核电厂主泵轴位移测量仪表故障分析与改进策略

钱双龙

福建福清核电有限公司 福建福清 350318

主泵是核电站一回路最重要得设备之一，是整个一回路冷却剂可以循环的动力来源。一旦主泵因轴位移报警而停泵，会影响机组的运行状态，因此主泵轴位移成为全厂重点关注的对象之一，而主泵轴位移测量仪表的可靠性直接影响到了主泵轴位移测量的准确性。

1 主泵轴位移测量原理及缺陷概述

1.1 主泵轴位移测量原理

主泵泵轴位移、电机轴位移监测采用电涡流式位移测量设备，由探头、前置器、处理机箱三部分组成。每台主泵有2个泵轴轴向位移，2个电机轴轴向位移探头。

电涡流探头内部为一组电磁线圈，通过前置器提供的高频振荡电流使探头顶部产生交变磁场，当被测设备靠近磁场时，金属表面产生的电涡流场将反作用于线圈，改变其有效感抗[1]。前置器采用调频调幅测量电路，其核心为电容三点式振荡器，通过将位移变化引起的电路感抗变化转化为高频载波信号的幅值变化，经检波器滤波，并放大修正处理后输出一个表征间距的电压值。

1.2 历史缺陷概述

机组商运后，主泵泵轴、电机轴轴向位移共计出现缺陷11次频繁波动缺陷。其中泵轴轴向位移缺陷3次，电机轴轴向位移缺陷7次，中最后一次是电机轴、泵轴同时产生缺陷。

2 仪表故障原因及分析

2.1 探头BNC接头松动

主泵电机轴轴向位移安装在上部电机壳内，位移测量探头通过固定支架。中间带一个BNC接头。通过延长电缆与前置器连接，前置器安装在主泵电机外壳上的接线盒内。该接线盒位于主泵电机壳体上，与主泵房间内一回路测温旁路立管（辐射热点）有一定距离及角度[2]。电机轴位移探头直径为5mm，其延长电缆进入接线盒内部无葛兰保护。

主泵泵轴轴向位移安装在主泵泵体腔室内部，位移测量探头安装于预留的安装孔内，通过锁紧螺母固定，牢靠度较高。泵轴轴位移探头直径8mm，探头安装在保护套管内部。其前置器安装在主泵本体上的接线箱内，该接线箱正对于一回路测温旁路立管（辐射热点）对面。泵轴位移探头采用一体式探头（中间无BNC转接），进入接线箱电缆有葛兰保护，与前置器连接的BNC接头受力小。

主泵以及主泵电机在运行期间均存在较大的振动，轴位移探头、电缆以及前置器的接线箱均有较大的跟随振动，而BNC接头的连接处均未加装可靠的固定装置。探头产生缺陷后维修人员对探头进行检查，有发现BNC接头松动的现象，紧固后缺陷排除[3]。

2.2 同轴电缆受力磨损

2019年3月11日，4号机组小修期间，针对表1中的第9项缺陷，维修人员在主泵停运后进入R厂房对2RCP252MM进行检查，发现探头侧自带电缆有两处明显的磨损，通过对电缆固定及安装的位置分析，得出探头磨损的原因为振动。电缆安装固定位置紧靠电机轴平台内的金属支架，在主泵运行期间支架会随电机平台整体振动，电缆与支架会产生较大的磨碰，进过一段时间的累积，磨碰导致磨损。同轴电缆的外皮磨损直接影响信号的输出，进而导致2RCP252MM信号的波动以及失效。

2.3 前置器失效

根据前置器原理分析，前置器内部由电容、电阻、三极管、运算放大器等电子部件组成，其中容易受辐照影响部件为三极管及运算放大器。根据1-4号机组主泵间调试报告中环境剂量计算，2号机组3号泵环境剂量最高，一年环境累积剂量大约为550Gy。

2018年11月，经委托设计院对主泵振动位移测量设备进行辐照分析，采用更换后的前置器进行辐照，当辐照累积剂量达454.85Gy时，辐照引起的偏差达2%；当累积剂量达583.46Gy时，由辐照引起的偏差已达28.57%。

2019年1月，与主泵振动位移厂家B&K交流，厂家反馈主泵前置器（型号OD-051）累积剂量小于935Gy时，前置器漂移小于5%。当剂量大于935Gy后，前置器输出漂移程度成指数上升。

主泵泵轴轴向位移2RCP251MM先后两次闪发超量程，其中有1次为201大修后主泵启泵后产生，仪表间隙电压测量在-8.5-9.2V之间，保守起见更换前置器处理。另1次为202大修后闪发超量程，在2号机组 小修期间更换前置器后消失。

2.4 改进策略

根据某核电厂1-4号机组主泵轴位移测量仪表历次缺陷的原因分析，改进可从预防性维修以及变更改造两方面进行。

目前主泵轴位移设置的预防性维修项目为每台主泵的轴位移及振动传感器检查和调整，周期为R1。维修规程内容中包含对RCPX50X51MM固定螺栓及间隙电压检查，RCPX52X53MM间隙电压检查，如检查不合格则进行调整，测量间隙电压前未对RCPX52X53MM固定螺栓及中间BNC接头进行检查，也未对电缆的受力及安装固定位置进行检查。通过第三章的原因分析，BNC接头的松紧度检查以及电缆的受力检查需添加进维修规程中。

预防性维修规程的改进可以降低故障率，但是不能彻底解决问题。从变更改造方向入手可以增加仪表的可靠性。目前某和电厂1-4号机组主泵轴位移仪表的换型变更已经进入流程，预计在402和104大修期间进行变更，先将故障次数多的电机轴位移仪表进行换型。通过变更可以根本上解决前置器耐辐照、电缆磨损以及中间接头松动的问题。

由于处理器VC6000的故障次数少且故障原因不是很明确，因此VC6000的换型暂时没有进行，后续会联合国内有能力的制造厂对处理器进国产化的改造，解决处理器偶发失效的问题，将主泵轴位移仪表的故障率降到最低，减少对主泵正常运行的干扰。