核電汽輪機瓦振探頭閃發(fā)故障原因分析與處理

張小輝 沈超 呂凱

【摘 要】論文針對核電項目汽輪機在調(diào)試啟動過程中多次閃發(fā)瓦振探頭故障報警問題，通過瓦振探頭工作原理、信號干擾源、通道傳輸過程、差異性等全面分析，提出汽輪機瓦振探頭故障閃發(fā)引發(fā)跳機風險的控制措施和問題處理方案，解決了汽輪機瓦振探頭閃發(fā)的問題，降低了汽輪機跳機風險。

【Abstract】In view of the frequent failure alarm of the flash fault of the vibration probe in the process of debugging steam turbine of a nuclear power project， the paper comprehensively analyzes the working principle of watt-vibratory probe， signal interference source， channel transmission process and difference. It puts forward the control measures and problem solving scheme of the risk of jumping machine caused by the fault flash of turbine tile vibration probe， which can solve the problem of flicker of turbine tile probe， and reduce the jump risk of the turbine.

【關鍵詞】瓦振探頭；故障閃發(fā)；信號干擾

【Keywords】 tile vibration probe； fault flash； signal interference

【中圖分類號】TK268 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）11-0179-02

1 引言

2018年5月24日，某電廠5號機執(zhí)行完電源切換試驗后機組處于跳堆、跳機狀態(tài)。當日下午，在機組再次沖并前，現(xiàn)場巡檢查詢控制系統(tǒng)畫面及報警日志，發(fā)現(xiàn)5號機汽輪機1～6瓦共12個瓦振探頭在5月24 下午13：04：33 同時閃發(fā)瓦振探頭故障信號約0.6s，1～6瓦瓦振均觸發(fā)2取2故障跳機保護信號。在該時間段1～6瓦瓦振測量數(shù)值穩(wěn)定正常，其他軸系振動、溫度測量數(shù)據(jù)也無異常，現(xiàn)場確認報警觸發(fā)前后在汽輪發(fā)電機及軸承箱處均無相關工作。

5號機采用的是西門子百萬千瓦機組，汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)（GME）使用的是Vibro生產(chǎn)的TSI傳感器，其中瓦振探頭使用的是壓電式加速度傳感器CA202，壓電加速度計通過內(nèi)部敏感芯片輸出一個與加速度成正比的電荷信號，通過電荷信號調(diào)理器IPC704將接收到的電荷信號放大轉換成偏置12mA的交流uA信號。傳感器和前置器通過帶屏蔽的延伸電纜連接，這段信號由于是電荷信號，抗干擾能力比較弱。汽輪機瓦振探頭閃發(fā)故障已在多臺機組出現(xiàn)，而且根據(jù)西門子邏輯圖設計同瓦的兩個瓦振探頭同時閃發(fā)故障，汽輪機直接保護跳機。閃發(fā)故障由于復現(xiàn)性困難，復現(xiàn)故障后果難以接受等原因，對現(xiàn)場進行問題查找造成一定困擾。

2 原因分析

2.1 瓦振探頭工作原理

現(xiàn)場瓦振探頭測量的微小電荷信號經(jīng)前置器放大后，通過硬接線送入5GME001AR 的MPC4卡件進行信號處理。瓦振過程信號分為直流電流分量與交流電流分量兩部分。

直流電流分量（OK值）作為通道故障判斷的依據(jù)， OK值的判斷范圍組態(tài)設置為7～17mA。瓦振探頭在正常運行情況下，偏置電流為12mA。直流分量超出設定范圍后經(jīng)卡件內(nèi)部繼電器觸發(fā)通道故障報警輸出至5GSE002AR的FUM卡。故障信號在觸發(fā)后消失時存在10秒鐘延時，該機制是在卡件內(nèi)固化的，無法通過組態(tài)進行修改。

交流分量為振動信號的輸出，經(jīng)MPC4/IOC4T卡件運算轉化為4～20mA標準電流信號（對應0～20mm/s的物理量程）送往5GSE002AR機柜后做進一步處理（閾值判斷、報警、保護、畫面顯示）。（圖1）

2.2 瓦振探頭觸發(fā)故障信號原因分析

根據(jù)汽輪機瓦振探頭故障信號觸發(fā)原理，對可能的原因分析如下：

2.2.1 軸系強電磁干擾

汽輪機廠房環(huán)境復雜，大功率電機較多，還涉及頻繁啟停，電磁干擾大，若轉子存在電勢干擾，可能導致多個探頭同時受到影響，其他機組出現(xiàn)過因打雷導致觸發(fā)瓦振故障信號的情況，因此該原因?qū)е鹿收祥W發(fā)的可能性較高。

