Приложение С (справочное). Методы испытаний времени реакции для датчиков давления и нейтронных

Приложение С
(справочное)

Методы испытаний времени реакции для датчиков давления и нейтронных детекторов

С.1 Введение

Методы испытания времени реакции для датчиков давления можно разделить на две группы испытаний:

a) традиционный метод, который применялся с тех пор, как начались испытания в середине 70-х гг. прошлого века, и

b) оперативные методы, которые основаны на новых технологиях, разработанных и утвержденных в середине 80-х гг. прошлого века. Преимущество оперативных методов состоит в том, что они допускают дистанционное испытание при нормальных рабочих условиях, тогда как традиционный метод требует физического доступа к каждому преобразователю и обычно не может применяться во время работы атомной станции. Краткое описание традиционных и оперативных методов приведено ниже. Более подробную информацию читатель может получить в библиографии. Также в настоящее приложение включено описание метода анализа шумов для удостоверения того, что в трубопроводах измерения давления нет существенных закупорок, воздушных пробок или протечек.

С.2 Традиционный метод

Традиционный метод испытания времени реакции датчиков давления включает в себя гидравлический генератор давления для выдачи тестового сигнала в форме ступеньки или линейного изменения. Испытание с линейным изменением используется чаще, чем испытание со ступенчатым сигналом, потому что проектные аварии на атомных станциях обычно предполагают переходные процессы с линейным изменением давления.

Тестовый сигнал давления, сгенерированный гидравлическим генератором пилообразного напряжения, подается на испытуемый датчик и одновременно на высокоскоростной эталонный датчик. Выходные сигналы этих двух датчиков регистрируют на двухканальном устройстве регистрации и используют для определения времени реакции датчика.

В данном испытании время реакции датчика давления обычно определяется как запаздывание между реакцией эталонного датчика и испытуемого датчика при прохождении через уставку.

С.3 Оперативные методы

Разработаны и утверждены два метода натурного испытания времени реакции датчиков давления в том виде, в каком они установлены в рабочих технологических процессах, - "метод анализа шумов" и "испытание РЭ". Метод анализа шумов может использоваться для испытания времени реакции большинства датчиков давления, но испытание РЭ применимо только к датчикам давления компенсационного типа. Датчики давления компенсационного типа также могут испытываться методом анализа шумов, но испытание РЭ используется чаще, чем метод анализа шумов, потому что испытание РЭ подразумевает более простую процедуру. Конкретнее, для выполнения испытания РЭ электропитание на датчик выключают на несколько секунд и затем снова включают, тогда как выходной сигнал датчика регистрируется. В результате испытания получают выходной сигнал переходного процесса, который затем анализируют, чтобы определить время реакции датчика. Анализ включает в себя изъятие экспоненциальной составляющей данных из переходного процесса испытания РЭ и анализ этой экспоненциальной составляющей, для того чтобы получить время реакции. Изъятие экспоненциальной составляющей обычно проводят численным методом, а анализ экспоненциальной составляющей - с помощью алгоритма аппроксимации методом наименьших квадратов.

Метод анализа шумов основан на контроле естественных флуктуации, которые существуют на выходе датчиков давления, в то время как станция работает. Эти флуктуации (шумы) обычно обусловлены турбулентностью, вызванной потоком воды в системе, случайной теплопередачей в активной зоне и другими естественными явлениями. Из выходного сигнала датчика извлекают шумы, удаляя постоянную составляющую сигнала и усиливая переменную составляющую. Постоянную составляющую удаляют, проводя выходной сигнал датчика через фильтр верхних частот или путем сдвига смещения сигнала постоянным током. Данный процесс оставляет переменную составляющую, которую проводят через фильтр нижних частот для сглаживания и удаления высокочастотных электрических шумов. Затем сигнал оцифровывают с помощью аналого-цифрового преобразователя и сохраняют на компьютерных дисках для последующего анализа.

