摘要：本文分析了核电厂关键仪控系统设备老化的机理和对策，介绍了关键仪控系统设备老化对核电机组安全运行的影响，提出通过物项替代、设备改造和优化PM等手段解决关键仪控设备老化问题，保障核电厂的长期安全稳定运行。
关键词：核电；仪控；老化机理；对策
1 仪控设备老化研究的意义
随着核电站运行时间的增加，各种类型的仪控设备会出现不同程度的老化，绝缘、测量精度及响应时间等性能的恶化，导致传感器的可靠性降低，参数漂移和闪发故障越来越频繁 。据 WANO（World Association of Nuclear Operators：世界核运营者协会）运行事件的统计显示约 10% 的核电运行事件与传感器有关，导致多起重要设备的停运，机组后撤，甚至是停机、停堆等事故的发生。因此仪控设备老化相关问题在核电站中尤为重要，无论在安全性还是经济性上尽早采取预防措施都是非常必要。
为了提高核电站安全性和可靠性，世界核电大国不约而同地开展核电站仪控设备老化管理和延长运行寿命的研究工作，指导有关预防性维修的开展，保证核电站安全有效的运行。国内也充分的认识到仪控设备老化问题的重要性，也开始进行相关研究工作，仪控设备老化问题的研究具有很重要的实践意义、经济价值和技术战略地位。
2 仪控设备老化存在的问题
随着核电站服役年限的增加，仪控设备今后将存在两大老化问题。其一是技术性老化：由于技术更新、市场竞争和企业兼并而引起的备件采购难问题。其二是设备功能性老化：由于设备本身老化而引发的性能下降，主要表现为部分元件的性能降低（如电解电容、橡胶材料）、氧化或端子松动引起的接触不良（表现在电缆、接线端子排、切换开关、控制板的插座、连接头、电源等）。
通过总体归纳和分析，认为主要的原因在于三个方面：
第一个方面是一些设备生产厂家倒闭或转型，仪控设备的备件停产，导致现场无备件可用。
第二个方面是由于仪控计算机技术的发展，厂家对早期产品升级，现场旧设备运行维护困难。随着三代核电技术的成熟，采用DCS（Distributed Control System：分布式控制系统）控制系统已是大势所趋，电子产品的更新换代所带来的问题会更加的突出。
第三个方面是部分元件的老化引起性能变化，导致系统整体功能的可靠性降低。代表元器件有电解电容、继电器、电源等。
3 关键仪控设备老化机理分析
3.1 温度、压力、流量等常规传感器
老化是在环境应力作用下的必然结果，对于温度、压力、流量等常规传感器将而言将影响其稳态性能和动态性能。潮气进入传感器，造成绝缘电阻下降，并会在输出端产生噪音，导致测量误差，其影响程度取决于温度和潮湿的程度。传感线路通常有30 -300 m之间，由于反应堆冷却剂里的污物硼结晶和其他碎渣有可能使管线部分或全部阻塞，这是核电站传感器的严重问题，将导致传感器的动态性能迟缓。振动和机械冲击会造成传感器导线冷变形，使部件松动甚至是离开原有工艺过程；也会造成传感器里绝缘材料之间的气隙再分布，从而导致响应时间的增加或减少，具体取决于振动或热冲击如何影响传感器内部零件，特别是在高温场合。
核电站中传感器易于受到许多能造成标定和响应时间退化的环境应力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆环境应力将通过以下方式影响传感器的性能：
（1）高温：长期暴露在高温环境下会影响材料的特性，造成绝缘破损或密封风干；
（2）湿度：湿度降低绝缘性能，造成金属部件的锈蚀，形成分流或短路等许多影响传感器性能的问题；
（3）温度循环变化：温度循环变化导致材料的膨胀和收缩，在传感器或它们的材料里引起应力和应变，影响传感器的性能和寿命；
