核電儀器儀表對核電站的安全及有效運行起著重要的作用。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營過程中重要的測量儀表，廣泛應用于反應堆的控制和信號采集、重要設備的保護、事故中和事故后的監(jiān)測和報警，以及環(huán)境的監(jiān)控等場所，保證核電站的正常運行和安全。安全級溫度儀表選用 Pt100 熱電阻和 K型熱電偶。

      2018年12月，由上海市計量測試技術研究院籌建的國家核電儀器儀表校驗計量測試中心通過國家市場監(jiān)督管理總局驗收。上海院新建溫度傳感器動態(tài)響應時間校準等裝置，開展鉑熱電阻性能試驗研究，促進核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

      上海院開展了安全級溫度傳感器質量鑒定、進口核級鉑熱電阻復驗、核級鉑熱電阻時間常數(shù)在線測量儀器研發(fā)驗證等工作，討論了計量體系與核安全監(jiān)管要求的區(qū)別，提出了國家核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計量測試中心服務核級溫度傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。

一、安全級溫度傳感器的鑒定
      設備鑒定是指通過試驗、分析或運行經(jīng)驗獲得的證據(jù)，證明在規(guī)定的運行條件和環(huán)境條件下設備能按規(guī)定的準確度和性能要求起作用。開展設備鑒定應制定鑒定試驗大綱和鑒定試驗程序。鑒定試驗大綱是開展設備鑒定試驗的綱領性文件，試驗大綱應與設備技術規(guī)格書相協(xié)調，且詳細說明應進行的各項試驗和建立設備技術規(guī)格書與試驗結果之間的聯(lián)系，以使所提供的證據(jù)證明所采用的試驗方法是合適的。試驗程序用以規(guī)定和說明鑒定試驗的項目、試驗條件、試驗和測試方法、操作和測試步驟、以及驗收準則等。

圖1 1E級嚴重事故用鉑熱電阻溫度傳感器及其連接系統(tǒng)

      上海院對某公司生產(chǎn)的 1E級嚴重事故用鉑熱電阻溫度傳感器及其連接系統(tǒng)（見圖 1）進行了設備鑒定，該傳感器主要用于穹頂溫度的測量。試驗項目及參數(shù)如表 1 所示。試驗項目在上海院、上海自動化儀表有限公司、上海電纜廠、同濟大學和中國原子能科學研究院等單位完成。此次設備鑒定歷時 1 年半，服務企業(yè)完成相關產(chǎn)品的開發(fā)，促進了相關產(chǎn)品的國產(chǎn)化和自主化生產(chǎn)。

二、進口核級鉑熱電阻復驗
      根據(jù)《進口民用核安全設備監(jiān) 督 管 理 規(guī) 定（HAF604）》，國務院核安全監(jiān)管部門及其所屬的檢驗機構應當對安裝和裝料前調試階段涉及安全性能的試驗進行必要的選點見證，并制作見證記錄。
核級快速響應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，其值取決于反應堆的功率水平，用于反應堆控制和保護，當其偏差過大時報警和緊急停堆，還用于控制棒組的移動及二回路系統(tǒng)，時間常數(shù)是其一個關鍵指標，是 1E 級的儀控電設備，目前幾乎完全依賴進口。

圖2 核級快速響應鉑熱電阻溫度傳感器

      進口核安全設備質量直接關系核電廠運行安全，上海院積極對接進口核安全設備注冊檢驗部門、核電站、生產(chǎn)廠家，為進口核級快速響應鉑熱電阻溫度傳感器復驗提供技術服務，為守護進口核設備的國門關口提供計量校準保障。復驗主要涉及溫度傳感器的絕緣電阻、介電強度、允差、時間常數(shù)和水壓試驗。上海院是國內唯一獲得國家進口核安全設備注冊檢驗部門認可的全項目復驗提供者，已先后為昌江等7家核電站提供復驗服務。

三、鉑熱電阻時間常數(shù)在線測量
      由于1E級快速響應鉑熱電阻對核電站安全運行的重要性，其關鍵參數(shù)動態(tài)熱響應時間需要定期在線檢測，這需要專門的測試系統(tǒng)，該技術一直被國外公司壟斷，收費高昂。上海核工程研究設計院開展技術攻關，研發(fā)了多通道熱電阻響應時間測試系統(tǒng)。在研發(fā)過程中，為驗證多通道熱電阻響應時間測試系統(tǒng)的誤差及性能可靠性，上海院對溫度傳感器動態(tài)熱響應校準裝置（見圖 3），進行了改造。

