制振动台的输出振动信号，对标准传感器和被测传感器的各轴向输出信号进行采样、处理、比较，可判断被测传感器的主要参数是否符合要求。本次现场测试，主要获取被测传感器的各轴向灵敏度、横轴灵敏度、幅频特性等参数值。

4.5 灵敏度测试

以被测传感器的X 轴为例，其灵敏度测试步骤如下。

（1）将被测传感器与标准传感器安装到振动台上，并确保被测传感器的X 轴、标准传感器测量轴均与振动台的振动方向一致。

（2)通过连接的信号转接及控制单元采集，将被测传感器的X 轴输出信号和标准传感器的输出信号连分别接入到相应的X 轴和标准轴输入。

（3）设置数字信号发生器为幅值4Vp-p、频率5Hz 的输出，功率放大器设置为恒压，逐渐增大驱动电流，并通过专用软件观察标准传感器和被测加速度传感器的输出波形，增大振动加速度通过专用软件保存数据。改变功率放大器的驱动电流，并记录数据3 次。

4.6 横轴灵敏度测试

以被测传感器的X 轴为例，其横轴灵敏度测试步骤为：将被测传感器与标准传感器安装到振动台上，并确保被测传感器的X 轴、标准传感器测量轴均与振动台的振动方向一致，通过连接的信号转接及控制单元采集，将被测传感器的X 轴输出信号和标准传感器的输出信号连分别接入到相应的X 轴输入。设置数字信号发生器幅值4Vp-p、频率5Hz 的输出，功率放大器设置为恒压，逐渐增大驱动电流，并通过专用软件观察标准传感器的输出波形，增大振动加速度通过专用软件保存数据，改变功率放大器的驱动电流，并记录波形三次。通过专用软件打开所记录的文件，读取标准传感器输出波形的波峰值和波谷值，并求取均值。

4.7 幅频特性测试

以被测传感器的X 轴为例，其灵敏度测试步骤为：将被测传感器与标准传感器安装到振动台上，并确保被测传感器的X 轴、标准传感器测量轴均与振动台的振动方向一致。通过连接的信号转接及控制单元采集，将被测传感器的X 轴输出信号和标准传感器的输出信号连分别接入到相应的X 轴输入。设置数字信号发生器为幅值4Vpp、频率5Hz 的输出，功率放大器设置为恒压，逐渐增大驱动电流，并通过专用软件观察标准传感器和被测传感器的输出波形，增大振动加速度通过专用软件保存数据。依次将信号发生器输出频率设定为5Hlz、10Hz、15Hz、20Hz、30Hz、50Hz 输出，并通过工作电脑专用软件观察标准传感器和AC-23 加速度传感器的输出波形。

4.8 地震开关通道触发测试

4.8.1 地震事件触发检查

地震事件触发条件：地震开关检测到任一X、Y、Z 方向加速度值达到0.01g 阀值，可触发地震事件报警。同时，或对任一X、Y、Z 方向分别检测：以5Hz正弦信号分别送到每台地震开关x/Y/Z 轴向的任意一轴向的输入端，幅度在Vpp=5DmY 进行渐变直至触发地霞事件，检查地震事件的触发值（取3 次平均值）。根据误差测算，触发值0.01g，误差1.5%F.S，取0.01 ～0.02g，对应触发电压值范围为Vp-p=50 ～100mV。

4.8.2 0BE 触发检查

OBE 触发条件：地震开关中每两台（三取二）的任意水平轴向XY 轴向加速度矢量和超过0.075g 或者竖直轴向2 轴加速度值超过0.05g 时，触发0E 报警。同时或对任一X、Y、Z 方向分别检测：以6Hlz 正弦信号分别送到每台地震开关的竖直方向的输入端，幅度在Vp-p=S0OmV 进行渐变直至触发OBE，检查OBE 的触发值(取3 次平均值）。根据误差测算，触发值Z：0.05g，误差Z:1.64%F.S,取0.034 ～0.066g,对应触发电压值范围为Z：Vp-p=165 ～330mV。同样，每台地震开关的水平方向X/Y 的输入端，幅度在Vp-p=400mV 进行渐变直至触发地震事件，检查地震事件的触发值(取3 次平均值）。根据误差测算，触发值X/Y：0.075g，误差X/Y：1.73%F.S.取0.058 ～0.092g，对应触发电压值范围为X/Y：Vp-p=290 ～460mV。

4.8.3 SSE 触发检查

SSE 触发条件：地震开关中每两台（三取二）的任意水平轴向X/Y 轴向加速度矢量和超过0.15g 或者竖直轴向Z 轴加速度值超过0.1g 时，触发SSE 报警。同时，或对任一X、Y、Z 方向分别检测；以5Hz 正弦信号分别送到每台地震开关的坚直方向的输入端，幅度在Vpp=50Omv 进行渐变直至触发SSE，检查SSE 的触发值(取3 次平均位）。根据误差测算，触发值Z：0.1g，误差Z：1.82%F.S，取0.082 ～0.118g，对应触发电压值范围为Z：Yp-p=410mY’590mY。同样，每台地震开关的水平方向X/Y 的输入端，幅度在Vp-p=700mV 进行渐变直至触发地震事件，检查地震事件的触发值（取3 次平均值）。根据误差测算，触发值x/Y:0.15g，误差X/Y：1.99%F.S，取0.13 ～0.17g，对应触发电压值范围为X/Y：Yp-p=650 ～850mV。

5 结语

秦山二厂现场KIS 地震仪表系统于2022 年底完成升级改造工作，检测了系统各项功能与性能指标，并进行了数据分析，得出结论如下。

（1）各三轴向加速度传感器性能参数（包括灵敏度、横轴灵敏度及幅频特性），满足KIS 地震仪表系统运行需求。

（2）KIS 系统地震数据采集、实时显示、分析与存储功能正常，系统地震报警判别、指示与输出功能正常，阈值判别准确度等各项性能符合地震仪表准则和技术规格书的要求。

（3）系统回装恢复供电，测试完成后现场观察满48h，运行正常。

（4）建议购买传感器备件2 ～3 台。