秦山二期扩建机组主泵转速测量装置故障分析与解决

文林强1朱飞2沈元帆3

（1.上海交通大学，中国上海200240；2.中国核电工程有限公司，中国北京100840；

3.中核核电运行管理有限公司，浙江海盐341300）

0引言

在秦山二期临界调试的过程中，多次出现主泵转速测量装置失效的问题，即使是新更换的备件，也经常在使用不久后失效。在排除储存不当的原因后，经检查，发现均为主泵转速测量装置内的电流输出单元烧毁。秦山二期的主泵转速测量装置的主要作用是监视主泵的转速，如果转速低于或高于设定好的阈值就送出逻辑保护信号到相应的保护系统。它除自身产生保护信号之外，还将转速信号送往它处参与机组的控制。因此有必要发现产生该问题的原因并将之解决。

KRG是过程仪表机柜系统的简称，分为保护组和控制组。保护组为核级系统，其功能是处理来自其他工艺过程系统的保护仪表的测量信号，分为IP、IIP、IIIP和IVP四组，每组有4个机柜，还有1套T1试验装置用于保护组通道精度和响应时间的定期试验。

1影响主泵转速测量装置在KRG机柜中稳定运行的原因分析

1.1主泵转速测量装置与KRG保护组的连接

主泵转速测量装置与KRG保护组连接。两个主泵转速探头信号送入主泵转速测量装置中，通过一个CC选择开关切换，切换开关可选择两路信号中的任意一路探头信号。主泵转速测量装置通过频率-电压转换组件将探头信号从频率信号转换成电压信号，再通过两块报警卡将两路报警信号送入保护系统中。另外一路电压转换成电流送入前面板显示，还有一路电压信号通过输出组件D/A模块将电压信号转换成电流信号后通过I/V转换组件送入KRG保护组超温超功率回路中进行处理，一路电压信号通过输出组件D/A模块、I/V组件、V/I组件将信号送入KRG控制组中进行处理。

1.2原因分析及确定

N-2AI-I2V在输入端通过斩波电路将直流信号转化为直流方波信号，然后通过变压器T1耦合到变压器的二次侧，再通过整流器D1整流成直流信号，这样就实现了直流与直流的隔离。将4～20mA信号在R6电阻上转换为电压后再经过调整电压，放大器放大输出后变成0～10V的电压输出。

电流输出单元接收由频率信号转成的电压信号，再经过芯片的转化为4～20mA信号，在输出端设置了电容滤波，设置了反向二极管和熔断丝来防止反向电流冲击。

经过研究N-2AI-I2V卡件线路，可以发现问题在N-2AI-I2V的前端电路上。前端电路实现的是直流到直流的变压器隔离转换。为实现变压器的耦合，引入了一个高频震荡信号。

此高频震荡电路带来两个副作用，一个副作用是变压器在震荡过程中会产生反向电压。反向电压会冲击主泵转速测量装置电流输出单元，但从电流输出单元的原理图可以看出，输出单元已经在输出端设置了二极管来防止反向电压的冲击，如果二极管的反向击穿电压足够大，反向电压应不会影响到输出单元，导致其烧毁。如果二极管的反向击穿电压较小，则二极管烧毁导致主泵转速测量装置的电流输出单元不可用。如果是这个原因导致主泵转速测量装置的电流输出单元烧毁的话，我们不得不说的是主泵转速测量装置的设计和二极管选型是有问题的。

第二个副作用是高频震荡信号耦合进电流输出信号中。从主泵转速测量装置电流输出单元的原理图可以看到，其输出负端仅设置一个保险丝防过电流，未有抗干扰设计，这样高频信号就耦合进这个电流输出单元的地端，对整个电路板进行电磁干扰，经过一段时间不正常工作，电流输出单元易烧毁。如果是这个原因导致主泵转速测量装置的电流输出单元烧毁的话，我们不得不说的是主泵转速测量装置的抗电磁干扰设计是有问题的。

通过以上分析，本文的结论是N-2AI-I2V这个卡件本身存在高频干扰信号，同时主泵转速测量装置的设计也存在缺陷，两者结合起来导致了主泵转速测量装置电流输出单元的烧毁。

2采取措施

2.1接口卡件更换为N-2AI-I3V

主泵转速测量装置和N-2AI-I2V均是国外的核级产品，更改内部设计是非常困难的，因此将该卡整体换型成N-2AI-I3V卡，该卡件与N-2AI-I2V的原理基本一致，但没有N-2AI-I2V的前端电路，也就是说没有引入高频振荡信号。N-2AI-I3V原理图简化如下：

N-2AI-I3V的电路基本与N-2AI-I2V的后半部分电路一致，其传递方程如下：

N-2AI-I3V用输入端的2个400kΩ的电阻进行隔离，即使前端串进来比较大的电压信号，经过400kΩ的电阻也不会导致后端电路的过电流。

2.2接口卡件更换的结果

对于保护通道的回路来说，通道组件的精度和响应时间都很重要，这影响到整个保护通道的精度和响应时间。经查，N-2AI-I2V的精度为±0.25%，N-2AI-I3V的精度为±0.25%，两者一致。N-2AI-I2V的响应时间为10%到90%的阶跃输入变化，输出值达到最终稳态值的90%的时间为≤60ms。N-2AI-I3V的响应时间为10%到90%的阶跃输入变化，输出值达到最终稳态值的90%的时间为37ms～50ms。由于N-2AI-I3V没有电感元件，所以响应时间自然快些，对保护通道来说响应时间越快越好。所以从精度和响应时间的变化上分析，该更换不会影响到主泵转速测量这一保护通道。

3结论

经过更换主泵转速测量装置与KRG保护组的接口卡件，成功避免了主泵转速测量装置电流输出单元的烧毁。实际应用证明，经过更换接口卡件后，扩建机组主泵转速测量装置目前一直保持正常运行。

［责任编辑：刘展］