EJ T 1019-1996 核电厂安全重要仪表通道响应时间试验.pdf

1、J稚E幽行核国和共民人华中EJ /T 1019-1996 核电厂安全重要仪表通道响应时间试验1996-04-18发布Ot )0524000065 1996-08-01实施中国核工业总公司发布目次前言1范围.”.”.”(1)2 引用标准.c. .”.” ee. (1) 3 定义.111 .” e eel - . (1) 4 总则.”. (2) 5 试验要求.c. “.”(2) 6 试验方法.”.“（3)酣录AC提示的附录噪声分析技术.“.”c. . (7) 附录B（提示的附录测定时间常数的噪声分析法.”. (8) 附录C（提示的附录回路电流阶跃响应法（LCSR).”. (10) 附录D（提示的附

2、录自热法.”1t.“. (11) 附录E（提示的附录参考文献.”(12)前言本标准是非等效采用美国标准ANSI/ISA867. 06-1984核电厂安全有关仪表通道的响应时间试验编写的。本标准提出的对安全重要仪表通道进行响应时间测试的要求和方法，是对GB/T5204-94核电厂安全系统定期试验与监测阳，3.4规定的有关M响应时间的验证”条文的展开和补充。为便于对本标准的理解和执行，本标准与上述美国标准比较，技术内容基本相阁，但有适当补充，编排格式有较大的调整将术语“安全有关的”改为我国核安全规定CHAF020的中的术语“安全重要的”；在第6章“试验方法n中，增加了“基本方法”一条，模述了费试响

3、应时间的两种方法，即扰动法和嗓声分析法，噪声分析法引用了EJ/T737-92“噪声分；街一遭受原则”中的有关条文，删去了上述美国标准中关于噪声分析技术一般性描述条文F删去了美国标准中有标题而无内容的8.4条“使用中子探测器的通道飞增加了酣录B、附录C、附录D和附录E。本标准所推荐的响应时间测试方法是目前比较通用和成熟的。随着测量技术的发壤，新的测试方法也会随之产生。因此，在执行本标准时，如果能满足本标准规定的响应时间测试要求，测试方法可不限于本标准所推荐的方法本标准的附录A、附录B、附录C、附录D和附录E都是提示的附录。本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位z中国核动

4、力研究设计院。本标准主要起草人盛焕行、彭经文本标准委托全国核仪器仪表标准化技术委员会负责解释。1 范围中华人民共和国核行业标准核电厂安全重要仪表通道响应时间试验EJ/T 1019-1996 本标准规定了核电厂安全重要仪表通道响应时间特性现场测定的要求和方法e本标准适用于传感器是测量压力或温度的安全重要仪表通道。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本栋准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 5204-94 核电厂安全系统定期试验与监测EJ/T 737-92 反应堆噪声分析一般原则3 定义本

5、标准采用下列定义。3.1 仪表通道响应时间instrument channel response time 从被测变量超过其脱扣整定点的时刻起，到仪表通道给出触发保护动作信号所经历的时间间隔。3.2 时间常数time constant 是指响应特性中指数响应项Aexp（一手或传递因子。Sr）、(1+ jw川O+Sr）、1/0户。中的值其中，S一一复变量，t一一时间，s？一一时间常数，8j-./=Ij cu-角速度，1/s。对于一阶系统而言，当以阶跃信号输入时，系统的输出达到最终值的63.2%所经历的时间即定义为飞3.3 响应时间特性response time characteristics 设

6、备所固有的时间特性，包括传递函数、时间常数、延迟时间或功率谱密度等，根据这些特性可以确定其响应时间。3.4容许响应时间allowable response time 由安全分析确定、并在电厂的技术规格书中阐明的响应时间的限值。3.5无终端斜拨信号unterminatedramp 中国核工业总公司1996-04-18批准1996-08，但实施1 EJ/T 1019-1996 起始于变量的初始值、持续到超出上限或下限设定值的线性变化信号。因此，当输入斜坡信号仍然在线性范围内时，能获得仪表或通道的所期望的输出信号3.6 自噪声white noise 在所考虑的频段内，有恒定功事谱密度的随机噪声4总则

