CN110566473B - 非能动核电厂主泵振动监测系统 - Google Patents

非能动核电厂主泵振动监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非能动核电厂主泵振动监测系统，其包括用于监测主泵振动的主泵振动传感器、与主泵振动传感器连接的前置放大器和用于数据处理的主泵振动数据处理机柜，还包括高速A/D采集卡和微机数据采集系统，高速A/D采集卡与前置放大器连接，微机数据采集系统连接在高速A/D采集卡和主泵振动数据处理机柜之间；所述高速A/D采集卡对前置放大器传送的电信号进行信号采集，微机数据采集系统采用浮动阈值分离法对高速A/D采集卡采集的信号进行过滤处理后，再传送至主泵振动数据处理机柜进行处理。与现有技术相比，本发明能够使非能动核电厂主泵振动监测和报警更加准确和稳定，减少运行人员对主泵振动产生误判的可能，提高核电厂的安全性和稳定性。

Description

非能动核电厂主泵振动监测系统
技术领域
本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种非能动核电厂主泵振动监测系统。
背景技术
根据ASME OM-2012《核电厂操作和维护规程》的相关要求，核电厂必须设计专门的主泵监测系统以监测主泵在运行期间的振动情况，从而有效控制主泵振动对主泵的影响以及对核电厂运行安全的影响。
主泵振动监测系统通过在主泵上安装传感器监测主泵振动情况，并经过一系列数据处理后将结果送主控制室以及机柜显示，当振幅超过预先设置的阈值时发出报警信号。
请参阅图1，现有非能动核电厂主泵振动监测系统包括速度传感器10、前置放大器14和主泵振动数据处理机柜16。具体是在每台主泵上安装5个速度传感器10，并在主泵本体上安装的速度传感器10内置一个放大器，速度传感器10将监测到的速度信号转换为电信号，之后通过硬接电缆传送至前置放大器14，最后通过前置放大器14传送到主泵振动数据处理机柜16。在主泵振动数据处理机柜16中内置一个信号调理器，信号调理器的主要用途有：设定低通截止频率，避免低频率信号对结果产生影响；对速度信号进行积分处理后得到位移信号即振幅；提供两个可设定的报警值等。使用时，主泵振动数据处理机柜16通过信号调理器对采集到的信号进行滤波处理，并将过滤之后的速度信号进行积分处理得到位移，最后每个通道得到的位移与设定的报警值进行比较，当一个通道探测到的信号超过报警值即触发报警，并送往主控制室显示。
但是，现有非能动核电厂主泵振动监测系统至少存在以下缺陷可能导致误报警，从而影响运行人员判断甚至影响核安全：
1)主泵振动报警值是根据以往经验设定的，不能有效地适应现场实际情况；
2)由于主泵在启动和升温、升功率期间，工况比较复杂，速度传感器10直接将接收到的各种频率噪声传送至主泵振动数据处理机柜，主泵振动数据处理机柜16的信号调理器对采集到的信号进行滤波处理时，容易出现滤波设定值不合理，从而导致低频信号触发误报警；
3)速度传感器10在监测主泵振动时容易受到结构特性的影响以及机械系统惯性质量的限制，而且低频响应效果不好，在15Hz以下，容易产生较大的振幅误差；而根据目前非能动机组的实际使用情况，产生较大振幅基本集中在低频信号区，因此采用速度传感器10容易产生误报警；
4)每台主泵设置了五个速度传感器10，在实际使用过程中一个通道超过报警阈值就发出报警，误报警的可能性较大。
有鉴于此，确有必要提供一种能够克服上述技术问题的非能动核电厂主泵振动监测系统。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够更为合理有效地评估非能动核电厂主泵振动的监测系统，以满足非能动核电厂对主泵振动监测的需求。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种非能动核电厂主泵振动监测系统，其包括用于监测主泵振动的主泵振动传感器、与主泵振动传感器连接的前置放大器和用于数据处理的主泵振动数据处理机柜，还包括高速A/D采集卡和微机数据采集系统，高速A/D采集卡与前置放大器连接，微机数据采集系统连接在高速A/D采集卡和主泵振动数据处理机柜之间；所述高速A/D采集卡对前置放大器传送的电信号进行信号采集，微机数据采集系统采用浮动阈值分离法对高速A/D采集卡采集的信号进行过滤处理后，再传送至主泵振动数据处理机柜进行处理。