核電儀器儀表對(duì)核電站的安全及有效運(yùn)行起著重要的作用。核安全重于泰山，是核電的生命線，是核電儀器儀表區(qū)別于其他常規(guī)儀器儀表的前提。溫度儀表是核電站運(yùn)營(yíng)過程中重要的測(cè)量?jī)x表，廣泛應(yīng)用于反應(yīng)堆的控制和信號(hào)采集、重要設(shè)備的保護(hù)、事故中和事故后的監(jiān)測(cè)和報(bào)警，以及環(huán)境的監(jiān)控等場(chǎng)所，保證核電站的正常運(yùn)行和安全。安全級(jí)溫度儀表選用 Pt100 熱電阻和 K型熱電偶。

      2018年12月，由上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院籌建的國(guó)家核電儀器儀表校驗(yàn)計(jì)量測(cè)試中心通過國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局驗(yàn)收。上海院新建溫度傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間校準(zhǔn)等裝置，開展鉑熱電阻性能試驗(yàn)研究，促進(jìn)核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

      上海院開展了安全級(jí)溫度傳感器質(zhì)量鑒定、進(jìn)口核級(jí)鉑熱電阻復(fù)驗(yàn)、核級(jí)鉑熱電阻時(shí)間常數(shù)在線測(cè)量?jī)x器研發(fā)驗(yàn)證等工作，討論了計(jì)量體系與核安全監(jiān)管要求的區(qū)別，提出了國(guó)家核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心服務(wù)核級(jí)溫度傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。

一、安全級(jí)溫度傳感器的鑒定
      設(shè)備鑒定是指通過試驗(yàn)、分析或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)獲得的證據(jù)，證明在規(guī)定的運(yùn)行條件和環(huán)境條件下設(shè)備能按規(guī)定的準(zhǔn)確度和性能要求起作用。開展設(shè)備鑒定應(yīng)制定鑒定試驗(yàn)大綱和鑒定試驗(yàn)程序。鑒定試驗(yàn)大綱是開展設(shè)備鑒定試驗(yàn)的綱領(lǐng)性文件，試驗(yàn)大綱應(yīng)與設(shè)備技術(shù)規(guī)格書相協(xié)調(diào)，且詳細(xì)說明應(yīng)進(jìn)行的各項(xiàng)試驗(yàn)和建立設(shè)備技術(shù)規(guī)格書與試驗(yàn)結(jié)果之間的聯(lián)系，以使所提供的證據(jù)證明所采用的試驗(yàn)方法是合適的。試驗(yàn)程序用以規(guī)定和說明鑒定試驗(yàn)的項(xiàng)目、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)和測(cè)試方法、操作和測(cè)試步驟、以及驗(yàn)收準(zhǔn)則等。

圖1 1E級(jí)嚴(yán)重事故用鉑熱電阻溫度傳感器及其連接系統(tǒng)

      上海院對(duì)某公司生產(chǎn)的 1E級(jí)嚴(yán)重事故用鉑熱電阻溫度傳感器及其連接系統(tǒng)（見圖 1）進(jìn)行了設(shè)備鑒定，該傳感器主要用于穹頂溫度的測(cè)量。試驗(yàn)項(xiàng)目及參數(shù)如表 1 所示。試驗(yàn)項(xiàng)目在上海院、上海自動(dòng)化儀表有限公司、上海電纜廠、同濟(jì)大學(xué)和中國(guó)原子能科學(xué)研究院等單位完成。此次設(shè)備鑒定歷時(shí) 1 年半，服務(wù)企業(yè)完成相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化和自主化生產(chǎn)。