7、4. 1 为验证安全系统的响应时间是否处于安全分析报告中载明、并在电厂技术规格书中规定的范围之内，应按GB/T5204-94中6.3. 4的规定，对仪表通道的响应时间特性进行定期试验。4. 2 对仪表通道响应时间的测定，应对整个仪表通道进行，即应包括测温敏感元件、测温旁通管，或压力变送器、压差变送器，仪表管线和所有影响仪表通道响应时间的其他部件。4.3 为及时发现不合格的响应时间，应规定试验间隔时间。确定试验间隔时间的依据如下za) 响应时间的测定值与容许值之间的裕度Fb) 响应时间变化的速率；c) 设备的可靠性和质量鉴定数据4.4所有的响应时间的测定均应在现场进行。如果可以证明，设备从正常位

8、置上拆下来试验不会忽略仪表通道中对响应时间有影响的任何因素，则可代替现场的测定。4.5 为便于按本标准进行仪表通道响应时间的试验，在安全系统设计中应考虑专门的技术措施。5试验要求s. 1 对试验方法的要求s. 1. 1 整个仪表通道响应时间的试验宜一次完成。如果一次试验不能实现时，应测量通道各独立部分的响应时间，并将各独立部分的响应时间相加，以检验整个仪表通道的响应时间。5.1. 2 响应时间测试可以使用直接法或间接法进行。使用间接法时，应建立被测量和响应时间之间的定量关系，并用响应时间的直接测量值定期验证。5.1. 3如果仪表通道的设备处在所要求的校验间隔内，仪表通道的校验不必与响应时间试验

9、一起进行。如果进行响应时间测试的时间超过所要求的校撞间隔时间，或者发现超出其容差。则在响应时间试验之前，应评估进叮通道校验的必要性，包括估价校验是否影响响应时间。S.1.4 在材料、零部件进拧了任何修理或更换之后，除非有文件表明该项修理或更换不会影响响应时间，否则，设备的响应时间应用试验瞌证并形成文件5.1. 5 环境和外部条件对响应时间的影响应包括在设备质量鉴定试验中，在响应时间测试期间不必再模拟这样的环境影响e5.2试验方法的验收准黝s. 2.1 响应时间测量方法必须通过下列方式确认z2 EJ/T 1019-1996 a) 与在相当的实验室或现场试验中的其他直接方法比较pb) 对测量程序作

10、理论上的论证sc) 为保证试验的有效性而必须满足假设和条件sd) 检验现场试验期间保持试验有效性的基本条件。s.2.2 若间接试验的结果等于直接响应时间试验的结果，或比直接响应时间试验的结果更保守，则可接受间接试验。5.3对试验设备的要求s. 3.1 测试响应时间特性所用的设备必须经过国家计量部门的复验，并在复验的有效期内。S.3.2 测定设备的响应时间特性时，所使用的动态试验和记录设备的响应时间特性和准确皮应是己知的，并在确定试验结果时计及。s. 3. 3 测量设备的频率响应宽度应覆盖被验证设备的容许响应时间，测量设备的准确度必须等于或优于所要求的准确度，且对试验结果的影响最小。5.4测试结

11、果s. 4.1 测试结果应与容许响应时间比较。如果测试结果超出容许响应时间，应进行分析，确定其原因，按要求对被测设备进行修理或更换。5.4.2 如果测试结果表明，响应时间特性的变化率高，被测设备响应时间在下一次试验之前可能超过容许响应时间，应进行分析，确定其原因，并采取相应的措施。s. 4. 3 测试结果应形成文件并归档。6试验方法6. 1 基本方法仪表通道响应时间的测定法，可按是否对被测对象加抗动来分类，需加扰动信号的方法称扰动法，它要求加某种扰动信号以激励被测的传感器或通道；不需加扰动信号的方法称噪声分析法，它以过程固有的起伏为激励信号，监测传感器或通道的响应。6. 1.1 扰动法这是一种

