核電站汽機監測系統轉速測量異常問題研究與改進

李瑞豪+黃林+盧國金

【摘 要】近期國內某核電站汽輪機轉速監測通道多次出現故障，影響了機組的安全穩定運行。電站儀控維護人員對轉速通道進行了多方面的檢查和驗證，形成了改進方案并在大修中實施，改進后轉速通道測量恢復正常且保持穩定，對電站的安全運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.

【關鍵詞】核電廠；轉速監測通道；改進

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

【中圖分類號】TP274 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）02-0182-02

1 引言

國內某核電站汽機監測系統轉速通道GME002MC在日常運行期間指示變為0rpm，導致汽機頂軸油泵和盤車馬達自動啟動。現場檢查GME002MC就地前置器電壓輸出無跳變（正常應規律跳變，且頻率與汽機轉速相同），測量探頭的連續性電阻為15.89Ω（大修期間測量連續性電阻為6.88Ω），懷疑探頭側故障，用備用探頭GME005MC接入前置器后，信號恢復正常。

上述問題解決之后沒多久，在一次臨停檢修后的啟機過程中，汽機沖轉到3000rpm平臺時，GME002MC通道再次出現故障，導致指示下降到0rpm。根據通道設計邏輯，當GME002MC通道監測的汽機轉速小于250rpm時，系統會自動啟動汽機盤車與頂軸油泵。現場通過臨時斷開GME002MC通道電源，并通知運行將盤車與頂軸油泵置于就地停運狀態，以保證機組能夠正常升功率。

2 汽機監測系統GME轉速測量原理

該核電站GME轉速測量系統共有四個在線通道（GME001～004MC）和一個備用通道（GME005MC），用來監測汽輪機轉速。

GME轉速通道主要由轉速探頭、延伸電纜、前置器和處理板件組成。

轉速探頭為電渦流型探頭，接收前置器供電后，產生渦流磁場，不斷感應轉速齒輪齒峰與齒谷的位置變化，并將其位置變化轉換為輸出電壓的變化。一分鐘內電壓高低變化次數結合測速齒輪的齒數即可以轉化為汽機轉速信號。

延伸電纜的作用是將前置器與電渦流轉速探頭連接起來，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對地絕緣。

前置器的作用是內部電路提供射頻電流給探頭，接收探頭反饋的測量電壓，并進行閾值判斷后，輸出頻率信號，經CT板處理，轉換為汽輪機的轉速信號。

處理板件（CT板件）接收前置器送來的頻率信號，將其轉換為標準信號進行輸出。輸出信號用于顯示、參與邏輯控制等。

3 故障歷史及原因分析

對比歷史檢查處理情況，近幾年GME轉速探頭和前置器的故障率呈上升趨勢，其故障形式主要表現為：探頭和延伸電纜的連續性變大。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整電位器來消除。

針對近幾次故障，大修期間對測量通道進行齒峰間隙、齒峰電壓、齒谷電壓、絕緣連續性、晃動電壓、跳變電壓參數檢測以及盤車狀態轉速信號錄波。根據檢查情況，可以確定GME轉速通道的故障原因為就地探頭和前置器工作不穩定，隨著設備運行時間的增加（探頭和前置器均已在現場運行5～6年），現場高溫和振動環境等使得探頭老化情況加劇，探頭的電阻出現較大變化后，探頭與前置器不匹配導致測量漂移，前置器電壓輸出不跳變。

4 換型替代的可行性分析及驗證

GME轉速測量通道故障定位到就地探頭和前置器，但是目前所用的轉速探頭和前置器已停產，電站庫存也已不足以支持進行老化更換，且無類似輸出跳變電壓的替代產品。通過論證，考慮用目前軸振和偏心測量通道上的前置器進行替代，雖然該前置器本身無跳變功能（輸出正弦波），但通過調整機柜板件的偏置電壓，可以實現將正弦波轉化為方波信號，從而實現轉速信號的正常監測。

盤車情況下對GME轉速通道的輸出信號進行了錄波，使用原前置器，輸出為方波，高低電平為-3.7V和-12V，交流電壓擋測得4.19Vac，直流電壓擋測得約-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。用萬用表測軸振前置器輸出：交流電壓擋測得4.19Vac。直流電壓擋測得約-16Vdc。

該前置器輸出信號接入CR箱端子排送入后級板件，在機柜處查看該通道指示為零。顯然，簡單地更換前置器不能有效地對轉速信號進行測量，于是考慮通過調整機柜轉速通道板件來匹配新前置器。endprint

查閱接線圖，前置器信號先經過Z6C126板件，進行電壓信號的調整轉換后，送Z6S系列板件進行波形-電壓轉換。Z6C126板件的作用是將輸入的電壓信號與內部的偏置電壓進行比較，轉換為+13V信號與-13V信號的輸出電壓信號；因此通過調整板件的偏置電壓，可以達到使不同的波形輸入信號轉換為高低電平輸出的方波信號的目的。那么，只要對Z6C板件進行偏置電壓調整，使其能夠將新前置器輸出的正弦波轉換為高低電平輸出的方波信號，問題就能得以解決。

基于此，項目組對板件進行了試驗與測試。

首先，確認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，當輸入從-7V逐漸降到-8V時，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）是對應的，能夠有效地將前置器的高低電平輸出轉化為+13V信號與-13V信號的輸出電壓信號。

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

于是，對Z6C126板件的RV1進行調整，根據前置器的輸出-11V～-22V，考慮偏置電壓應確定在-16.5V左右，通過不斷地試驗，發現當Z6C126的RV1輸出降到-6.7V，使用勁儀模擬前置器，當輸入從-15.7V逐漸降到-16.5V時，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整至-16.5V左右，而按照分析，這個偏置電壓能夠將新前置器輸出的正弦波轉化為+13V與-13V的輸出電壓信號。

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

5 實施過程及結果

根據驗證結果，在2號機大修中對2GME001～005MC進行了換型替代，在1號機大修對1GME001～005MC進行了替代。將Z6C126板件的RV1輸出調至-6.7V，確保偏置電壓在-16.5V左右。兩臺機組改造后分別運行了近一個循環，目前GME轉速測量通道穩定無異常。另一方面，替代后的前置器已經使用在軸振、磨損、偏心通道中，該類型前置器結構簡單，可靠性強，無閾值判斷電路，直接輸出探頭測量的電壓信號，其中閾值判斷功能在下游的Z6C126板件中實現，降低了前置器的故障可能性。

6 結語

作為汽輪機監測的重要通道，該核電站GME轉速故障率高的問題一直是機組穩定運行的隱患。此次探頭和前置器的整體替代，徹底解決了通道測量故障率高的問題，同時又解決了因廠家備件停產而造成的庫存不足的問題。替代改造后兩臺機組GME轉速測量通道均穩定無異常，為機組的安全穩定運行奠定了基礎。endprint