核电站汽机监测系统转速测量异常问题研究与改进

李瑞豪+黄林+卢国金

【摘 要】近期国内某核电站汽轮机转速监测通道多次出现故障，影响了机组的安全稳定运行。电站仪控维护人员对转速通道进行了多方面的检查和验证，形成了改进方案并在大修中实施，改进后转速通道测量恢复正常且保持稳定，对电站的安全运行起到了积极的作用。

【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.

【关键词】核电厂；转速监测通道；改进

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

【中图分类号】TP274 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）02-0182-02

1 引言

国内某核电站汽机监测系统转速通道GME002MC在日常运行期间指示变为0rpm，导致汽机顶轴油泵和盘车马达自动启动。现场检查GME002MC就地前置器电压输出无跳变（正常应规律跳变，且频率与汽机转速相同），测量探头的连续性电阻为15.89Ω（大修期间测量连续性电阻为6.88Ω），怀疑探头侧故障，用备用探头GME005MC接入前置器后，信号恢复正常。

上述问题解决之后没多久，在一次临停检修后的启机过程中，汽机冲转到3000rpm平台时，GME002MC通道再次出现故障，导致指示下降到0rpm。根据通道设计逻辑，当GME002MC通道监测的汽机转速小于250rpm时，系统会自动启动汽机盘车与顶轴油泵。现场通过临时断开GME002MC通道电源，并通知运行将盘车与顶轴油泵置于就地停运状态，以保证机组能够正常升功率。

2 汽机监测系统GME转速测量原理

该核电站GME转速测量系统共有四个在线通道（GME001～004MC）和一个备用通道（GME005MC），用來监测汽轮机转速。

GME转速通道主要由转速探头、延伸电缆、前置器和处理板件组成。

转速探头为电涡流型探头，接收前置器供电后，产生涡流磁场，不断感应转速齿轮齿峰与齿谷的位置变化，并将其位置变化转换为输出电压的变化。一分钟内电压高低变化次数结合测速齿轮的齿数即可以转化为汽机转速信号。

延伸电缆的作用是将前置器与电涡流转速探头连接起来，不可随意更换、割断，并且需要与探头和前置器配套使用。延伸电缆与探头连接处应对地绝缘。

前置器的作用是内部电路提供射频电流给探头，接收探头反馈的测量电压，并进行阈值判断后，输出频率信号，经CT板处理，转换为汽轮机的转速信号。

处理板件（CT板件）接收前置器送来的频率信号，将其转换为标准信号进行输出。输出信号用于显示、参与逻辑控制等。

3 故障历史及原因分析

对比历史检查处理情况，近几年GME转速探头和前置器的故障率呈上升趋势，其故障形式主要表现为：探头和延伸电缆的连续性变大。该故障可以在大修期间更换探头来消除；前置器无法输出跳变电压，该故障可以在大修期间更换前置器或者调整电位器来消除。

针对近几次故障，大修期间对测量通道进行齿峰间隙、齿峰电压、齿谷电压、绝缘连续性、晃动电压、跳变电压参数检测以及盘车状态转速信号录波。根据检查情况，可以确定GME转速通道的故障原因为就地探头和前置器工作不稳定，随着设备运行时间的增加（探头和前置器均已在现场运行5～6年），现场高温和振动环境等使得探头老化情况加剧，探头的电阻出现较大变化后，探头与前置器不匹配导致测量漂移，前置器电压输出不跳变。

4 换型替代的可行性分析及验证

GME转速测量通道故障定位到就地探头和前置器，但是目前所用的转速探头和前置器已停产，电站库存也已不足以支持进行老化更换，且无类似输出跳变电压的替代产品。通过论证，考虑用目前轴振和偏心测量通道上的前置器进行替代，虽然该前置器本身无跳变功能（输出正弦波），但通过调整机柜板件的偏置电压，可以实现将正弦波转化为方波信号，从而实现转速信号的正常监测。

盘车情况下对GME转速通道的输出信号进行了录波，使用原前置器，输出为方波，高低电平为-3.7V和-12V，交流电压挡测得4.19Vac，直流电压挡测得约-7Vdc。

使用新前置器后，录得波形为正弦波，如图1所示。波峰～波谷约为：-11～-22V。用万用表测轴振前置器输出：交流电压挡测得4.19Vac。直流电压挡测得约-16Vdc。

该前置器输出信号接入CR箱端子排送入后级板件，在机柜处查看该通道指示为零。显然，简单地更换前置器不能有效地对转速信号进行测量，于是考虑通过调整机柜转速通道板件来匹配新前置器。endprint

查阅接线图，前置器信号先经过Z6C126板件，进行电压信号的调整转换后，送Z6S系列板件进行波形-电压转换。Z6C126板件的作用是将输入的电压信号与内部的偏置电压进行比较，转换为+13V信号与-13V信号的输出电压信号；因此通过调整板件的偏置电压，可以达到使不同的波形输入信号转换为高低电平输出的方波信号的目的。那么，只要对Z6C板件进行偏置电压调整，使其能够将新前置器输出的正弦波转换为高低电平输出的方波信号，问题就能得以解决。

基于此，项目组对板件进行了试验与测试。

首先，确认Z6C126板件RV1偏置电压电位器输出为-2.83V。使用劲仪模拟前置器，当输入从-7V逐渐降到-8V时，Z6C126板件输出从14.1V逐渐降到-13V。也就是说，目前Z6C板件的偏置电压在-7V～-8V之间，这与原前置器的输出（-3.7V和-12V）是对应的，能够有效地将前置器的高低电平输出转化为+13V信号与-13V信号的输出电压信号。

然而对于新的前置器输出（-11V～-22V），这个偏置电压显然不能起到转化作用，因为-7V～-8V之间任何一个值都不在新前置器的输出范围内。

于是，对Z6C126板件的RV1进行调整，根据前置器的输出-11V～-22V，考虑偏置电压应确定在-16.5V左右，通过不断地试验，发现当Z6C126的RV1输出降到-6.7V，使用劲仪模拟前置器，当输入从-15.7V逐渐降到-16.5V时，Z6C126板件输出从14.1V逐渐降到-13V，这样就能将该板件的偏置电压调整至-16.5V左右，而按照分析，这个偏置电压能够将新前置器输出的正弦波转化为+13V与-13V的输出电压信号。

将上述调整好的Z6C126板件更换到GME003MC所在通道，使用FG300模拟转速脉冲信号（频率0-120Hz，峰值11V，偏置-16V），读取ID表指示与输入信号吻合。

5 实施过程及结果

根据验证结果，在2号机大修中对2GME001～005MC进行了换型替代，在1號机大修对1GME001～005MC进行了替代。将Z6C126板件的RV1输出调至-6.7V，确保偏置电压在-16.5V左右。两台机组改造后分别运行了近一个循环，目前GME转速测量通道稳定无异常。另一方面，替代后的前置器已经使用在轴振、磨损、偏心通道中，该类型前置器结构简单，可靠性强，无阈值判断电路，直接输出探头测量的电压信号，其中阈值判断功能在下游的Z6C126板件中实现，降低了前置器的故障可能性。

6 结语

作为汽轮机监测的重要通道，该核电站GME转速故障率高的问题一直是机组稳定运行的隐患。此次探头和前置器的整体替代，彻底解决了通道测量故障率高的问题，同时又解决了因厂家备件停产而造成的库存不足的问题。替代改造后两台机组GME转速测量通道均稳定无异常，为机组的安全稳定运行奠定了基础。endprint