圖3 溫度傳感器動態(tài)熱響應校準裝置

      圖 3 所示的溫度傳感器動態(tài)熱響應校準裝置，主要由恒溫恒速循環(huán)水槽、機械臂、溫度變送器（不含被測溫度傳感器）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定。設備的主要的特征參數(shù)如表 2 所示。被測溫度傳感器固定安裝在機械臂的夾具上，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與示波器相連。變送器將溫度輸入值線性地轉換為電壓輸出值。待恒溫恒速循環(huán)水槽的水溫和流速穩(wěn)定在設定值允許波動范圍內，啟動機械臂將被測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，使用示波器光標在屏幕上讀取熱響應時間。

      對某溫度傳感器進行動態(tài)熱響應時間測量，示波器采集的結果如圖4所示。圖中曲線1表示被測溫度傳感器的溫度，曲線 2表示階躍觸發(fā)信號。0為溫度出現(xiàn)階躍變化的時刻，即被測溫度傳感器與水面接觸的時刻；1為傳感器輸出溫度達到階躍溫度量63.2%的時刻。為驗證多通道熱電阻響應時間測試系統(tǒng)的誤差及性能可靠性，選取了國內外生產(chǎn)的3支熱電阻進行對比測試，其中1支測試了帶套管和不帶套管的兩種工況。試驗選取了3個溫度階躍，3個流速水平，采用響應面法進行試驗設計，以減少試驗次數(shù)。通過前期實驗室測試，多通道熱電阻響應時間測試系統(tǒng)于2020年5月進行了現(xiàn)場測試，順利完成了關鍵數(shù)據(jù)的采集工作。多通道熱電阻響應時間測試系統(tǒng)具有極低的噪音水平，具有測試信息數(shù)據(jù)導入、自動數(shù)據(jù)采集、顯示、記錄和分析等功能。

圖4 某溫度傳感器動態(tài)熱響應時間測量結果

四、問題與討論
      核安全是核電的生命線，秉承嚴慎細實的監(jiān)管理念，進口民用核安全設備復驗過程長、準備文件多。核電站應向監(jiān)管部門提交復驗方案、開展試驗場地先行檢查，第三方提交人員資質和設備證書，對于如鉑熱電阻使用數(shù)量較多的設備，導致復驗過程重復工作較多。應該對相同型號的設備形成統(tǒng)一的復驗方案，采信中國合格評定國家認可委員會 CNAS 評審的校準和測量能力，免于提交人員資質和設備證書。

      復驗方案是進口民用核安全設備復驗的依據(jù)，目前復驗方案由各核電站制定，報國家核安全監(jiān)管部門備案。各核電站在制定復驗方案時，對同一型號鉑熱電阻復驗參數(shù)選擇不一，如對允差的校準，有的核電站選取3個溫度點，有的核電站選取7個溫度點；又如絕緣電阻測量，有的核電站選取100VDC電壓下試驗，有的電站選取500VDC電壓下試驗；再如水壓試驗時，在試驗壓力平臺的保持時間，有的核電站要求不少于30min，有的核電站要求不少于1h。復驗參數(shù)選擇不同，導致復驗試驗準備不同，結果認定差異。且對于水壓試驗結果的判定，更多是定性的判斷有無泄漏，沒有定量指標。因此，應該逐步對常用的相同型號的設備形成統(tǒng)一的復驗方案。

五、結束語
      本文介紹了上海院開展安全級溫度傳感器質量鑒定、進口核級鉑熱電阻復驗、核級鉑熱電阻時間常數(shù)在線測量儀器研發(fā)驗證等工作，討論了計量體系與核安全監(jiān)管要求的區(qū)別。針對核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卡脖子問題，產(chǎn)業(yè)計量校準測試中心和產(chǎn)業(yè)計量測試聯(lián)盟應該發(fā)揮平臺優(yōu)勢，主動對接產(chǎn)業(yè)需求，開展聯(lián)合技術攻關，制定團體或行業(yè)標準，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供計量校準支撐。
作者：上海市計量測試技術研究院（國家核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計量測試中心） 劉波 鄒冰妍　 喬家廣 任學弟 徐炎