核电站区域Ⅱ型γ剂量率仪调试与深化检修

刘 偲

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

本课题来源于对某核电厂工作人员场所剂量水平监测设备的深化检修，研究案例来源于该系统设备日常与大修期间的实际工作。在探讨维修有意义时有两种态度，一是维护系统与设备使其按照设计正常地运行，二是修复失效的系统和设备使其恢复设计的运行能力。纵观工业发展历史，维修经历了被动维修、以预防为主的维修和以可靠性为中心的维修。本课题是对II型区域γ剂量率监测仪的深化检修维护，在一些固有缺陷的处理方法与设备生产厂家共享，提高设备生产厂家的技术水平，为国内其他电厂同型设备提供检修经验，为赶超国外同行设备，响应国家号召，支持核电设备国产化做出贡献。

1 研究主要内容及工作原理

1.1 研究的主要内容

针对电离室类Ⅱ型区域故障率较高问题，通过总结历史故障类型，列举几种常见的故障类型，逐步分解该类型设备的各个组成部分的故障原因及修复工作的实施，并将修复后的探测器部件在标准γ辐射场中完成校准验证功能的完整性；在试验平台对修复后的除探测器以外备件进行验证，确定其功能发热完整。

图1 探测器原理Fig.1 Probe principle

1.2 研究目标

建试验平台修复故障设备，将考核通过的备件使用到现场设备上，以可靠性维修为中心的检修思想具有原创性，开创国内同类系统检修的先河。

1.3 设备的工作原理

该仪器采用的是圆柱型空气常压电离室探测器，探测器主要由1升电离室和前置放大电路组成，前置放大器采用的是全反馈电流电压放大器[1]，见图1探测器原理图。

外γ场照射到探测器上，这些射线都可以使空气中的不带电粒子产生电离，将在电离室产生一个电流信号，在高压电场作用下，电离产生的电子和正离子在负高压作用下分别向正负极运动，并产生感应电荷。将感应电荷产生的电流信号引入到前置放大电路板中，经过电子线路成形放大等过程被分析和记录并转换成一个弱电压信号。探测器产生的模拟电压信号由就地处理显示单元内部的V/F转换模块进行处理后转化成电脉冲信号，然后再输出到处理箱内部的数据处理模块进行处理后，给出最终数据信息并对测量结果进行显示。

2 设备的深化维修

2.1 探测器前放板故障处理

紧靠探测器的前置放大器可直接先将探测器输出信号放大，减小分布电容可有效提高信噪比，然后前放输出的初步放大信号可藉由屏蔽电缆远传给主放和后续仪器处理，提高系统信噪比。前放通常做成非调节式，其放大倍数恒定并要求工作稳定可靠，本文使用电路比较简单的电压灵敏前置放大器，使用的是型号为INA116P的放大器。前放电路是由一个INA116P型的放大器、一个LM119的电压比较器、一个2X4118A低漏电的电子开关等形成一个单稳态电路，在单稳态电路旁边还串一个恒流源，方便控制电路导通时的电荷量。在对现场探测器的解体深化检修的过程中发现，多数探测器存在的低值失效或过载失效故障都是由于探测器的前放板故障导致。而INA116P型前置放大电路[2]故障率最高，主要是因为具有高输入、低输出特性的MOS场效应管故障，原因主要由于其抗静电干扰能力低。

在焊接的过程中注意不要三脚等电位，或是电烙铁带电焊接，都会使场效应管破坏。需要更换新的放大器元件，元件在采购后需要进行老化处理，在实验室进行筛选，电离室放大器元件在常温下放大器线性很好，在低温和高温的情况下放大器误差≤20%，在元器件的筛查过程中，质量合格的元器件在环境变化的情况下品质能够保持稳定。部分元器件质量较差可以通过试验误差超过20%这个重量控制点筛查去掉。

探测器的前放板经过故障检修后需要对更换备件的前放电路进行调整。主要包括甄别阈、输出脉冲等的调整并对探测器在实验室进行校准。在研究的过程中，将LM119型比较器反向输入，将甄别器设计成零甄别，给集成块接地端接上负电源，经CW7905稳压后将电位器调节至设计要求的0.1V～0.2V的范围内。

