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核电厂安全壳结构健康数据采集系统介绍

来源:公司新闻    发布时间:2022-07-16    浏览:112次

中国是世界上少数拥有比较完整核工业体系的国家之一,一直有序、积极的推进核电的应用。从核电装机容量来看,近年来保持向好的趋势。数据显示,2020年我国核电装机容量达4989万千瓦,2021年1-8月我国核电装机容量达5464万千瓦。截至2021年12月31日,我国大陆地区共有在建和运行核电机组71台,其中运行机组53台(不含中国台湾地区)。

核电站安全壳(Reactor container)是核反应堆的保护结构,是为防止核反应堆在运行或发生事故时放射性物质外逸的密闭容器。需定期对安全壳结构性能状态进行测试分析与维护改造。截止2021年12月31日我国在运核电厂机组统计如下图所示:

图片1.png

由上图可知,我国在90年代开工建设的核电厂,如秦山核电厂、大亚湾核电厂等,目前均超过20年的运行时间,安全性态评价显得尤为重要。目前各安全壳的状态性能评价均是在大量监测数据的支撑下做出的科学判断,从而确保其安全性能。

安全壳结构性能评估主要包括:混凝土底板温控防裂、预应力损失监测、结构监测系统设计与安装、整体性试验与在役检查安全评估、耐久性评估和老化管理等。

安全壳按材料可分为钢安全壳、钢筋混凝土安全壳和预应力混凝土安全壳。目前我国在建核电站都已基本采用预应力混凝土安全壳。其核心要求是保证完整性,针对常用的预应力混凝土安全壳,实际工作中面临以下几个问题:

1.安全壳核岛底板(厚度2m以上)是核反应堆苡的基座,美国三里岛核电站正是因为堆芯融化将底板烧穿而发生严重事故。目前都采用非预应力设计,其大体积混凝土特性使得施工期间极有可能因温度应力产生有害裂缝。

2.安全壳筒体和穹顶结构为保证不会开裂都采用了预应力技术。如何了解安全壳结构中预应力体系的实际情况,其预应力水平在长达40年甚至60年的服役期间降低到何种程度,现有技术都只能间接测量和侧面反映。

3.安全壳性能评价所需传感器、采集系统的长寿命、长稳定性尚需考证。大部分传感器均为埋入式,一旦损坏或数据失真将不具备补埋条件,这对传感器性能、采集系统性能的选型、安装埋设均是非常大的考验。


一、安全壳结构监测系统(EAU)

为监测安全壳结构在服役期间和强度试验时的结构变位、应变、温度场和预应力变化,需在安全壳结构上安装监测系统 ,该系统必须能够准确捕捉到最有代表性的结构响应以供分析判断。

安全壳结构整体性试验(SIT试验),是核电站投产前对安全壳的最后一次结构性能检验,试验过程主要使用预埋应变计、温度计、表面位移计等测量系统,通过对这些系统测出的数据进行分析,以便实现对核电站安全壳结构在投产前及服役期间强度进行监测并对其安全性状性态进行评估。

测试项目:

    ●  安全壳变形测量(包括筒体径向、竖向变形测量;设备闸门孔周边径向变形、开孔直径变化测量;穹顶竖向变形测量)

    ●  安全壳局部区域的混凝土应变变化测量

    ●  安全壳局部区域的混凝土温度测量

    ●  安全壳的表面混凝土裂缝观测

    ●  安全壳外观质量情况检查

    ●  核岛厂房基础底板变形测量

    ●  预应力监测钢束的预应力监测


    二、数据采集处理系统

安全壳结构监测系统面临:现场条件复杂、测点分散、仪器种类多的特点。这对数据采集处理系统提出了更高的要求:分布性布置、精度高、本地存储与远程传输、数据处理功能强、抗干扰能力强、可靠性和长期稳定性好。

采集系统构成如下图:

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核心设备:CR6数据采集器


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     ●  SE/DIFF (单端/差分模拟测量)

     ●  COM Tx/Rx (串口 I/O)

     ●  P (脉冲测量)

     ●  VX/EX (电压激发)

       IX (电流激发)

       5V (精密5V供电输出)

     ●  RS-232 (9针D形串口)

     ●  CRBasic 编程

     ●  CS I/O

     ● PakBus®, MODBUS, DNP3, IPv4

     ●  低功耗

     ●  耐恶劣环境

     ●  以太网、USB、RS-485通讯

     ●  便携数据储存卡 (SD)

     ●  Wi-Fi (可选)

     ●  射频电台(可选)

 

三、采集系统优势:

    ●  可实现长期稳定的动态振弦测量

    ●  VSPECT技术保证测值稳定输出

    ●  振弦传感器性能诊断

      多类型传感器的混合测量

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动态振弦测量稳定性测试(36D)


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动静态测试


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50Hz动态振弦稳定稳定性统计


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VSPECT频谱分析诊断技术


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完备、灵活的数据采集与处理软件

 

参考文献:《压水堆核电厂安全壳结构整体性试验》NB/T2017-2010

《核电站安全壳结构整体性试验仪表测量系统介绍》1674-1145(2018)1-256-01


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