12、确定响应时间的直接方法，输入的扰动信号应能模拟设计基准事件的瞬态，若不能实现时（如反应堆高压，可使用下列替代信号s的斜坡输入信号，无终端斜坡信号能满足大多数的应用要求，的其他输入信号，例如，在测定频率响应时，可用正弦变化输入或伪随机输入F在测定时间常数时，可用阶跃输入6.1. 2 噪声分析法噪声分析法是一种经直接法证实的测定响应时间的间接测量法，官用过程变量的正常泣动作为系统的输入，然后在时间域或频率域中分析系统响应。为获得系统的动态响应，输入噪声的频谱应是自噪声和平稳的。所用的采祥和统计估计方法应是能提供系统带宽正确结果和获得统计上有意义结论的方法。用噪声分析测定时间常数的方法见附录BC提示

13、的附录。如果输入不是自噪声，则通过检测频率成分的变化，依据系统的输出值，可推出系统响EJ/T 1019-1996 应时间的变化。此时，嘿声分析法不能精确测定仪表通道的响应时间，但可以检测通道响应时间可能的变化。噪声分析分为基线测量和定期监测两个阶段。基线测量阶段为定期监测阶段建立参考数据，基数据采集通常限于在核电厂早期运行或安装新传感器时进行。定期监测阶段是在核电厂整个运行时期的例行监测阶段，通过测得的响应时间和以前的测量值相比较，确定响应时间的变化。噪声分析的基本方法见附录A（提示的附录。噪声分析的一般原则见EJ/T7310 6. 2 使用压力传感器的仪寝通道本条包指用压力敏感的方法测量绝对

14、压力、差压、液位和流量等仪表通道。被体压为传感器中的滞留空气能引起散射或不能重复的测试结果，测试前应尽量排尽e6. 2.1 过程扰动的替代信号在不能用实际过程变量的扰动来测试压力通道的情况下（如反应堆高压，通道的扰动可用压力的替代信号替代。输入的试验信号应能模拟设计基准事件的压力瞬态。在不能模拟时，可用下列一种信号代替。6. 2. 1. 1 斜坡输入信号无终端斜坡信号能满足大多数的应用要求。为在预期的性能劣化情况下确定通道的响应时间的范围，可在传感器上加两种斜坡信号，参见附录E（提示的附录的E2和E3.两种斜坡信号为za) 慢变化斜坡根据设计要求的自动保护动作的最缓慢的瞬态来选择Fb) 快变化

15、斜坡根据设计要求的自动保护动作的最快速的瞬态来选择。6. 2. 1. 2 其他输入信号在使用6.1. lb）所述信号时，必须先验证被试设备的线性特性，然后方可将测试结果转换成被试设备的等效响应时间。6.2喻2噪声分析6. 2. 2.1 基统测量阶段应在存在基线割量所需要的过程噪声时，建立实际测量的响应时间和相应的基线参考响应时间之间的关系。此外，为估计响应时间的变化必须建立和5.2的要求相一致的验收准则。基线的修改，只要重复上述与响应时间实际测量有关的步骤，可在传感器安装寿期内任何时刻进行。6. 2. 2. 2 定期监测阶段应定期测定已发生的响应变化是否超出可接受的限值。这可用定期或连续的监测

16、系统实施噪声测量和分析。这种监测将在设备整个寿期内进行。为确定这种变化是否已经发生，需要把被试设备重置于基线的参考点上，重复试验，并执行在基线测量阶段所进行的分析。在定期监测阶段观测到的变化，应和以前由基线翻量阶段建立的验收准则相比较，对不满足验收准则的现象应加研究，其中包括对响应时间的直接测量。必烦注意，只有确认压力传感器的动态是线性时，才能使用噪声分析方法。同时，噪声分析表明的响应时间的明显变化，并不意味着性能必然发生了重大劣化，因为长期的非平稳过程可能对响应时间有影响。另外劳传感器特性的变化也可能不引起响应时间的重大劣化。因此，还需进行分析。EJ/T 1019-1996 6.2.3 仪表