二、進(jìn)口核級(jí)鉑熱電阻復(fù)驗(yàn)
      根據(jù)《進(jìn)口民用核安全設(shè)備監(jiān) 督 管 理 規(guī) 定（HAF604）》，國(guó)務(wù)院核安全監(jiān)管部門及其所屬的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)對(duì)安裝和裝料前調(diào)試階段涉及安全性能的試驗(yàn)進(jìn)行必要的選點(diǎn)見證，并制作見證記錄。
核級(jí)快速響應(yīng)鉑熱電阻溫度傳感器（見圖 2），安裝在核電站每條冷卻劑環(huán)路熱段和冷段，其值取決于反應(yīng)堆的功率水平，用于反應(yīng)堆控制和保護(hù)，當(dāng)其偏差過大時(shí)報(bào)警和緊急停堆，還用于控制棒組的移動(dòng)及二回路系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù)是其一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，是 1E 級(jí)的儀控電設(shè)備，目前幾乎完全依賴進(jìn)口。

圖2 核級(jí)快速響應(yīng)鉑熱電阻溫度傳感器

      進(jìn)口核安全設(shè)備質(zhì)量直接關(guān)系核電廠運(yùn)行安全，上海院積極對(duì)接進(jìn)口核安全設(shè)備注冊(cè)檢驗(yàn)部門、核電站、生產(chǎn)廠家，為進(jìn)口核級(jí)快速響應(yīng)鉑熱電阻溫度傳感器復(fù)驗(yàn)提供技術(shù)服務(wù)，為守護(hù)進(jìn)口核設(shè)備的國(guó)門關(guān)口提供計(jì)量校準(zhǔn)保障。復(fù)驗(yàn)主要涉及溫度傳感器的絕緣電阻、介電強(qiáng)度、允差、時(shí)間常數(shù)和水壓試驗(yàn)。上海院是國(guó)內(nèi)唯一獲得國(guó)家進(jìn)口核安全設(shè)備注冊(cè)檢驗(yàn)部門認(rèn)可的全項(xiàng)目復(fù)驗(yàn)提供者，已先后為昌江等7家核電站提供復(fù)驗(yàn)服務(wù)。

三、鉑熱電阻時(shí)間常數(shù)在線測(cè)量
      由于1E級(jí)快速響應(yīng)鉑熱電阻對(duì)核電站安全運(yùn)行的重要性，其關(guān)鍵參數(shù)動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)時(shí)間需要定期在線檢測(cè)，這需要專門的測(cè)試系統(tǒng)，該技術(shù)一直被國(guó)外公司壟斷，收費(fèi)高昂。上海核工程研究設(shè)計(jì)院開展技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了多通道熱電阻響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)。在研發(fā)過程中，為驗(yàn)證多通道熱電阻響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)的誤差及性能可靠性，上海院對(duì)溫度傳感器動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)校準(zhǔn)裝置（見圖 3），進(jìn)行了改造。

圖3 溫度傳感器動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)校準(zhǔn)裝置

      圖 3 所示的溫度傳感器動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)校準(zhǔn)裝置，主要由恒溫恒速循環(huán)水槽、機(jī)械臂、溫度變送器（不含被測(cè)溫度傳感器）和數(shù)字示波器組成。循環(huán)水槽的流速通過微型多普勒流速儀測(cè)定。設(shè)備的主要的特征參數(shù)如表 2 所示。被測(cè)溫度傳感器固定安裝在機(jī)械臂的夾具上，傳感器引線接到溫度變送器上，溫度變送器輸出的電壓信號(hào)與示波器相連。變送器將溫度輸入值線性地轉(zhuǎn)換為電壓輸出值。待恒溫恒速循環(huán)水槽的水溫和流速穩(wěn)定在設(shè)定值允許波動(dòng)范圍內(nèi)，啟動(dòng)機(jī)械臂將被測(cè)溫度傳感器擲入水中。示波器采集到溫度傳感器的溫度變化曲線，使用示波器光標(biāo)在屏幕上讀取熱響應(yīng)時(shí)間。