2.2 集中处理单元供电电路中钽电容的影响

集中处理单元的供电模块中钽电容[3]主要是对电路中的电源进行滤波，除了具有较高的浪涌电压外，还有交流纹波电压。因此，工作中实际加到钽电容上的电压为：浪涌电压+工作电压+交流纹波电压，但是一般的钽电容耐压都不高，某一时刻瞬间加到钽电容上的电压超过钽电容的耐压钽电容就会被击穿，钽电容的制造工艺决定一旦钽电容被击穿必然会短路进而导致冒烟烧毁，电源纹波电压引起的电流长期作用于滤波电容上，使其发热和超过其耐压，导致烧毁。

对整个电路进行认真分析，发现该电源部分是为后续电路供电，而各个后续电路均有足够的滤波电容起到滤波作用，所以可以判定，该电容属于多余的设计，而且选型也有缺陷，与厂家沟通，认可以上分析。而且，随着使用年限的增加，电源的纹波会越来越大，导致钽电容提前进入寿期末，失效高发导致可靠性下降、失效，主要表现就是燃烧。属于设计缺陷，建议取消该钽电容，该类型缺陷同存在于辐射监测系统中所有国产通用型RDU中，隐患比较大，为排除隐患，将故障后果将至最低。

2.3 RS485通讯方式对测量的影响

对本文研究的区域Ⅱ型γ剂量率监测仪集中处理组件与就地处理箱之间选用的RS485通讯方式，阻抗的匹配问题是信号传输过程中必须考虑的问题，即信号线的负载应与信号线的特性阻抗相匹配。信号线的宽度、与地线层的距离以及板材的介电常数等固有特性直接影响信号线的阻抗，阻抗不匹配会使数字波形产生振荡，导致传输信号反射，造成逻辑混乱[4]。RS485通讯线的载体都是双绞线，其特性阻抗是120Ω左右，在通讯线路设计的时候，通常会在RS485通讯线的始端和末端各应串一个120Ω的匹配电阻，用来降低传输线路上信号的反射。

RS485有两线制和四线制两种接线方式，其中四线制是实现点对点的通信方式，目前采用的很少，多数使用的是两线制接线。本文中讨论的RS485通讯也是两线制接线[5]，如果没有一个合理可靠的接地方式，将会降低通道的运行可靠性。曾有错误的观点认为RS485通讯方式不需要连信号地，仅仅需要一对双绞线简单地将各端接口的端连接起来，虽然这种处理方式可以工作，但给系统埋下了隐患。

表1 探测器在标准辐射场中校准数据Table 1 Detectors calibrate data in standard radiation fields

3 深化维修后设备校准

在实验室检修维护后的Ⅱ型区域γ剂量率监测仪探测器检修后需要进行校准，在标准辐射场中对探测器选用不同距离的多点进行校准。使用标准的温湿度计对试验场所进行测定使之满足要求（温度：20℃±5℃，湿度＜75%（RH），大气压力在86kPa～106kPa范围）。

深化维修后的探测器在标准辐射场测量结果见表1，在光标1m和2m处分别用4个放射源对探测器进行校准，得出的结果与真值之间的误差最大相差在-8.86%，误差相差最小在+1.94%，都在技术规范要求的±20%范围之内，满足现场的使用要求，判定可以投入到现场使用。

4 结束语

本文主要是对区域γ剂量率监测仪的工作原理、安装调试、深化检修以及深化检修后的设备进行验证。该类仪表应用比较广泛，是重要的I0通道，该类仪表现场故障率较高。随着时间的变化，对设备的状态要求更趋严格，设备以可靠性为中心的思想逐步被提上日程，班组成员总结设备维修经验，寻找更好地将故障处理在萌芽阶段的最好办法，增加PM项目对设备进行预先维护。随着设备使用年限的增加，设备逐渐在老化，但在相关工作人员精心的维护下，故障率正在逐年降低。