17、管6. 2. 3.1 液体仪表管液体仪表管的响应时间，除了由阻塞形成的变化外，时延均是固定的。因此，可用定量的流量试验来证实仪表管响应时间的变化。为此，在测试仪表管的响应时间时，应a) 验证仪表管的管径和所用的变送器及所要求的仪表管的长度是相匹配的。b) 证实安全分析所用的整个通道的响应时间值，已对无阻塞仪表管延时的容盖做了适当保守的假定。c) 验证在启动试验期间和电厂技术规格书所要求的间踊内，仪表管未被阻塞到规定的程度。这可用测量仪表管正反两个方向的流量来验证，或用触发安全动作所要求方向的流量来验证。如果管线有局部阻塞，应使管线恢复到不阻塞状态。6.2.3.2 气体仪表管对带有可接近的工艺过

18、程连接件的气体仪表管（例如，测量安全壳压力的），应用6.2. 1 的方法测试响应时间，这种测试应在一次试验中包含整个仪表管线和传感器。对带有不可接近的工艺过程连接件的气体仪表管，应用6.2. 3. 1的方法测试流量。6.3 使用温度传感器的仪寝通道6. 3.1 电阻温度计CRTD)6. 3. 1. 1 回路电流阶跃响应法CLCSR)LCSR法是一种适用于现场间接测定RTD时间常数的方法。它利用传导热阻和热容与热流的方向无关这一事实，通过分析RTD敏感丝的电流阶跃变化引起的温度瞬变，来确定由流体温度变化引起的响应。在LCSR试验中，通过向普通的传感器引线加电流，从内部对RTD加热，分析所形成的瞬

19、态以给出RTD的响应时间特性，见附录CC提示的附录。分析方法应满足5.2的要求。6. 3. 1. 2 噪声分析法噪声分析法能根据基线参考数据监测传感器性能的劣化。此处所用的方法和对压力传感器所用的方法相同，但是，不需要证实RTD对不同振幅的扰动的响应是线性的。6. 3.1. 3 自热法这是一种测定响应时间的间接测量法，能用来监测传感器性能偏离基线参考数据的劣化。自热试验的物理基础是，在系统稳态工况下不同的内热产生率引起的温升反比于总的传热系数，见附录DC提示的附录。6.3.2热电偶6. 3. 2.1 回路电流阶跃响应法原理和方法见6.3. 1. 1。6. 3. 2. 2 噪声分析法噪声分析法能

20、翻定热电偶性能对基线参考数据的劣化此处所用的方法与对压力传感器所用的方法相同。但是，不需要证实热电偶对不同振幅的扰动的响应是线性的。6.3.3 旁通管用旁通管进行过程流体采样的温度测量系统，需要考虑旁通管中流体传输对通道响应EJ/T 1019-1996 时间的影响。应证实旁通管中质量流量是大于或等于允许的流量，该流量代表着流体传输对通道响应时间的影响是允许的。应把允许的流体传输时间叠加到通道响应时间上，以确保通道总的响应时间是保守的。6.4 多输入试验对有多个输入的仪表通道，响应时间试验应按GB/T5204-94中6.3. 4. 6进行。应对每个变量测定响应时间，并验证其响应时间是否小于允许值

21、。6.S通道来潮试部分的试瞌在一次试验中不能进行整个通道试验时，应加做通道未测试部分的试验。这种试验通常开始于传感器输出端，经过信号处理部件，直到通道的输出端止。6. s.1 阶跃输入对于使用现稳态单元的通道，阶跃输入应在变量的初始值（0%）开始，而所选择的最终值000%）豆使双稳态单元在大于或等于该值的63.2%点触发。用这种方法，触发点处的延时将不小于实际的响应时间。6. 5. 2斜坡输入对于斜坡输入，响应时间应按如下方法测定z时对于极限设计基准事件瞬态，模拙传感器输出的斜坡试验倍号应加到信号处理部件的辘J入端zb) 应在技术说明书上规定的、触发保护功能所要求的那些设定点上测试通道未测试部

