核電站汽機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測(cè)量異常問(wèn)題研究與改進(jìn)

李瑞豪+黃林+盧國(guó)金

【摘 要】近期國(guó)內(nèi)某核電站汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)通道多次出現(xiàn)故障，影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電站儀控維護(hù)人員對(duì)轉(zhuǎn)速通道進(jìn)行了多方面的檢查和驗(yàn)證，形成了改進(jìn)方案并在大修中實(shí)施，改進(jìn)后轉(zhuǎn)速通道測(cè)量恢復(fù)正常且保持穩(wěn)定，對(duì)電站的安全運(yùn)行起到了積極的作用。

【Abstract】Recently， the steam turbine speed monitoring channel of the nuclear power plant in China has failed for several times， which influenced the safe and stable operation of the unit. The maintenance personnel of the power station have carried out various inspection and verification on the speed channel. The improvement plan was formed and implemented in the overhaul. After improvement， the measurement of the speed channel is restored to normal and stable， which plays a positive role in the safe operation of the power station.

【關(guān)鍵詞】核電廠；轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)通道；改進(jìn)

【Keywords】nuclear power plant； speed monitoring channel； improvement

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP274 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）02-0182-02

1 引言

國(guó)內(nèi)某核電站汽機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速通道GME002MC在日常運(yùn)行期間指示變?yōu)?rpm，導(dǎo)致汽機(jī)頂軸油泵和盤(pán)車(chē)馬達(dá)自動(dòng)啟動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)檢查GME002MC就地前置器電壓輸出無(wú)跳變（正常應(yīng)規(guī)律跳變，且頻率與汽機(jī)轉(zhuǎn)速相同），測(cè)量探頭的連續(xù)性電阻為15.89Ω（大修期間測(cè)量連續(xù)性電阻為6.88Ω），懷疑探頭側(cè)故障，用備用探頭GME005MC接入前置器后，信號(hào)恢復(fù)正常。

上述問(wèn)題解決之后沒(méi)多久，在一次臨停檢修后的啟機(jī)過(guò)程中，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)到3000rpm平臺(tái)時(shí)，GME002MC通道再次出現(xiàn)故障，導(dǎo)致指示下降到0rpm。根據(jù)通道設(shè)計(jì)邏輯，當(dāng)GME002MC通道監(jiān)測(cè)的汽機(jī)轉(zhuǎn)速小于250rpm時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)汽機(jī)盤(pán)車(chē)與頂軸油泵?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)臨時(shí)斷開(kāi)GME002MC通道電源，并通知運(yùn)行將盤(pán)車(chē)與頂軸油泵置于就地停運(yùn)狀態(tài)，以保證機(jī)組能夠正常升功率。

2 汽機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)GME轉(zhuǎn)速測(cè)量原理

該核電站GME轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)共有四個(gè)在線通道（GME001～004MC）和一個(gè)備用通道（GME005MC），用來(lái)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速。

GME轉(zhuǎn)速通道主要由轉(zhuǎn)速探頭、延伸電纜、前置器和處理板件組成。

轉(zhuǎn)速探頭為電渦流型探頭，接收前置器供電后，產(chǎn)生渦流磁場(chǎng)，不斷感應(yīng)轉(zhuǎn)速齒輪齒峰與齒谷的位置變化，并將其位置變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓的變化。一分鐘內(nèi)電壓高低變化次數(shù)結(jié)合測(cè)速齒輪的齒數(shù)即可以轉(zhuǎn)化為汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

延伸電纜的作用是將前置器與電渦流轉(zhuǎn)速探頭連接起來(lái)，不可隨意更換、割斷，并且需要與探頭和前置器配套使用。延伸電纜與探頭連接處應(yīng)對(duì)地絕緣。

前置器的作用是內(nèi)部電路提供射頻電流給探頭，接收探頭反饋的測(cè)量電壓，并進(jìn)行閾值判斷后，輸出頻率信號(hào)，經(jīng)CT板處理，轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。

處理板件（CT板件）接收前置器送來(lái)的頻率信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出。輸出信號(hào)用于顯示、參與邏輯控制等。

3 故障歷史及原因分析

對(duì)比歷史檢查處理情況，近幾年GME轉(zhuǎn)速探頭和前置器的故障率呈上升趨勢(shì)，其故障形式主要表現(xiàn)為：探頭和延伸電纜的連續(xù)性變大。該故障可以在大修期間更換探頭來(lái)消除；前置器無(wú)法輸出跳變電壓，該故障可以在大修期間更換前置器或者調(diào)整電位器來(lái)消除。

針對(duì)近幾次故障，大修期間對(duì)測(cè)量通道進(jìn)行齒峰間隙、齒峰電壓、齒谷電壓、絕緣連續(xù)性、晃動(dòng)電壓、跳變電壓參數(shù)檢測(cè)以及盤(pán)車(chē)狀態(tài)轉(zhuǎn)速信號(hào)錄波。根據(jù)檢查情況，可以確定GME轉(zhuǎn)速通道的故障原因?yàn)榫偷靥筋^和前置器工作不穩(wěn)定，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加（探頭和前置器均已在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行5～6年），現(xiàn)場(chǎng)高溫和振動(dòng)環(huán)境等使得探頭老化情況加劇，探頭的電阻出現(xiàn)較大變化后，探頭與前置器不匹配導(dǎo)致測(cè)量漂移，前置器電壓輸出不跳變。

