核電廠安全殼結構健康數據采集係統介紹

中國是世界上少數擁有比較完整核工業(ye) 體(ti) 係的國家之一，一直有序、積極的推進核電的應用。從(cong) 核電裝機容量來看，近年來保持向好的趨勢。數據顯示，2020年我國核電裝機容量達4989萬(wan) 千瓦，2021年1-8月我國核電裝機容量達5464萬(wan) 千瓦。截至2021年12月31日，我國大陸地區共有在建和運行核電機組71台，其中運行機組53台（不含中國台灣地區）。

核電站安全殼（Reactor container）是核反應堆的保護結構，是為(wei) 防止核反應堆在運行或發生事故時放射性物質外逸的密閉容器。需定期對安全殼結構性能狀態進行測試分析與(yu) 維護改造。截止2021年12月31日我國在運核電廠機組統計如下圖所示：

由上圖可知，我國在90年代開工建設的核電廠，如秦山核電廠、大亞(ya) 灣核電廠等，目前均超過20年的運行時間，安全性態評價(jia) 顯得尤為(wei) 重要。目前各安全殼的狀態性能評價(jia) 均是在大量監測數據的支撐下做出的科學判斷，從(cong) 而確保其安全性能。

安全殼結構性能評估主要包括：混凝土底板溫控防裂、預應力損失監測、結構監測係統設計與(yu) 安裝、整體(ti) 性試驗與(yu) 在役檢查安全評估、耐久性評估和老化管理等。

安全殼按材料可分為(wei) 鋼安全殼、鋼筋混凝土安全殼和預應力混凝土安全殼。目前我國在建核電站都已基本采用預應力混凝土安全殼。其核心要求是保證完整性，針對常用的預應力混凝土安全殼，實際工作中麵臨(lin) 以下幾個(ge) 問題：

1.安全殼核島底板（厚度2m以上）是核反應堆苡的基座，美國三裏島核電站正是因為(wei) 堆芯融化將底板燒穿而發生嚴(yan) 重事故。目前都采用非預應力設計，其大體(ti) 積混凝土特性使得施工期間極有可能因溫度應力產(chan) 生有害裂縫。

2.安全殼筒體(ti) 和穹頂結構為(wei) 保證不會(hui) 開裂都采用了預應力技術。如何了解安全殼結構中預應力體(ti) 係的實際情況，其預應力水平在長達40年甚至60年的服役期間降低到何種程度，現有技術都隻能間接測量和側(ce) 麵反映。

3.安全殼性能評價(jia) 所需傳(chuan) 感器、采集係統的長壽命、長穩定性尚需考證。大部分傳(chuan) 感器均為(wei) 埋入式，一旦損壞或數據失真將不具備補埋條件，這對傳(chuan) 感器性能、采集係統性能的選型、安裝埋設均是非常大的考驗。

一、安全殼結構監測係統（EAU）

為(wei) 監測安全殼結構在服役期間和強度試驗時的結構變位、應變、溫度場和預應力變化，需在安全殼結構上安裝監測係統 ，該係統必須能夠準確捕捉到最有代表性的結構響應以供分析判斷。

安全殼結構整體(ti) 性試驗（SIT試驗），是核電站投產(chan) 前對安全殼的最後一次結構性能檢驗，試驗過程主要使用預埋應變計、溫度計、表麵位移計等測量係統，通過對這些係統測出的數據進行分析，以便實現對核電站安全殼結構在投產(chan) 前及服役期間強度進行監測並對其安全性狀性態進行評估。

測試項目：

    ●  安全殼變形測量（包括筒體(ti) 徑向、豎向變形測量；設備閘門孔周邊徑向變形、開孔直徑變化測量；穹頂豎向變形測量）

    ●  安全殼局部區域的混凝土應變變化測量

    ●  安全殼局部區域的混凝土溫度測量

    ●  安全殼的表麵混凝土裂縫觀測

    ●  安全殼外觀質量情況檢查

    ●  核島廠房基礎底板變形測量

    ●  預應力監測鋼束的預應力監測

    二、數據采集處理係統

安全殼結構監測係統麵臨(lin) ：現場條件複雜、測點分散、儀(yi) 器種類多的特點。這對數據采集處理係統提出了更高的要求：分布性布置、精度高、本地存儲(chu) 與(yu) 遠程傳(chuan) 輸、數據處理功能強、抗幹擾能力強、可靠性和長期穩定性好。

采集係統構成如下圖：

核心設備：CR6raybet下载官方版

     ●  SE/DIFF （單端/差分模擬測量）

     ●  COM Tx/Rx （串口 I/O）

     ●  P （脈衝(chong) 測量）

     ●  VX/EX （電壓激發）

     ●  IX （電流激發）

     ●  5V （精密5V供電輸出）

     ●  RS-232 （9針D形串口）

     ●  CRBasic 編程

     ●  CS I/O

     ● PakBus®, MODBUS, DNP3, IPv4

     ●  低功耗

     ●  耐惡劣環境

     ●  以太網、USB、RS-485通訊

     ●  便攜數據儲(chu) 存卡 （SD)

     ●  Wi-Fi （可選）

     ●  射頻電台（可選）

三、采集係統優(you) 勢：

    ●  可實現長期穩定的動態振弦測量

    ●  VSPECT技術保證測值穩定輸出

    ●  振弦傳(chuan) 感器性能診斷

    ●  多類型傳(chuan) 感器的混合測量

動態振弦測量穩定性測試（36D）

動靜態測試

50Hz動態振弦穩定穩定性統計

VSPECT頻譜分析診斷技術

完備、靈活的數據采集與(yu) 處理軟件

參考文獻：《壓水堆核電廠安全殼結構整體(ti) 性試驗》NB/T2017-2010

《核電站安全殼結構整體(ti) 性試驗儀(yi) 表測量係統介紹》1674-1145（2018）1-256-01