辅助给水汽动泵转速测量方法及显示通道分析

赵常建 韦洪刚 郭省军

【摘 要】辅助给水系统作为蒸发器后备供水的系统，对电站的安全运行起着重要的作用。而辅助给水汽动泵是该系统的重要组成设备，在核电厂全厂失电的情况下为蒸发器应急供水提供动力。转速信号作为辅助给水汽动泵的重要运行参数，在汽动泵运行状态监测中起着重要的作用。

【Abstract】The auxiliary feed water system plays an important role in the safe operation of the power station as the backup water supply system of the evaporator. Auxiliary feed water vapor pump is an important component of the system， which provides power for emergency water supply of evaporator in the case of power loss of the whole plant. As an important operation parameter for the pump， speed signal is most useful for monitoring the pump status.

【关键词】辅助给水汽动泵;转速测量;霍尔效应;DCS-TXP

【Keywords】auxiliary feed water vapor pump; speed measurement; Hall effect; DCS-TXP

【中图分类号】TM623                              【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2018）12-0195-02

1 背景

1.1 辅助给水系统功能介绍

辅助给水系统（ASG）作为失去主给水时向蒸汽发生器提供给水的后备系统，不仅需要在反应堆启动和一回路升温阶段投运，在正常给水系统失效时，ASG系统要作为应急余热排出手段排出堆芯余热，使反应堆下行向冷停堆过渡，并达到可投运余热排出系统的条件。

1.2 汽动泵相关的试验介绍

根据某电站系统设计手册，ASG003/004PO安排有4种类型的试验，分别是：再循环流量试验;蒸发器供水模式下的启动运行试验及全流量试验;汽动泵性能试验;汽轮机超速保护试验。作为维修人员，分析掌握ASG汽动泵的转速测量原理及显示通道构成，是进行故障分析、定位处理的重要前提。

2 转速测量方法和信号传输通道分析

2.1 汽动泵控制概述

某电站ASG汽动泵采用了Clyde公司的TWL 45S型号，水平布置，两相离心式泵。在某电站，ASG003/004PO汽动泵的转速传感器基于霍尔效应原理，采用NPN型霍尔开关元件制作，通过与安装在汽动泵转子本体上的磁极共同组成转速测量传感器。

2.2 ASG汽动泵转速测量方法

2.2.1 霍尔效应

如图1所示，一个N型半导体薄片，长度为L，宽度为S，厚度为d，在垂直于该半导体薄片平面的方向上，施加磁感应强度为B的磁场，若在长度方向通以电流Ic，则运动电荷受到洛伦兹力的作用，正负电荷将分别沿垂直于磁场和电流的方向向导体两端移动，并聚集在导体两端形成一个稳定的电动势UH，这就是霍尔电动势（或称之为霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。霍尔电压UH有以下公式：

2.2.2 ASG汽动泵转速传感器的安装和工作方式

ASG汽动泵转速传感器的安装方式如图2所示。其测量原理是，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。对于ASG汽动泵，每转一圈产生两个高电平脉冲信号，对于单片机采集计数，每个上升沿触发一次计数，假定单位时间T（s）内计数为n（个），则汽动泵转速N（r/min）为：

2.3 转速信号的传输通道

转速测量信号经过TR400采集计数后，TR400内部电路驱动LED数码管实现转速在就地指示表的显示。

3 转速信号历史故障及处理

3.1 例行检修后转速测量异常无显示

3.1.1 大修中转速例行工作安排

在大修中，對于ASG汽动泵安排的例行检修工作有转速传感器的校验以及电磁超速保护试验，在泵本体有工作时，会配合拆装转速传感器。

3.1.2 转速故障现象及故障处理

某电站在大修汽动泵例行检修后，转速探头ASG001MC在泵启动再鉴定时无显示。转速传感器没有拆装工作，故怀疑TR400信号接线有松动，但是检查端子接线无异常。再次检查确认转速传感器在汽动泵本体的安装间隙满足验收标准。故障最终锁定在磁极上。经过与备件所带的磁极做比对，发现安装在汽动泵本体上的一对磁极磁场强度明显小于战略备件所带的磁极。在更换了磁极后，重新执行汽动泵再鉴定，转速测量恢复正常。

3.1.3 故障原因分析

根据公式（1），在霍尔元件选定，给定电流恒定的情况下，霍尔电压与磁感应强度成正比。后确认该电站3ASG001MC磁极供货错误。由于磁性材料存在居里温度，在高温、强振动环境下长期运行，磁极磁性减弱，最终导致霍尔效应变弱，转速测量异常。

3.1.4 针对磁极变弱进行的改进

由于磁极在高温环境下存在磁性减弱的特性，为防止再次发生转速测量异常的事件，在例行的转速传感器校验中，增加了对磁极磁场强度的检测工作。

3.2 超速试验中转速值超差导致试验失败

3.2.1 超速试验简介及试验判据

每一轮循环都会进行汽动泵机械超速和电磁超速试验，主要验证机械超速保护装置动作的正确性以及电磁超速保护定值准确。试验结果的评价以超速保护动作时刻的转速值为判断准则，若转速值在允许范围内，则试验合格，否则试验失败，需要重新调整保护定值，重新执行试验。

3.2.2 超速试验失败原因分析

转速信号以及机械超速保护动作报警/电磁超速动作报警均送到DCS-TXP平台，试验时往往选取保护动作报警触发的时刻的转速值作为动作定值。

由于转速信号与保护动作报警信号送往DCS-TXP平台的采集处理周期并不完全一致，超速保护动作报警的信号处理周期长于转速信号处理周期，导致超速试验往往被判失败。

由于采集处理周期的不同，在DCS-TXP历史记录中，使用报警信号触发时刻的转速值作为超速保护试验的判据是不合适的。

在超速试验中，保护信号动作后瞬间，汽动泵存在着飞升转速，超速保护报警信号时刻的转速值往往是飞升转速的数值，而不是超速保护的动作定值。

3.2.3 超速试验判据的解决方案

鉴于转速信号与超速保护报警在DCS-TXP平台中采集处理周期存在的差异的事实，在大修执行超速保护试验时，试验结果的判据选择就地指示表的转速值，在通过关闭汽动泵出口阀制造气蚀使汽动泵超速的操作过程中，尽可能缓慢地操作阀门，使得转速变化尽可能平稳，如此就地指示表的转速指示会接近真实值。

4 结语

本文通过对辅助给水汽动泵转速测量方法的分析以及信号传输通道的研究，为转速传感器的检修工作提供了理论依据。同时，通过对大修中遇到的转速传感器测量失效故障处理，增加了大修中对转速传感器的磁极的例行检修工作。通过选择合理的超速试验判据，确保了超速试验的顺利进行，节省了大修工期。