22、分的响应时间；c) 记录输入和输出信号，然后由仪表通道触发点的输入和输出信号间的时间差来确定响应时间。6 附录A（提示的附录噪声分析技术Al 功率i普密度功率谱密度是频率的函数，它表征了信号的单位频率功率特性。用于传感器响应的估计时，待分析的噪声信号是由正常的过程波动产生的传感器输出。如果过程波动有恒定的功率谱（在传感器的额定带宽上是白噪声），则传感器输出信号的功率谱密度与传感器频响增益的平方成正比。因此，如果过程波动是白噪声的假设正确的话，则能用传递函数拟告测得的功率谱密度来估计传感器的响应特性。这种用经验法测定的传递函数可预示传感器对任何输入的响应。如果过程波动是白噪声的假设不正确，则上述

23、方法不能使用。但是，传感器响应特性的变化改变了测得的功率谱密度，因此，当驱动函数不是自噪声时，仍可根据劣化指数用多种方法去表征功率谱密度的变化，并联合灵敏度因子去估计劣化程度。在使用此法时，应提供用于建立劣化指数、灵敏度因子和验收准则的各种方法的技术证明。A2 自由归分析自回归分析包含用简单的公式去拟合被测数据。公式为：式中：Yk一一输出的k个样本Fm拟合阶数；a，一一自回归系数。Yk= 4a;Yk . O, 对于有一个以上极点的系统，脉冲响应为X1(0)=0，因此，在实际计算中，若令X10)=0和XrO常数，脉冲响应接近实际情况，然后用(Bl)估计脉冲响应X1(t）。在得到脉冲响应之后，则对

24、脉冲响应求积分，便能导出阶跃响应X.(t)X. (t)=JX1(r)dr伽具体的步骤是za) 用AR模型拟合传感器或通道的输出噪声信号zb) 用AR模型求脉冲响应zc) 用梯形积分求阶跃响应Fd) 求响应最终值的63.2%所对应的时间值。B2 转折频率法功率谱与系统传递函数有下列关系zSyyf)= IHf）尸s. J).”.“ (B3) 式中：S川）一一系统输出y的功率谱sS . (j）扰动V的功率谱FH(f）一一系统的频率特性pf一一频率。若扰动V为自噪声，则输出y的功率谱的转折频率就是仪表通道频率特性的转折频率E如果功率谱的转折频率为儿，则时间常数r为8 具体的步骤是zB4) =2fb a

25、) 用频谱分析仪，或FFT（快速富里叶变换）和MEMC极大搞谱法等频谱计算法求得噪声信号的功率谱；b) 用作图法求出转折频率zc) 用（B4）求出时间常数。B3 特征根法若表征仪表通道动态特性的特征方程为2).+a1). I + a.=O. (BS) 则特征根和特征方程间的关系是z). 卡a1).I + + a.= ().-).1)().-).). (B6) 每个特征根代表了系统的一种动态，因此，系统的动态可用特征根定量表征。对于每个实根A，其时间常数为zexp ( - ./ ) = I). I . . . B7) 式中：A一一采样间隔，s。具体的步骤是z-Ll (B8) =1nl a) 用D

26、DS（动态数据系统建立噪声数据的自回归滑动平均模型ARMA(n,n-1);b) 求ARMA(n,n-1）模型的特征根zc) 用式B8）求系统的时间常数。用噪声分析测定传感器时间常数的上述方法详见附录E（提示的附录）的El。9 附录C（提示的附录回路电流阶跃响应法LCSR)LCSR试验的基础是通过传感器敏感丝的电流的突然变化，将引起传感器内部温度阶跃变化。试验时，将电流加到普通的传感器引线上从内部加热传感器。LCSR试验提供了传感器对内部温度阶跃变化的响应。通用的传感器传热节点模型可把LCSR试验结果转换成插入试验的结果。具体的步骤是za) 执行LCSR试验。b) 把敏感丝对敏感丝中的阶跃热变化

