主泵軸位移測量值異常分析及處理

姜國輝 熊鋒

【摘 要】某CPR1000機組的主泵軸位移測量值偏大，論文對此進行分析，定位故障點為主泵連軸螺栓磁場強度較大，導致電渦流探頭測量異常。通過消磁處理，消除了故障，主泵軸位移值恢復正常。

【關鍵詞】主泵;軸位移;電渦流;磁場

【Keywords】 the main pump; axial displacement; eddy current;? magnetic field

【中圖分類號】TM311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）01-0185-02

1 事件描述

在CPR1000機組上，主泵軸位移測量值一般在90μm左右，峰值突破100μm的情況較少發生，而某CPR1000機組的3號主泵自商運以來，軸位移測量值一直在130μm左右，最高值近160μm，已經接近軸位移故障報警的定值。

2 原因分析及處理

2.1 軸位移測量原理介紹

主泵軸位移探頭為電渦流型測量探頭，與伸縮電纜和前置放大器一起使用。渦流探頭包括一個封裝在鐵心尖端并裝在一個螺紋外殼內的線圈，驅動器提供射頻電流流經探頭線圈，在探頭/目標間隙之間產生一個磁場，當間隙變化時，磁場同步變化，流經線圈的電流發生變化。從驅動器上測量便得到一個與間隙成比例的負直流電壓和工頻交流電壓。

軸位移探頭安裝在主泵泵腔內，面向主泵軸。探頭通過泵腔內的安裝支架進行定位、安裝，保證探頭與泵軸的安裝間隙為2.0±0.05mm，當探頭與泵軸間的距離變化時，探頭的輸出隨之變化，從而可以測量軸向位移的數值。

前置放大器和探頭用延伸電纜相互連接，由24VDC電源供電，其靜態輸出為負直流電壓，與探頭/泵軸的安裝間隙成比例。前置放大器電子回路提供射頻電流到探頭，并對信號進行處理，以得到一個與探頭間隙大小成比例的電壓。

該機組實際情況如下：

①主泵額定轉速為1485rpm，對應工頻為24.75Hz，對應周期為40.4ms。

②前置放大器將回采的交流信號送至處理卡，其信號為0～884mVRMS，對應交流電壓為0～1250mV。

③軸位移轉換卡給前置放大器提供24VDC供電，前置放大器產生一個射頻信號至就地探頭。

④探頭安裝時對應2±0.05mm間隙、-10±1VDC的靜態電壓。

2.2 故障分析過程

根據歷史頻譜數據分析，在軸位移頻譜信號中出現了頻率為300Hz的12倍頻信號，專業初步分析為泵體水力部件等引起的泵軸位移真實偏高，需要在大修中執行主泵動平衡。

2018年，在該機組熱停堆工況下，機械專業按照計劃執行動平衡預案，但在臨時安裝的軸位移輔助測量探頭信號檢查過程中，沒有發現300Hz的頻率信號，排除了泵體水力部件等引入12倍頻信號的嫌疑。

通過對比就地臨時輔助測量頻譜與在線數據頻譜，發現就地測量數據以工頻分量為主（圖3），而在線探頭數據頻譜中12倍頻較為突出，占比約50%（圖4），分析認為在線軸位移測量值虛假偏高。

主泵軸位移測量探頭為電渦流測量方式，從測量原理可知，電渦流效應主要集中在被測體表面，如果被測體表面或其周圍物體由于加工過程中淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結晶結構不均勻等都會形成殘磁效應（即產生了額外的干擾磁場），進而影響電渦流傳感器特性。因此，在進行軸位移測量時，如果被測體表面殘磁效應過大，會出現測量波形發生畸變，影響準確性。

經多專業聯合分析，主泵軸位移探頭安裝在主泵的聯軸器處，而主泵的連軸器由12顆連接螺栓連接，當連接螺栓被磁化后，將會產生相對于工頻頻率12倍的雜波頻率，在螺栓處會產生變化的磁場，進而對軸位移測量信號產生干擾，導致在線軸位移探頭產生了12倍頻（300Hz）的干擾分量，引起了在線軸位移探頭測量值偏大。

2.3 處理結果

根據現場實際情況，經多專業討論和分析，一致認為連軸螺栓的剩磁干擾引起了測量偏高的異常，遂決定在主泵停運窗口下對主泵的12顆連軸螺栓進行消磁處理。

儀控專業使用去磁器進行消磁后，啟泵驗證主泵軸位移穩定在96um左右，較消磁前軸位移值明顯降低;同時，通過機柜側采集的在線探頭數據進行頻譜分析，12倍頻分量較消磁前降低約50%，消磁效果明顯。

從頻譜數據上可以明顯看出，12倍頻的干擾信號雖然依然存在，但幅值已經出現了明顯下降，其中部分幅值已經下降到非常低的水平，每個峰值對應一顆螺栓，這是一部分螺栓消磁效果顯著、一部分螺栓消磁效果不明顯引起的，與預期情況基本相符。

3 結語

該主泵軸位移測量偏高的根本原因為泵軸螺栓存在磁通，對電渦流探頭造成干擾，維修部門利用停泵窗口對泵軸螺栓進行了消磁處理，重新啟動主泵進行驗證，頻譜信號顯示12倍頻信號顯著下降，在線軸位移數據較消磁前有明顯降低;12倍頻分量較消磁前降低了約50%，消磁效果顯著，軸位移測量值穩定在96μm左右，較歷史運行情況相比降低了約34μm，故障處理效果明顯，儀表測量通道測量穩定，可以滿足設備長期穩定運行的要求。