核電廠主泵軸位移測量儀表故障分析與改進策略

錢雙龍

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

主泵是核電站一回路最重要得設(shè)備之一，是整個一回路冷卻劑可以循環(huán)的動力來源。一旦主泵因軸位移報警而停泵，會影響機組的運行狀態(tài)，因此主泵軸位移成為全廠重點關(guān)注的對象之一，而主泵軸位移測量儀表的可靠性直接影響到了主泵軸位移測量的準(zhǔn)確性。

1 主泵軸位移測量原理及缺陷概述

1.1 主泵軸位移測量原理

主泵泵軸位移、電機軸位移監(jiān)測采用電渦流式位移測量設(shè)備，由探頭、前置器、處理機箱三部分組成。每臺主泵有2個泵軸軸向位移，2個電機軸軸向位移探頭。

電渦流探頭內(nèi)部為一組電磁線圈，通過前置器提供的高頻振蕩電流使探頭頂部產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)被測設(shè)備靠近磁場時，金屬表面產(chǎn)生的電渦流場將反作用于線圈，改變其有效感抗[1]。前置器采用調(diào)頻調(diào)幅測量電路，其核心為電容三點式振蕩器，通過將位移變化引起的電路感抗變化轉(zhuǎn)化為高頻載波信號的幅值變化，經(jīng)檢波器濾波，并放大修正處理后輸出一個表征間距的電壓值。

1.2 歷史缺陷概述

機組商運后，主泵泵軸、電機軸軸向位移共計出現(xiàn)缺陷11次頻繁波動缺陷。其中泵軸軸向位移缺陷3次，電機軸軸向位移缺陷7次，中最后一次是電機軸、泵軸同時產(chǎn)生缺陷。

2 儀表故障原因及分析

2.1 探頭BNC接頭松動

主泵電機軸軸向位移安裝在上部電機殼內(nèi)，位移測量探頭通過固定支架。中間帶一個BNC接頭。通過延長電纜與前置器連接，前置器安裝在主泵電機外殼上的接線盒內(nèi)。該接線盒位于主泵電機殼體上，與主泵房間內(nèi)一回路測溫旁路立管（輻射熱點）有一定距離及角度[2]。電機軸位移探頭直徑為5mm，其延長電纜進入接線盒內(nèi)部無葛蘭保護。

主泵泵軸軸向位移安裝在主泵泵體腔室內(nèi)部，位移測量探頭安裝于預(yù)留的安裝孔內(nèi)，通過鎖緊螺母固定，牢靠度較高。泵軸軸位移探頭直徑8mm，探頭安裝在保護套管內(nèi)部。其前置器安裝在主泵本體上的接線箱內(nèi)，該接線箱正對于一回路測溫旁路立管（輻射熱點）對面。泵軸位移探頭采用一體式探頭（中間無BNC轉(zhuǎn)接），進入接線箱電纜有葛蘭保護，與前置器連接的BNC接頭受力小。

主泵以及主泵電機在運行期間均存在較大的振動，軸位移探頭、電纜以及前置器的接線箱均有較大的跟隨振動，而BNC接頭的連接處均未加裝可靠的固定裝置。探頭產(chǎn)生缺陷后維修人員對探頭進行檢查，有發(fā)現(xiàn)BNC接頭松動的現(xiàn)象，緊固后缺陷排除[3]。

2.2 同軸電纜受力磨損

2019年3月11日，4號機組小修期間，針對表1中的第9項缺陷，維修人員在主泵停運后進入R廠房對2RCP252MM進行檢查，發(fā)現(xiàn)探頭側(cè)自帶電纜有兩處明顯的磨損，通過對電纜固定及安裝的位置分析，得出探頭磨損的原因為振動。電纜安裝固定位置緊靠電機軸平臺內(nèi)的金屬支架，在主泵運行期間支架會隨電機平臺整體振動，電纜與支架會產(chǎn)生較大的磨碰，進過一段時間的累積，磨碰導(dǎo)致磨損。同軸電纜的外皮磨損直接影響信號的輸出，進而導(dǎo)致2RCP252MM信號的波動以及失效。

2.3 前置器失效

根據(jù)前置器原理分析，前置器內(nèi)部由電容、電阻、三極管、運算放大器等電子部件組成，其中容易受輻照影響部件為三極管及運算放大器。根據(jù)1-4號機組主泵間調(diào)試報告中環(huán)境劑量計算，2號機組3號泵環(huán)境劑量最高，一年環(huán)境累積劑量大約為550Gy。

2018年11月，經(jīng)委托設(shè)計院對主泵振動位移測量設(shè)備進行輻照分析，采用更換后的前置器進行輻照，當(dāng)輻照累積劑量達454.85Gy時，輻照引起的偏差達2%；當(dāng)累積劑量達583.46Gy時，由輻照引起的偏差已達28.57%。

2019年1月，與主泵振動位移廠家B&K交流，廠家反饋主泵前置器（型號OD-051）累積劑量小于935Gy時，前置器漂移小于5%。當(dāng)劑量大于935Gy后，前置器輸出漂移程度成指數(shù)上升。

主泵泵軸軸向位移2RCP251MM先后兩次閃發(fā)超量程，其中有1次為201大修后主泵啟泵后產(chǎn)生，儀表間隙電壓測量在-8.5-9.2V之間，保守起見更換前置器處理。另1次為202大修后閃發(fā)超量程，在2號機組 小修期間更換前置器后消失。

2.4 改進策略

根據(jù)某核電廠1-4號機組主泵軸位移測量儀表歷次缺陷的原因分析，改進可從預(yù)防性維修以及變更改造兩方面進行。

目前主泵軸位移設(shè)置的預(yù)防性維修項目為每臺主泵的軸位移及振動傳感器檢查和調(diào)整，周期為R1。維修規(guī)程內(nèi)容中包含對RCPX50X51MM固定螺栓及間隙電壓檢查，RCPX52X53MM間隙電壓檢查，如檢查不合格則進行調(diào)整，測量間隙電壓前未對RCPX52X53MM固定螺栓及中間BNC接頭進行檢查，也未對電纜的受力及安裝固定位置進行檢查。通過第三章的原因分析，BNC接頭的松緊度檢查以及電纜的受力檢查需添加進維修規(guī)程中。

預(yù)防性維修規(guī)程的改進可以降低故障率，但是不能徹底解決問題。從變更改造方向入手可以增加儀表的可靠性。目前某和電廠1-4號機組主泵軸位移儀表的換型變更已經(jīng)進入流程，預(yù)計在402和104大修期間進行變更，先將故障次數(shù)多的電機軸位移儀表進行換型。通過變更可以根本上解決前置器耐輻照、電纜磨損以及中間接頭松動的問題。

由于處理器VC6000的故障次數(shù)少且故障原因不是很明確，因此VC6000的換型暫時沒有進行，后續(xù)會聯(lián)合國內(nèi)有能力的制造廠對處理器進國產(chǎn)化的改造，解決處理器偶發(fā)失效的問題，將主泵軸位移儀表的故障率降到最低，減少對主泵正常運行的干擾。