      對(duì)某溫度傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)時(shí)間測(cè)量，示波器采集的結(jié)果如圖4所示。圖中曲線1表示被測(cè)溫度傳感器的溫度，曲線 2表示階躍觸發(fā)信號(hào)。0為溫度出現(xiàn)階躍變化的時(shí)刻，即被測(cè)溫度傳感器與水面接觸的時(shí)刻；1為傳感器輸出溫度達(dá)到階躍溫度量63.2%的時(shí)刻。為驗(yàn)證多通道熱電阻響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)的誤差及性能可靠性，選取了國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的3支熱電阻進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，其中1支測(cè)試了帶套管和不帶套管的兩種工況。試驗(yàn)選取了3個(gè)溫度階躍，3個(gè)流速水平，采用響應(yīng)面法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以減少試驗(yàn)次數(shù)。通過前期實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，多通道熱電阻響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)于2020年5月進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，順利完成了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集工作。多通道熱電阻響應(yīng)時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)具有極低的噪音水平，具有測(cè)試信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入、自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、顯示、記錄和分析等功能。

圖4 某溫度傳感器動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)時(shí)間測(cè)量結(jié)果

四、問題與討論
      核安全是核電的生命線，秉承嚴(yán)慎細(xì)實(shí)的監(jiān)管理念，進(jìn)口民用核安全設(shè)備復(fù)驗(yàn)過程長(zhǎng)、準(zhǔn)備文件多。核電站應(yīng)向監(jiān)管部門提交復(fù)驗(yàn)方案、開展試驗(yàn)場(chǎng)地先行檢查，第三方提交人員資質(zhì)和設(shè)備證書，對(duì)于如鉑熱電阻使用數(shù)量較多的設(shè)備，導(dǎo)致復(fù)驗(yàn)過程重復(fù)工作較多。應(yīng)該對(duì)相同型號(hào)的設(shè)備形成統(tǒng)一的復(fù)驗(yàn)方案，采信中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì) CNAS 評(píng)審的校準(zhǔn)和測(cè)量能力，免于提交人員資質(zhì)和設(shè)備證書。

      復(fù)驗(yàn)方案是進(jìn)口民用核安全設(shè)備復(fù)驗(yàn)的依據(jù)，目前復(fù)驗(yàn)方案由各核電站制定，報(bào)國(guó)家核安全監(jiān)管部門備案。各核電站在制定復(fù)驗(yàn)方案時(shí)，對(duì)同一型號(hào)鉑熱電阻復(fù)驗(yàn)參數(shù)選擇不一，如對(duì)允差的校準(zhǔn)，有的核電站選取3個(gè)溫度點(diǎn)，有的核電站選取7個(gè)溫度點(diǎn)；又如絕緣電阻測(cè)量，有的核電站選取100VDC電壓下試驗(yàn)，有的電站選取500VDC電壓下試驗(yàn)；再如水壓試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)壓力平臺(tái)的保持時(shí)間，有的核電站要求不少于30min，有的核電站要求不少于1h。復(fù)驗(yàn)參數(shù)選擇不同，導(dǎo)致復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)準(zhǔn)備不同，結(jié)果認(rèn)定差異。且對(duì)于水壓試驗(yàn)結(jié)果的判定，更多是定性的判斷有無泄漏，沒有定量指標(biāo)。因此，應(yīng)該逐步對(duì)常用的相同型號(hào)的設(shè)備形成統(tǒng)一的復(fù)驗(yàn)方案。

五、結(jié)束語(yǔ)
      本文介紹了上海院開展安全級(jí)溫度傳感器質(zhì)量鑒定、進(jìn)口核級(jí)鉑熱電阻復(fù)驗(yàn)、核級(jí)鉑熱電阻時(shí)間常數(shù)在線測(cè)量?jī)x器研發(fā)驗(yàn)證等工作，討論了計(jì)量體系與核安全監(jiān)管要求的區(qū)別。針對(duì)核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卡脖子問題，產(chǎn)業(yè)計(jì)量校準(zhǔn)測(cè)試中心和產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試聯(lián)盟應(yīng)該發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)對(duì)接產(chǎn)業(yè)需求，開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，制定團(tuán)體或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供計(jì)量校準(zhǔn)支撐。
作者：上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院（國(guó)家核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心） 劉波 鄒冰妍　 喬家廣 任學(xué)弟 徐炎