27、的温度响应LCSR数据拟合到节点模型方程，然后对其作拉氏变换的反变换，得方程T(t)=B。B1exp(P1t)+B2exp(P2t)Bnexp (p nt). (Cl) 方程（Cl)提供了预示插入试验响应所需的本征值（P，）。c) 把本征值代入敏感丝对周围液体温度阶跃变化的响应方程：T(t)=Ao十A1exp(P1t）十Azexp(Pzt）十Anexp(J飞。（C2)式中：A一10一（P1H-P2）P)A - 1 二l一（P）（P1-P2) Pi-Pn) A一1z一百万的一Pn)如此等等。这样，此方程便给出了传感器对周围液体温度中的突然变化的响应，见附录E（提示的附录的E4、E6和E7。10

28、附录D（提示的附录自热法自热法是一种检测已安装好的RTD的响应时间的方法，其物理基础为稳定温升的测量值是敏感丝中的FR自热的函数。利用这一关系可知，在稳态时温度和产生在传感器中FR自热间有关系：Q=UA(t-T) . (D 式中：Q一由FR自热产生的RTD中的发热率，W;U一一总的传热系数，J/(m2s）; 则A一传热面积，m2;t-.RTD敏感丝温度，zT一周围液体瘟度，。对于恒定的液体温度由于铀丝电阻正比于其温度.1Q=UA.1t . D2) .1R=c.1t . (D3) D.R c .1Q-UA (D4) 式中；C一一常数。另一方面，RTD的响应时间r近似地为式中：M一RTD的质量，k

29、g;C一）比热容，JIkg ） ; MC (D5) UA U二一总传热系数（包括内部电阻和热丝电阻），J/(m2 s ）； A一传热面积，m2。若比热容C维持恒定，并比较方程（D4）和D日，可得出结论：.1R cc-. (D6) .1Q 即RTD响应时间r，能用R对Q曲线的斜率代表。此斜率称作自热指数，通常用每瓦欧姆数表示。具体的步骤是za) 把RTD的电流突然从16mA增加到2060mA;b) 测量稳定后的RTD电阻Fc) 在每次增加电流时，计算RTD消耗的功率P(P=I2R);d) 画出电阻与RTD消耗功率的函数关系（R对P），见附录E（提示的附录的E4和11 ES。附录E（提示的附录参考

30、文献El 传感器时间常数的随堆测定法核动力工程，2(5),40984) ,PP. 71-83 作者z盛焕行E2 传感器响应时间的验证EPRI Report NP-267,Project 503-1. October 1976 Palo Alto, CA: Electric Power Research Institute. E3 验证压力传感器响应的一种实际方法Nuclear Technology 36 (Mid-December 1977) ,LaGrange Park IL: American Nuclear Society Cain, D. G. and Foster, C. G. E4

31、 铅电阻温度计响应时间的现场测试EPRI Report NP-834. Project 503-3,July 1978 Palo Alto, CA: Electric Power Research Institute. P. 122 ES 用自热法测试电阻温度计的时间响应Instrumentation in the Power Industry 23 0980): 155-59 Research Triangle Park, NC: Instrument Society of America Burton, Dale A E6 解释热电偶和电阻温度计响应时间现场测量结果的分析方法ORNL-TM-4912,March 1976 Oak Ridge National Laboratories E7 铀电阻温度计的现场响应时间测试法12 ISA Transactions 17 (No. 4,1978): 71-88 Research Triangle Park, NC: Instrument Society of America Kerlin, T. W.; Miller, L. F. 1 and Hashemian, H. M. 四w象回lamg酬H同国