2.2.2 瓦振前置器和卡件故障

前置器故障會導致直流分量受到影響，進而導致瓦振故障觸發(fā)，但12個汽輪機瓦振探頭的前置器和卡件均獨立布置，同時工作異常的可能性較低，交流分量對應的瓦振測量值無異常。

2.2.3 動力電纜干擾瓦振信號電纜

汽輪機瓦振電纜與主給水泵 1號泵啟動電纜存在交匯處，主給水泵是全廠功率最大的泵，啟動電流很大，且現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)瓦振閃發(fā)故障，恰巧主給水泵1號泵啟動。防城港存在類似經(jīng)驗反饋，因此啟泵對瓦振信號干擾導致故障閃發(fā)可能性很高[1]。

3 應對措施

3.1 根據(jù)經(jīng)驗反饋進行組態(tài)優(yōu)化，避免瓦振閃發(fā)故障引起誤跳機

現(xiàn)場已對導致本次5號機汽輪機 1～6瓦振瓦振故障信號閃發(fā)的可能因素進行分析，但未能夠確定具體故障原因。為防止在機組啟動后瓦振故障信號異常觸發(fā)導致跳機保護誤動作，現(xiàn)場借鑒前期商運機組已實施的瓦振跳機邏輯改造方案，通過緊急對瓦振信號跳機邏輯進行改造，在邏輯中將瓦振通道參與跳機的信號修改為瓦振模擬量信號質(zhì)量位壞與軸振高同時觸發(fā)時才觸發(fā)跳機信號，避免瓦振閃發(fā)故障導致誤停機風險。

3.2 大電機啟動干擾排查

通過調(diào)取歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)1號主給水泵（核電功率最大的泵APA系統(tǒng)）啟動瞬間，多次閃發(fā)汽輪機瓦振探頭故障，根據(jù)現(xiàn)場觀察統(tǒng)計，汽輪機啟動后主給水泵總共啟動10次，瓦振觸發(fā)故障信號共6次。通過對電纜路徑梳理檢查，發(fā)現(xiàn)主給水泵動力電纜與汽輪機瓦振信號電纜存在交匯處，而且距離很近，無保護措施。通過安裝在16米電纜夾層瓦振信號電纜所在的電纜橋架轉彎及豎直段增加蓋板，將與瓦振測量電纜臨近的主給水泵中壓電纜向遠離方向移動，保證兩者間距大于20cm，減少主給水泵動力電纜對瓦振信號的干擾。

3.3 增加瓦振探頭抗干擾性

通過對汽輪機和發(fā)電機探頭信號傳遞進行分析，唯一的差別就在于就地探頭的絕緣方式不一致，如圖2所示，汽輪機瓦振探頭在汽輪機本體接地，而發(fā)電機探頭通過絕緣墊與發(fā)電機本體隔離，引入電氣廠房機柜接地。核電站電氣廠房控制柜機柜接地比廠房汽輪機本體接地抗干擾性強，可以有效避免大電機啟動干擾。通過在該項目商運機組4號機大修增加兩個瓦振探頭絕緣墊試驗，運行平穩(wěn)，未閃發(fā)故障報警。

3.4 檢查雙層屏蔽電纜單端接地和總屏分屏分開接地

根據(jù)雙層屏蔽電纜抗干擾原理及設計，瓦振信號電纜分屏線通過機柜接線端子接入卡件單端接地，瓦振信號電纜總屏進入機柜直接接入機柜匯總地線，以達屏蔽電纜性能最佳性能，檢查現(xiàn)場均是嚴格按照此要求實施。

4 結語

通過以上解決方案實施和驗證，核電汽輪機瓦振探頭閃發(fā)故障基本解決。通過電廠評估并優(yōu)化邏輯組態(tài)，取消了瓦振故障直接跳機邏輯，避免觸發(fā)誤跳機安全事故。從接地、強電磁干擾、電纜屏蔽三方面提高瓦振信號的抗干擾性，從根本上解決汽輪機瓦振探頭閃發(fā)問題。

信號故障干擾和閃發(fā)是核電站控制系統(tǒng)經(jīng)常遇到的問題，現(xiàn)場環(huán)境復雜，設備種類和數(shù)量眾多，排查和解決困難，本文為這類問題提供了實踐經(jīng)驗，尤其是對核電站汽輪機廠房各類傳感器具備很大的參考價值。

【參考文獻】

【1】陳路明. 關于解決GME系統(tǒng)信號受干擾問題的研究和改造[J].廣西電力電力技術，2017（11）：66-68.