輔助給水汽動泵轉速測量方法及顯示通道分析

趙常建，韋洪剛，郭省軍

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 背景

1.1 輔助給水系統功能介紹

輔助給水系統（ASG）作為失去主給水時向蒸汽發生器提供給水的后備系統，不僅需要在反應堆啟動和一回路升溫階段投運，在正常給水系統失效時，ASG系統要作為應急余熱排出手段排出堆芯余熱，使反應堆下行向冷停堆過渡，并達到可投運余熱排出系統的條件。

1.2 汽動泵相關的試驗介紹

根據某電站系統設計手冊，ASG003/004PO安排有4種類型的試驗，分別是：再循環流量試驗；蒸發器供水模式下的啟動運行試驗及全流量試驗；汽動泵性能試驗；汽輪機超速保護試驗。作為維修人員，分析掌握ASG汽動泵的轉速測量原理及顯示通道構成，是進行故障分析、定位處理的重要前提。

2 轉速測量方法和信號傳輸通道分析

2.1 汽動泵控制概述

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

2.2 ASG汽動泵轉速測量方法

2.2.1 霍爾效應

如圖1所示，一個N型半導體薄片，長度為L，寬度為S，厚度為d，在垂直于該半導體薄片平面的方向上，施加磁感應強度為B的磁場，若在長度方向通以電流Ic，則運動電荷受到洛倫茲力的作用，正負電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向導體兩端移動，并聚集在導體兩端形成一個穩定的電動勢UH，這就是霍爾電動勢（或稱之為霍爾電壓），這種現象稱為霍爾效應。霍爾電壓UH有以下公式：

式中，R為霍爾常數；KH為霍爾元件的乘積靈敏度。

圖1 霍爾效應原理

2.2.2 ASG汽動泵轉速傳感器的安裝和工作方式

ASG汽動泵轉速傳感器的安裝方式如圖2所示。其測量原理是，在固定的測量時間內，計取轉速傳感器產生的脈沖個數，從而算出實際轉速。對于ASG汽動泵，每轉一圈產生兩個高電平脈沖信號，對于單片機采集計數，每個上升沿觸發一次計數，假定單位時間T（s）內計數為n（個），則汽動泵轉速N（r/min）為：

圖2 ASG轉速傳感器的安裝示意圖

2.3 轉速信號的傳輸通道

轉速測量信號經過TR400采集計數后，TR400內部電路驅動LED數碼管實現轉速在就地指示表的顯示。

3 轉速信號歷史故障及處理

3.1 例行檢修后轉速測量異常無顯示

3.1.1 大修中轉速例行工作安排

在大修中，對于ASG汽動泵安排的例行檢修工作有轉速傳感器的校驗以及電磁超速保護試驗，在泵本體有工作時，會配合拆裝轉速傳感器。

3.1.2 轉速故障現象及故障處理

某電站在大修汽動泵例行檢修后，轉速探頭ASG001MC在泵啟動再鑒定時無顯示。轉速傳感器沒有拆裝工作，故懷疑TR400信號接線有松動，但是檢查端子接線無異常。再次檢查確認轉速傳感器在汽動泵本體的安裝間隙滿足驗收標準。故障最終鎖定在磁極上。經過與備件所帶的磁極做比對，發現安裝在汽動泵本體上的一對磁極磁場強度明顯小于戰略備件所帶的磁極。在更換了磁極后，重新執行汽動泵再鑒定，轉速測量恢復正常。

3.1.3 故障原因分析

根據公式（1），在霍爾元件選定，給定電流恒定的情況下，霍爾電壓與磁感應強度成正比。后確認該電站3ASG001MC磁極供貨錯誤。由于磁性材料存在居里溫度，在高溫、強振動環境下長期運行，磁極磁性減弱，最終導致霍爾效應變弱，轉速測量異常。

3.1.4 針對磁極變弱進行的改進

由于磁極在高溫環境下存在磁性減弱的特性，為防止再次發生轉速測量異常的事件，在例行的轉速傳感器校驗中，增加了對磁極磁場強度的檢測工作。

3.2 超速試驗中轉速值超差導致試驗失敗

3.2.1 超速試驗簡介及試驗判據

每一輪循環都會進行汽動泵機械超速和電磁超速試驗，主要驗證機械超速保護裝置動作的正確性以及電磁超速保護定值準確。試驗結果的評價以超速保護動作時刻的轉速值為判斷準則，若轉速值在允許范圍內，則試驗合格，否則試驗失敗，需要重新調整保護定值，重新執行試驗。

3.2.2 超速試驗失敗原因分析

轉速信號以及機械超速保護動作報警/電磁超速動作報警均送到DCS-TXP平臺，試驗時往往選取保護動作報警觸發的時刻的轉速值作為動作定值。

由于轉速信號與保護動作報警信號送往DCS-TXP平臺的采集處理周期并不完全一致，超速保護動作報警的信號處理周期長于轉速信號處理周期，導致超速試驗往往被判失敗。

由于采集處理周期的不同，在DCS-TXP歷史記錄中，使用報警信號觸發時刻的轉速值作為超速保護試驗的判據是不合適的。

在超速試驗中，保護信號動作后瞬間，汽動泵存在著飛升轉速，超速保護報警信號時刻的轉速值往往是飛升轉速的數值，而不是超速保護的動作定值。

3.2.3 超速試驗判據的解決方案

鑒于轉速信號與超速保護報警在DCS-TXP平臺中采集處理周期存在的差異的事實，在大修執行超速保護試驗時，試驗結果的判據選擇就地指示表的轉速值，在通過關閉汽動泵出口閥制造氣蝕使汽動泵超速的操作過程中，盡可能緩慢地操作閥門，使得轉速變化盡可能平穩，如此就地指示表的轉速指示會接近真實值。

4 結語

本文通過對輔助給水汽動泵轉速測量方法的分析以及信號傳輸通道的研究，為轉速傳感器的檢修工作提供了理論依據。同時，通過對大修中遇到的轉速傳感器測量失效故障處理，增加了大修中對轉速傳感器的磁極的例行檢修工作。通過選擇合理的超速試驗判據，確保了超速試驗的順利進行，節省了大修工期。