核电厂安全壳铅垂线坐标仪校验方法探讨与研究

核电厂安全壳铅垂线坐标仪校验方法探讨与研究

李小泽,阳珍妮,邓继伟,谢雄

广西防城港核电有限公司 广西防城港 538000

摘 要 铅垂线坐标仪是监测安全壳整体形变特性的在线设备。通过对铅垂线设备厂家所使用的校验方法以及校验设备进行研究分析，对其需要优化和改进之处针对性地提出解决方案，以减少误差来源，提高校验准确性以及降低安全隐患。并根据优化方案自主研制一套校验专用工具，可用于电厂专业自主进行校验，为电厂节约较大生产维护成本，并具有推广价值，产生更大的降本提质效应。

关键字 铅垂线；安全壳形变；校验；改进优化

安全壳是核安全的第三道屏障，为了保证具备充分的机械强度，要求在其寿期内，必须获取与其行为特性有关的各种数据。铅垂线坐标仪是用于监测安全壳的直径变化及整体切向形变特性的在线设备。为了保证坐标仪正常运行和设备可用，需要对铅垂线进行定期校验。由于设备厂家具有校验资质和维护技术能力，各个核电厂的铅垂线坐标仪维护校验工作也由其进行实施。A核电厂在对厂家校验方法进行研究和跟踪实际校验过程后，发现存在待优化改进之处，通过针对性进行解决与创新，提出对应的优化改进方向。

1  背景介绍

铅垂线系统主要由测点装置、垂线、坐标仪、重锤阻尼装置以及附属保护设施组成。测量点与上端支架随着安全壳筒壁的变形而发生位移, 推动垂线沿筒壁变形方向发生移动，通过坐标仪测读到的位移即为安全壳核测点的形变量。

厂家的铅垂线校验方案是将带有重锤的铅垂线与位移标准器固定，以构成铅垂线校验测量系统。如图1所示，铅垂线校验测量系统包括铅垂线以及分别连接在铅垂线上下两端的安全壳墙体上的吊点以及重锤，吊点和重锤之间安装有测量位移的铅垂线坐标仪和位移标准器。当铅垂线移动时，记录铅垂线坐标仪和位移标准器的位移示值，计算两者偏差，以判断铅垂线坐标仪是否满足设备精度标准。

现场校验时一般采用游标卡尺作为位移标准器，预先安装校验辅助支架，使支架横梁与坐标仪X 或Y轴平行。将游标卡尺安装于辅助支架上，调整好合适位置并固定；将铅垂线与游标卡尺量爪绑扎固定；借助水平尺使辅助支架横梁安装水平，以便平行于铅垂线坐标仪光源产生的平行光；移走水平尺，从零值附近开始，每间隔约 10mm 测量并记录垂线坐标仪和基准游标卡尺示值；依次对垂线坐标仪 X 或Y 方向分别进行校验。

图1 铅垂线校验测量系统

2 分析评估

厂家校验方案可能将对铅垂线校验的准确性以及安全性产生不良影响。这些不足主要体现在：（1）水平度测量不准确，且无法实时显示当前水平度；（2）校验过程中引入的潜在误差因素较多；（3）设备和人身受伤害风险较大。下面分别予以介绍。

2.1 水平度测量不准确，无法实时显示

在校验过程中，要求基准游标卡尺所处平面时刻保持水平，卡尺的位移才能作为对垂线坐标仪校验的标准，厂家一般使用水平尺测量卡尺的水平特性。然而水平尺测量精度较低，只能通过液泡位置定性判断水平特性，加上人为读取判断，将影响到卡尺水平测量的准确性。此外水平尺只在安装游标卡尺时进行一次测量，其他时间会被移走以便空出位置移动铅垂线和量爪。如果校验过程中因操作不当或误碰等因素使游标卡尺的水平度变化，就无法及时发现并纠正，导致卡尺测量数据出现偏差。