Анализ шумовых данных проводят в частотной области и/или временной области, и он основан на допущении, что динамические характеристики датчика линейны, а входной шумовой сигнал (то есть технологические флуктуации) имеет надлежащие спектральные характеристики. Анализы в частотной области и временной области - это два различных метода для определения времени реакции датчиков, и обычно полезно проанализировать данные обоими методами и усреднить результаты, исключая любые выбросы. Ниже следуют описания анализа шумовых данных в частотной области и временной области для определения времени реакции датчиков давления.

С.3.1 Анализ частотной области

В анализе частотной области сначала генерируется спектральная плотность мощности (СПМ) шумового сигнала, обычно с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ), что включает в себя передачу записи шумовых данных в стандартный программный пакет БПФ для того, чтобы получить на выходе СПМ. Конечно, все пакеты программ, используемые для генерации СПМ и другого анализа, должны сначала быть проверены и утверждены в соответствии с формальной программой обеспечения качества (ОК), которая включает в себя формальные процедуры разработки программного обеспечения и программу верификации и валидации (ВиВ) программного обеспечения. После того как получена СПМ, математическая функция (модель), подходящая для испытываемого датчика, аппроксимируется к СПМ для получения параметров модели, которые затем используются для расчета времени реакции датчика.

СПМ датчиков давления атомной станции имеют различные формы в зависимости от станции, установки и обслуживания датчика, технологического режима и других воздействий.

С.3.2 Анализ временной области

Для анализа временной области шумовых данных используется метод авторегрессивного (АР) моделирования. Запись шумовых данных для каждого датчика аппроксимируется к общей авторегрессивной модели порядка "n". Аппроксимация записи шумовых данных определит коэффициенты модели. Эти коэффициенты затем используются для получения таких динамических дескрипторов, как реакция датчиков на импульс, реакция на скачок и реакция на линейно-нарастающий сигнал, из которых выводят время реакции.

Обоснованность метода анализа шумов была исследована лабораторным испытанием репрезентативных датчиков типов, используемых на атомных станциях.

До начала любого анализа временной области или частотной области необходимо исследовать пригодность шумовых данных компьютерным сканированием и скринингом необработанных данных, чтобы гарантировать достоверный анализ, что достигается путем использования алгоритмов квалификации данных на стационарность и линейность данных. Данный процесс включает в себя построение графика амплитудной плотности вероятности (АПВ) данных для визуального контроля перекоса и нелинейности, а также расчет перекоса, уплощенности или других дескрипторов шумовых данных, чтобы гарантировать, что эти данные имеют нормальное распределение и не содержат нежелательных характеристик.

С.4 Испытание измерительных трубопроводов

Измерительные трубопроводы могут пострадать от частичных или полных закупориваний, скопления воздушных пробок, протечек и отказов уравнительных, отсечных или других клапанов, которые могут быть размещены вдоль измерительных трубопроводов. Для защиты от этих проблем и гарантии чистоты измерительного трубопровода следует использовать метод анализа шумов, как описано ранее для испытания времени реакции датчиков давления. Любая существенная закупорка или иные аномалии в трубопроводе измерения давления наиболее вероятно проявят себя в результатах испытания времени реакции датчиков давления при помощи метода анализа шумов.

С.5 Испытание времени реакции нейтронных детекторов

Испытание времени реакции нейтронных детекторов допускается проводить с помощью метода анализа шумов почти таким же способом, как для датчиков давления. Обычно время реакции нейтронных детекторов настолько краткое, что результаты анализа шумов чаще представляют динамику процесса, чем время реакции детектора. Тем не менее если есть существенное изменение времени реакции нейтронного детектора, то измерение анализа шумов должно выявить проблему. То есть анализ шумов должен идентифицировать ощутимые изменения динамики детектора, несмотря на возможность того, что диапазон частот входного шумового сигнала может не быть адекватным.

В дополнение ко времени реакции для нейтронных детекторов следует определить и отследить дескрипторы шумов, такие как дисперсия, перекос, АПВ и эксцесс как средство контроля изменений рабочих характеристик детектора.