趙常建，韋洪剛，郭省軍

（中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東 深圳 518124）

1 背景

1.1 輔助給水系統(tǒng)功能介紹

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

1.2 汽動(dòng)泵相關(guān)的試驗(yàn)介紹

根據(jù)某電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，ASG003/004PO安排有4種類型的試驗(yàn)，分別是：再循環(huán)流量試驗(yàn)；蒸發(fā)器供水模式下的啟動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)及全流量試驗(yàn)；汽動(dòng)泵性能試驗(yàn)；汽輪機(jī)超速保護(hù)試驗(yàn)。作為維修人員，分析掌握ASG汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速測(cè)量原理及顯示通道構(gòu)成，是進(jìn)行故障分析、定位處理的重要前提。

2 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法和信號(hào)傳輸通道分析

2.1 汽動(dòng)泵控制概述

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

2.2 ASG汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速測(cè)量方法

2.2.1 霍爾效應(yīng)

如圖1所示，一個(gè)N型半導(dǎo)體薄片，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為S，厚度為d，在垂直于該半導(dǎo)體薄片平面的方向上，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，若在長(zhǎng)度方向通以電流Ic，則運(yùn)動(dòng)電荷受到洛倫茲力的作用，正負(fù)電荷將分別沿垂直于磁場(chǎng)和電流的方向向?qū)w兩端移動(dòng)，并聚集在導(dǎo)體兩端形成一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)UH，這就是霍爾電動(dòng)勢(shì)（或稱之為霍爾電壓），這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妷篣H有以下公式：

式中，R為霍爾常數(shù)；KH為霍爾元件的乘積靈敏度。

圖1 霍爾效應(yīng)原理

2.2.2 ASG汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速傳感器的安裝和工作方式

ASG汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速傳感器的安裝方式如圖2所示。其測(cè)量原理是，在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。對(duì)于ASG汽動(dòng)泵，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生兩個(gè)高電平脈沖信號(hào)，對(duì)于單片機(jī)采集計(jì)數(shù)，每個(gè)上升沿觸發(fā)一次計(jì)數(shù)，假定單位時(shí)間T（s）內(nèi)計(jì)數(shù)為n（個(gè)），則汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速N（r/min）為：

圖2 ASG轉(zhuǎn)速傳感器的安裝示意圖

2.3 轉(zhuǎn)速信號(hào)的傳輸通道

轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)經(jīng)過TR400采集計(jì)數(shù)后，TR400內(nèi)部電路驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在就地指示表的顯示。

3 轉(zhuǎn)速信號(hào)歷史故障及處理

3.1 例行檢修后轉(zhuǎn)速測(cè)量異常無顯示

3.1.1 大修中轉(zhuǎn)速例行工作安排

在大修中，對(duì)于ASG汽動(dòng)泵安排的例行檢修工作有轉(zhuǎn)速傳感器的校驗(yàn)以及電磁超速保護(hù)試驗(yàn)，在泵本體有工作時(shí)，會(huì)配合拆裝轉(zhuǎn)速傳感器。

3.1.2 轉(zhuǎn)速故障現(xiàn)象及故障處理

某電站在大修汽動(dòng)泵例行檢修后，轉(zhuǎn)速探頭ASG001MC在泵啟動(dòng)再鑒定時(shí)無顯示。轉(zhuǎn)速傳感器沒有拆裝工作，故懷疑TR400信號(hào)接線有松動(dòng)，但是檢查端子接線無異常。再次檢查確認(rèn)轉(zhuǎn)速傳感器在汽動(dòng)泵本體的安裝間隙滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。故障最終鎖定在磁極上。經(jīng)過與備件所帶的磁極做比對(duì)，發(fā)現(xiàn)安裝在汽動(dòng)泵本體上的一對(duì)磁極磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯小于戰(zhàn)略備件所帶的磁極。在更換了磁極后，重新執(zhí)行汽動(dòng)泵再鑒定，轉(zhuǎn)速測(cè)量恢復(fù)正常。

