輔助給水汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速測(cè)量方法及顯示通道分析

趙常建 韋洪剛 郭省軍

【摘 要】輔助給水系統(tǒng)作為蒸發(fā)器后備供水的系統(tǒng)，對(duì)電站的安全運(yùn)行起著重要的作用。而輔助給水汽動(dòng)泵是該系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，在核電廠全廠失電的情況下為蒸發(fā)器應(yīng)急供水提供動(dòng)力。轉(zhuǎn)速信號(hào)作為輔助給水汽動(dòng)泵的重要運(yùn)行參數(shù)，在汽動(dòng)泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中起著重要的作用。

【Abstract】The auxiliary feed water system plays an important role in the safe operation of the power station as the backup water supply system of the evaporator. Auxiliary feed water vapor pump is an important component of the system， which provides power for emergency water supply of evaporator in the case of power loss of the whole plant. As an important operation parameter for the pump， speed signal is most useful for monitoring the pump status.

【關(guān)鍵詞】輔助給水汽動(dòng)泵;轉(zhuǎn)速測(cè)量;霍爾效應(yīng);DCS-TXP

【Keywords】auxiliary feed water vapor pump; speed measurement; Hall effect; DCS-TXP

【中圖分類號(hào)】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）12-0195-02

1 背景

1.1 輔助給水系統(tǒng)功能介紹

輔助給水系統(tǒng)（ASG）作為失去主給水時(shí)向蒸汽發(fā)生器提供給水的后備系統(tǒng)，不僅需要在反應(yīng)堆啟動(dòng)和一回路升溫階段投運(yùn)，在正常給水系統(tǒng)失效時(shí)，ASG系統(tǒng)要作為應(yīng)急余熱排出手段排出堆芯余熱，使反應(yīng)堆下行向冷停堆過(guò)渡，并達(dá)到可投運(yùn)余熱排出系統(tǒng)的條件。

1.2 汽動(dòng)泵相關(guān)的試驗(yàn)介紹

根據(jù)某電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，ASG003/004PO安排有4種類型的試驗(yàn)，分別是：再循環(huán)流量試驗(yàn);蒸發(fā)器供水模式下的啟動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)及全流量試驗(yàn);汽動(dòng)泵性能試驗(yàn);汽輪機(jī)超速保護(hù)試驗(yàn)。作為維修人員，分析掌握ASG汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速測(cè)量原理及顯示通道構(gòu)成，是進(jìn)行故障分析、定位處理的重要前提。

2 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法和信號(hào)傳輸通道分析

2.1 汽動(dòng)泵控制概述

某電站ASG汽動(dòng)泵采用了Clyde公司的TWL 45S型號(hào)，水平布置，兩相離心式泵。在某電站，ASG003/004PO汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速傳感器基于霍爾效應(yīng)原理，采用NPN型霍爾開關(guān)元件制作，通過(guò)與安裝在汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)子本體上的磁極共同組成轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器。

2.2 ASG汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速測(cè)量方法

2.2.1 霍爾效應(yīng)

如圖1所示，一個(gè)N型半導(dǎo)體薄片，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為S，厚度為d，在垂直于該半導(dǎo)體薄片平面的方向上，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，若在長(zhǎng)度方向通以電流Ic，則運(yùn)動(dòng)電荷受到洛倫茲力的作用，正負(fù)電荷將分別沿垂直于磁場(chǎng)和電流的方向向?qū)w兩端移動(dòng)，并聚集在導(dǎo)體兩端形成一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)UH，這就是霍爾電動(dòng)勢(shì)（或稱之為霍爾電壓），這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妷篣H有以下公式：

2.2.2 ASG汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速傳感器的安裝和工作方式

ASG汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速傳感器的安裝方式如圖2所示。其測(cè)量原理是，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。對(duì)于ASG汽動(dòng)泵，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生兩個(gè)高電平脈沖信號(hào)，對(duì)于單片機(jī)采集計(jì)數(shù)，每個(gè)上升沿觸發(fā)一次計(jì)數(shù)，假定單位時(shí)間T（s）內(nèi)計(jì)數(shù)為n（個(gè)），則汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速N（r/min）為：

2.3 轉(zhuǎn)速信號(hào)的傳輸通道

轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)TR400采集計(jì)數(shù)后，TR400內(nèi)部電路驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在就地指示表的顯示。

3 轉(zhuǎn)速信號(hào)歷史故障及處理

3.1 例行檢修后轉(zhuǎn)速測(cè)量異常無(wú)顯示

3.1.1 大修中轉(zhuǎn)速例行工作安排

在大修中，對(duì)于ASG汽動(dòng)泵安排的例行檢修工作有轉(zhuǎn)速傳感器的校驗(yàn)以及電磁超速保護(hù)試驗(yàn)，在泵本體有工作時(shí)，會(huì)配合拆裝轉(zhuǎn)速傳感器。