4 換型替代的可行性分析及驗(yàn)證

GME轉(zhuǎn)速測(cè)量通道故障定位到就地探頭和前置器，但是目前所用的轉(zhuǎn)速探頭和前置器已停產(chǎn)，電站庫(kù)存也已不足以支持進(jìn)行老化更換，且無(wú)類(lèi)似輸出跳變電壓的替代產(chǎn)品。通過(guò)論證，考慮用目前軸振和偏心測(cè)量通道上的前置器進(jìn)行替代，雖然該前置器本身無(wú)跳變功能（輸出正弦波），但通過(guò)調(diào)整機(jī)柜板件的偏置電壓，可以實(shí)現(xiàn)將正弦波轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速信號(hào)的正常監(jiān)測(cè)。

盤(pán)車(chē)情況下對(duì)GME轉(zhuǎn)速通道的輸出信號(hào)進(jìn)行了錄波，使用原前置器，輸出為方波，高低電平為-3.7V和-12V，交流電壓擋測(cè)得4.19Vac，直流電壓擋測(cè)得約-7Vdc。

使用新前置器后，錄得波形為正弦波，如圖1所示。波峰～波谷約為：-11～-22V。用萬(wàn)用表測(cè)軸振前置器輸出：交流電壓擋測(cè)得4.19Vac。直流電壓擋測(cè)得約-16Vdc。

該前置器輸出信號(hào)接入CR箱端子排送入后級(jí)板件，在機(jī)柜處查看該通道指示為零。顯然，簡(jiǎn)單地更換前置器不能有效地對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，于是考慮通過(guò)調(diào)整機(jī)柜轉(zhuǎn)速通道板件來(lái)匹配新前置器。endprint

查閱接線圖，前置器信號(hào)先經(jīng)過(guò)Z6C126板件，進(jìn)行電壓信號(hào)的調(diào)整轉(zhuǎn)換后，送Z6S系列板件進(jìn)行波形-電壓轉(zhuǎn)換。Z6C126板件的作用是將輸入的電壓信號(hào)與內(nèi)部的偏置電壓進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換為+13V信號(hào)與-13V信號(hào)的輸出電壓信號(hào)；因此通過(guò)調(diào)整板件的偏置電壓，可以達(dá)到使不同的波形輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為高低電平輸出的方波信號(hào)的目的。那么，只要對(duì)Z6C板件進(jìn)行偏置電壓調(diào)整，使其能夠?qū)⑿虑爸闷鬏敵龅恼也ㄞD(zhuǎn)換為高低電平輸出的方波信號(hào)，問(wèn)題就能得以解決。

基于此，項(xiàng)目組對(duì)板件進(jìn)行了試驗(yàn)與測(cè)試。

首先，確認(rèn)Z6C126板件RV1偏置電壓電位器輸出為-2.83V。使用勁儀模擬前置器，當(dāng)輸入從-7V逐漸降到-8V時(shí)，Z6C126板件輸出從14.1V逐漸降到-13V。也就是說(shuō)，目前Z6C板件的偏置電壓在-7V～-8V之間，這與原前置器的輸出（-3.7V和-12V）是對(duì)應(yīng)的，能夠有效地將前置器的高低電平輸出轉(zhuǎn)化為+13V信號(hào)與-13V信號(hào)的輸出電壓信號(hào)。

然而對(duì)于新的前置器輸出（-11V～-22V），這個(gè)偏置電壓顯然不能起到轉(zhuǎn)化作用，因?yàn)?7V～-8V之間任何一個(gè)值都不在新前置器的輸出范圍內(nèi)。

于是，對(duì)Z6C126板件的RV1進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)前置器的輸出-11V～-22V，考慮偏置電壓應(yīng)確定在-16.5V左右，通過(guò)不斷地試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Z6C126的RV1輸出降到-6.7V，使用勁儀模擬前置器，當(dāng)輸入從-15.7V逐漸降到-16.5V時(shí)，Z6C126板件輸出從14.1V逐漸降到-13V，這樣就能將該板件的偏置電壓調(diào)整至-16.5V左右，而按照分析，這個(gè)偏置電壓能夠?qū)⑿虑爸闷鬏敵龅恼也ㄞD(zhuǎn)化為+13V與-13V的輸出電壓信號(hào)。

將上述調(diào)整好的Z6C126板件更換到GME003MC所在通道，使用FG300模擬轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)（頻率0-120Hz，峰值11V，偏置-16V），讀取ID表指示與輸入信號(hào)吻合。

5 實(shí)施過(guò)程及結(jié)果

根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，在2號(hào)機(jī)大修中對(duì)2GME001～005MC進(jìn)行了換型替代，在1號(hào)機(jī)大修對(duì)1GME001～005MC進(jìn)行了替代。將Z6C126板件的RV1輸出調(diào)至-6.7V，確保偏置電壓在-16.5V左右。兩臺(tái)機(jī)組改造后分別運(yùn)行了近一個(gè)循環(huán)，目前GME轉(zhuǎn)速測(cè)量通道穩(wěn)定無(wú)異常。另一方面，替代后的前置器已經(jīng)使用在軸振、磨損、偏心通道中，該類(lèi)型前置器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，無(wú)閾值判斷電路，直接輸出探頭測(cè)量的電壓信號(hào)，其中閾值判斷功能在下游的Z6C126板件中實(shí)現(xiàn)，降低了前置器的故障可能性。

6 結(jié)語(yǔ)

作為汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)的重要通道，該核電站GME轉(zhuǎn)速故障率高的問(wèn)題一直是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的隱患。此次探頭和前置器的整體替代，徹底解決了通道測(cè)量故障率高的問(wèn)題，同時(shí)又解決了因廠家備件停產(chǎn)而造成的庫(kù)存不足的問(wèn)題。替代改造后兩臺(tái)機(jī)組GME轉(zhuǎn)速測(cè)量通道均穩(wěn)定無(wú)異常，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。endprint