3.1.3 故障原因分析

根據(jù)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(yīng)強(qiáng)度成正比。后確認(rèn)該電站3ASG001MC磁極供貨錯(cuò)誤。由于磁性材料存在居里溫度，在高溫、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，磁極磁性減弱，最終導(dǎo)致霍爾效應(yīng)變?nèi)?，轉(zhuǎn)速測(cè)量異常。

3.1.4 針對(duì)磁極變?nèi)踹M(jìn)行的改進(jìn)

由于磁極在高溫環(huán)境下存在磁性減弱的特性，為防止再次發(fā)生轉(zhuǎn)速測(cè)量異常的事件，在例行的轉(zhuǎn)速傳感器校驗(yàn)中，增加了對(duì)磁極磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)工作。

3.2 超速試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速值超差導(dǎo)致試驗(yàn)失敗

3.2.1 超速試驗(yàn)簡(jiǎn)介及試驗(yàn)判據(jù)

每一輪循環(huán)都會(huì)進(jìn)行汽動(dòng)泵機(jī)械超速和電磁超速試驗(yàn)，主要驗(yàn)證機(jī)械超速保護(hù)裝置動(dòng)作的正確性以及電磁超速保護(hù)定值準(zhǔn)確。試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)以超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值為判斷準(zhǔn)則，若轉(zhuǎn)速值在允許范圍內(nèi)，則試驗(yàn)合格，否則試驗(yàn)失敗，需要重新調(diào)整保護(hù)定值，重新執(zhí)行試驗(yàn)。

3.2.2 超速試驗(yàn)失敗原因分析

轉(zhuǎn)速信號(hào)以及機(jī)械超速保護(hù)動(dòng)作報(bào)警/電磁超速動(dòng)作報(bào)警均送到DCS-TXP平臺(tái)，試驗(yàn)時(shí)往往選取保護(hù)動(dòng)作報(bào)警觸發(fā)的時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值作為動(dòng)作定值。

由于轉(zhuǎn)速信號(hào)與保護(hù)動(dòng)作報(bào)警信號(hào)送往DCS-TXP平臺(tái)的采集處理周期并不完全一致，超速保護(hù)動(dòng)作報(bào)警的信號(hào)處理周期長(zhǎng)于轉(zhuǎn)速信號(hào)處理周期，導(dǎo)致超速試驗(yàn)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(bào)警信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值作為超速保護(hù)試驗(yàn)的判據(jù)是不合適的。

在超速試驗(yàn)中，保護(hù)信號(hào)動(dòng)作后瞬間，汽動(dòng)泵存在著飛升轉(zhuǎn)速，超速保護(hù)報(bào)警信號(hào)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值往往是飛升轉(zhuǎn)速的數(shù)值，而不是超速保護(hù)的動(dòng)作定值。

3.2.3 超速試驗(yàn)判據(jù)的解決方案

鑒于轉(zhuǎn)速信號(hào)與超速保護(hù)報(bào)警在DCS-TXP平臺(tái)中采集處理周期存在的差異的事實(shí)，在大修執(zhí)行超速保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果的判據(jù)選擇就地指示表的轉(zhuǎn)速值，在通過關(guān)閉汽動(dòng)泵出口閥制造氣蝕使汽動(dòng)泵超速的操作過程中，盡可能緩慢地操作閥門，使得轉(zhuǎn)速變化盡可能平穩(wěn)，如此就地指示表的轉(zhuǎn)速指示會(huì)接近真實(shí)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)輔助給水汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的分析以及信號(hào)傳輸通道的研究，為轉(zhuǎn)速傳感器的檢修工作提供了理論依據(jù)。同時(shí)，通過對(duì)大修中遇到的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量失效故障處理，增加了大修中對(duì)轉(zhuǎn)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(yàn)判據(jù)，確保了超速試驗(yàn)的順利進(jìn)行，節(jié)省了大修工期。