3.1.2 轉(zhuǎn)速故障現(xiàn)象及故障處理

某電站在大修汽動(dòng)泵例行檢修后，轉(zhuǎn)速探頭ASG001MC在泵啟動(dòng)再鑒定時(shí)無(wú)顯示。轉(zhuǎn)速傳感器沒(méi)有拆裝工作，故懷疑TR400信號(hào)接線有松動(dòng)，但是檢查端子接線無(wú)異常。再次檢查確認(rèn)轉(zhuǎn)速傳感器在汽動(dòng)泵本體的安裝間隙滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。故障最終鎖定在磁極上。經(jīng)過(guò)與備件所帶的磁極做比對(duì)，發(fā)現(xiàn)安裝在汽動(dòng)泵本體上的一對(duì)磁極磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯小于戰(zhàn)略備件所帶的磁極。在更換了磁極后，重新執(zhí)行汽動(dòng)泵再鑒定，轉(zhuǎn)速測(cè)量恢復(fù)正常。

3.1.3 故障原因分析

根據(jù)公式（1），在霍爾元件選定，給定電流恒定的情況下，霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。后確認(rèn)該電站3ASG001MC磁極供貨錯(cuò)誤。由于磁性材料存在居里溫度，在高溫、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，磁極磁性減弱，最終導(dǎo)致霍爾效應(yīng)變?nèi)?，轉(zhuǎn)速測(cè)量異常。

3.1.4 針對(duì)磁極變?nèi)踹M(jìn)行的改進(jìn)

由于磁極在高溫環(huán)境下存在磁性減弱的特性，為防止再次發(fā)生轉(zhuǎn)速測(cè)量異常的事件，在例行的轉(zhuǎn)速傳感器校驗(yàn)中，增加了對(duì)磁極磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)工作。

3.2 超速試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速值超差導(dǎo)致試驗(yàn)失敗

3.2.1 超速試驗(yàn)簡(jiǎn)介及試驗(yàn)判據(jù)

每一輪循環(huán)都會(huì)進(jìn)行汽動(dòng)泵機(jī)械超速和電磁超速試驗(yàn)，主要驗(yàn)證機(jī)械超速保護(hù)裝置動(dòng)作的正確性以及電磁超速保護(hù)定值準(zhǔn)確。試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)以超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值為判斷準(zhǔn)則，若轉(zhuǎn)速值在允許范圍內(nèi)，則試驗(yàn)合格，否則試驗(yàn)失敗，需要重新調(diào)整保護(hù)定值，重新執(zhí)行試驗(yàn)。

3.2.2 超速試驗(yàn)失敗原因分析

轉(zhuǎn)速信號(hào)以及機(jī)械超速保護(hù)動(dòng)作報(bào)警/電磁超速動(dòng)作報(bào)警均送到DCS-TXP平臺(tái)，試驗(yàn)時(shí)往往選取保護(hù)動(dòng)作報(bào)警觸發(fā)的時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值作為動(dòng)作定值。

由于轉(zhuǎn)速信號(hào)與保護(hù)動(dòng)作報(bào)警信號(hào)送往DCS-TXP平臺(tái)的采集處理周期并不完全一致，超速保護(hù)動(dòng)作報(bào)警的信號(hào)處理周期長(zhǎng)于轉(zhuǎn)速信號(hào)處理周期，導(dǎo)致超速試驗(yàn)往往被判失敗。

由于采集處理周期的不同，在DCS-TXP歷史記錄中，使用報(bào)警信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值作為超速保護(hù)試驗(yàn)的判據(jù)是不合適的。

在超速試驗(yàn)中，保護(hù)信號(hào)動(dòng)作后瞬間，汽動(dòng)泵存在著飛升轉(zhuǎn)速，超速保護(hù)報(bào)警信號(hào)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值往往是飛升轉(zhuǎn)速的數(shù)值，而不是超速保護(hù)的動(dòng)作定值。

3.2.3 超速試驗(yàn)判據(jù)的解決方案

鑒于轉(zhuǎn)速信號(hào)與超速保護(hù)報(bào)警在DCS-TXP平臺(tái)中采集處理周期存在的差異的事實(shí)，在大修執(zhí)行超速保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果的判據(jù)選擇就地指示表的轉(zhuǎn)速值，在通過(guò)關(guān)閉汽動(dòng)泵出口閥制造氣蝕使汽動(dòng)泵超速的操作過(guò)程中，盡可能緩慢地操作閥門，使得轉(zhuǎn)速變化盡可能平穩(wěn)，如此就地指示表的轉(zhuǎn)速指示會(huì)接近真實(shí)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)輔助給水汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的分析以及信號(hào)傳輸通道的研究，為轉(zhuǎn)速傳感器的檢修工作提供了理論依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)大修中遇到的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量失效故障處理，增加了大修中對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器的磁極的例行檢修工作。通過(guò)選擇合理的超速試驗(yàn)判據(jù)，確保了超速試驗(yàn)的順利進(jìn)行，節(jié)省了大修工期。