2.2 校验过程中引入的潜在误差因素较多

目前的校验方式，在实际操作中会引入一些误差。比如校验时垂线直接与游标卡尺的量爪通过细线人为绑扎固定，由于垂线上端固定在安全壳墙壁上的锚固钉点，下端又被重锤拉伸，移动垂线时会同时受到墙壁和重锤的拉力作用，致使垂线与量爪测量面产生间隙位移，从而降低校验准确性；另一方面在安装卡尺时除了要求卡尺处于水平，还要求卡尺方向要与坐标仪（X 或Y）轴平行，由于没有设置监测专用仪器，基本无法实现相互平行。在数据处理时直接将垂线坐标仪和基准游标卡尺的示值作对比计算，从而会引入一定的计算误差。

2.3 校验效率低下且安全隐患较高

   目前校验数据测量需要等铅垂线稳定后才能进行，但由于铅垂线稳定时间长，完成一台坐标仪的校验需要花费接近2个小时。每台核电机组铅垂线校验工作将会是一项时间长，效率低的重复性任务，容易造成现场工作人员疲劳和注意力不集中，可能导致人因事件发生，影响核电厂机组安全。此外由于现场铅垂线下端吊有20Kg重锤，频繁移动有导致铅垂线断裂的风险，可能使附近设备和工作人员受到伤害，并且断裂后的维修成本和风险均较高。国内某核电厂有过类似的先例，造成了较大经济损失和不良影响。

3 改进措施

  根据上述分析，提出一套针对性改进方案，具体包括包括三部分：在线实时监测水平度，单独设置标识物和数据修正。

3.1 在线实时监测水平度

通过在游标卡尺量爪上合适位置设置较高精度的数显水平测量仪，在线实时且较为准确地测量卡尺水平度，确保卡尺一直处于水平状态，同时可以避免移走水平尺导致游标卡尺倾斜。

3.2 单独设置阴影标识物

校验时将重锤从阻尼桶中移出，采用轻便合适的吊物替代重锤，使用专用尼龙线代替原铅垂线（钢丝），将线一端固定吊物，一端穿过坐标仪中心孔固定在游标卡尺量爪上，这样尼龙线就只受吊物重力，即可能降低设备人员受伤害风险，同时还能缩短校验时间，提高校验效率。

3.3 数据修正

实际操作中，基准游标卡尺方向与坐标仪的X或Y轴无法保证绝对平行，通过修正计算，将修正值与基准游标卡尺示值进行对比，减少直接比较带来的误差影响。以校验坐标仪Y轴方向为例。垂线固定在卡尺量爪上，沿着基准卡尺方向移动，其运动轨迹相对Y轴为一条斜线。该斜线与其在X、Y轴上的投影形成直角三角形。将坐标仪在X、Y轴上的示值变化量△X和△Y进行数据处理，得到斜边变化量，将其与基准游标卡尺示值变化量进行偏差对比。

3.4 改进方案的具体实现

  根据新方案，设计了一种核电厂铅垂线坐标仪校验专用工具，如下图3。

1 辅助支架 2 数显游标卡尺 3 数显水平仪 4尼龙线 5 吊物 6 卡座

图3 铅垂线坐标仪校验专用工具

4 结论

铅垂线坐标仪由于精度较高，在校验过程中应尽量减少误差源，以便通过校验能准确的判断设备状态。对铅垂线设备厂家所使用的校验方法进行分析与探讨，发现存在待优化和改进之处。针对性地制定优化解决方案，能在一定程度上减少误差来源，提高校验准确性，并且降低安全风险。优化方案具有较强的可行性与操作性，已在A核电厂大修中自主实施验证，取得良好的效果。

参考文献

[1]夏祖讽,王明弹,黄小林,王晓雯. 百万千瓦级核电厂安全壳结构设计与试验研究[J].预应力技术，2005，6：9-14

[2] 张会东,林松涛,谢永金. 核电厂安全壳结构变位测量新技术研究[J].工业建筑，2016，36：935-937