（4）振动和机械冲击：振动和机械冲击在传感器部件里产生金属疲劳，并在电线和传感器材料里产生冷变形，使传感器绝缘和其他材料移位或再分布，特别在高温情况下，从而导致性能退化；
（5）电离辐射影响：辐射影响材料性质并改变传感器的输出特性，γ辐射对设备性能危害最大；
（6）化学腐蚀：化学腐蚀造成电缆护套的损坏，导致外部物质的侵入，可能在局部形成附加的接点，从而造成不正确的指示。
3.2 中子通量探测器
中子探测器是核电站超功率及超温等保护功能必不可少的传感器。核电站采用的中子探测器有多种类型，如自给能探测器、涂硼正比计数管、γ补偿电离室、非补偿电离室以及裂变室等。基于裂变原理的探测器（如裂变室），其灵敏度随可裂变材料的燃耗而降低。正比计数器的气体倍增因子与充气质量密切相关，探测器腔室的密封泄漏会引起水汽侵入产生重离子阻止倍增，致使中子探测器不能继续使用。堆外中子探测器老化的主要影响因素是测量井内含硼水的聚集，因为硼会腐蚀中子探测器。
3.3 电子元器件
分析试验表明，电子元器件故障率随时间的变化关系可用浴盆曲线描述，电子元器件的寿命周期分三个阶段：第一阶段是早期故障，此间故障率很高，且随时间增加迅速降低，在核电站安装调试阶段一般可发现早期故障；第二阶段是偶然失效，其特点是故障率低且稳定，厂商提供的电子元器件可靠性即据此确定；第三阶段是耗损失效，在此阶段故障率随时间增加而急速上升，此现象由温度循环、磨损腐蚀以及γ 辐射等老化因素引起。上述浴盆曲线对电子元器件基本都适用，但耗损阶段不同类型的设备老化机理不尽相同。
4关键仪控设备老化问题的管理对策
仪控设备老化管理的目标是通过一系列技术和管理手段，及时地检测并减缓对核电站安全、经济运行起重要作用的仪控设备的老化过程。从管理角度看，核电站仪控设备老化管理包括建立相应组织机构、明确责任划分以及人力资源培训等。
首先是应对全厂仪控设备进行分析，明确老化设备的类型，根据老化的类型采用相应处理方案。对于技术性老化，应从以下四个方面开展工作：
（1）物项替代：对于某个系统中的局部部件，由于厂家有新产品替代，在不影响原系统功能和接口不作大的修改的情况下，可进行设备换代，既可解决老化问题，也解决了备件问题。
（2）改造：当某个系统中大部分仪控设备故障率高或存在备件问题，通过物项替代又会产生许多电气接口问题时，建议制定相关的改造计划。
（3）国产化：对于那些国外厂家己停产、经论证在国内可以生产的设备要逐步进行国产化。这一部分设备主要集中在常规岛和BOP，除个别类似于汽轮机调节系统的设备外，大部分设备可以国产化。
机组运行维护期间，需加强机柜间温度、湿度的控制。在机柜间设置温度、湿度表，维护人员定期进行巡检，当发现温度、湿度异常时，及时联系运行人员对通风系统进行调节，使机柜间的环境温度、湿度始终保持在合适范围。
5结束语
核电站仪控设备老化引起仪表精度降低通道响应时间增加，直接导致运行裕量降低，使核电站运行风险增加安全性减小，必须进行仪控设备有效的老化管理，以消除老化效应导致的不利影响。而且由于仪控设备更新换代较快，设备老化是必然趋势。面对未来，我们要合理规划，通过设备改造、物项替代、国产化、以及优化维修政策和内外合作解决仪控设备老化的问题，确保机组安全稳定连续运行
参考文献：
[1]卜江涛，毕道，伟核电站仪控设备老化机理及管理策略，《发电设备》，2014年5月，第28卷第3期，221-225.
论文作者:朱国亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
标签：设备论文; 核电站论文; 传感器论文; 探测器论文; 性能论文; 中子论文; 核电论文; 《电力设备》2017年第1期论文;