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

李瑞豪，黃林，盧國金

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東深圳518124）

1 引言

國內(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)頂軸油泵和盤車馬達(dá)自動(dòng)啟動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查GME002MC就地前置器電壓輸出無跳變（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。

上述問題解決之后沒多久，在一次臨停檢修后的啟機(jī)過程中，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)盤車與頂軸油泵?，F(xiàn)場(chǎng)通過臨時(shí)斷開GME002MC通道電源，并通知運(yùn)行將盤車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，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消除；前置器無法輸出跳變電壓，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)以及盤車狀態(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)，電站庫存也已不足以支持進(jìn)行老化更換，且無類似輸出跳變電壓的替代產(chǎn)品。通過論證，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跳變功能（輸出正弦波），但通過調(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)。

盤車情況下對(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。

圖1 盤車狀態(tài)下用軸振通道前置器錄波情況

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，于是考慮通過調(diào)整機(jī)柜轉(zhuǎn)速通道板件來匹配新前置器。

查閱接線圖，前置器信號(hào)先經(jīng)過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，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，該類型前置器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，無閾值判斷電路，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

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)量故障率高的問題，同時(shí)又解決了因廠家備件停產(chǎn)而造成的庫存不足的問題。替代改造后兩臺(tái)機(jī)組GME轉(zhuǎn)速測(cè)量通道均穩(wěn)定無異常，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。