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述主泵振动传感器包括两组传感器，每组传感器分别对非能动核电厂主泵在X、Y、Z方向上的振动进行监测；其中，第一组传感器为速度传感器，第二组传感器为加速度传感器。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述速度传感器和加速度传感器均为压电式传感器。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述第一组传感器包括三个速度传感器，其中，第一速度传感器和第二速度传感器安装在主泵上部电机机架上，用于监测主泵X方向和Y方向振动；第三速度传感器安装在主泵电机壳上部，用于监测主泵Z方向振动。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述第二组传感器包括三个加速度传感器，其中，第一加速度传感器和第二加速度传感器安装在主泵下部电机机架上，用于监测主泵X方向和Y方向振动；第三加速度传感器安装在主泵电机壳下部，用于监测主泵Z方向振动。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，其特征在于：所述主泵振动数据处理机柜中设有信号调理模块和逻辑判断模块；信号调理模块用于对信号进行处理得到振幅探测值，逻辑判断模块用于按照预设的报警触发条件和报警阈值，根据信号调理模块给出的各个主泵振动传感器的振幅探测值判断是否需要触发报警。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述预设的报警触发条件为：监测某一方向振动的两组主泵振动传感器的振幅探测值都超过报警阈值时，才会触发报警。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述信号调理模块具体用于：设定低通截止频率对采集到的信号进行滤波处理，对过滤之后的速度信号进行积分处理以得到位移信号，将位移信号作为振幅探测值输出给逻辑判断模块。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述主泵振动数据处理机柜中还设有报警触发模块，报警触发模块用于当逻辑判断模块判断需要触发报警时，发出报警信号。
作为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的一种改进，所述主泵振动传感器将监测到的主泵振动信号转换为电信号，并通过硬接电缆传送至前置放大器；前置放大器对接收到的电信号进行放大，并将放大后的电信号传送到高速A/D采集卡；所述高速A/D采集卡为16通道高速A/D采集卡，其对电信号进行信号采集，并将采集到的信号传送到微机数据采集系统进行处理。
与现有技术相比，本发明非能动核电厂主泵振动监测系统至少具有以下优点：
1)采取浮动阈值分离法对采集到的信号进行过滤处理，可以有效地提高对主泵振动监测信号的处理效果，使非能动核电厂主泵振动监测和报警更加准确和稳定，减少运行人员对主泵振动产生误判的可能，提高核电厂的安全性和稳定性；
2)分别采用速度传感器和加速度传感器两组冗余传感器监测非能动核电厂主泵在X、Y、Z方向上的振动，因此有效提高了主泵振动监测的可靠性；
3)采取压电式加速度传感器和压电式速度传感器结合的方式来监测非能动核电厂主泵振动，实现了主泵振动测量方式的多样性，提高了主泵振动测量的可靠性；
4)用于监测某一方向振动的两组主泵振动传感器的振幅探测值都超过报警阈值时，才会触发报警，能够在保证报警可靠性的前提下，有效减少产生误报警的可能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明非能动核电厂主泵振动监测系统及其有益效果进行详细说明。
图1为现有非能动核电厂主泵振动监测系统的示意图。
图2为本发明非能动核电厂主泵振动监测系统的示意图。
图3为主泵振动数据处理机柜触发报警的逻辑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图2，本发明非能动核电厂主泵振动监测系统包括依次连接的主泵振动传感器20、前置放大器22、高速A/D采集卡24、微机数据采集系统26和主泵振动数据处理机柜28。
主泵振动传感器20用于监测主泵振动，将监测到的振动信号转换为电信号，并通过硬接电缆传送至前置放大器22。前置放大器22对接收到的电信号进行放大，并将放大后的电信号传送到高速A/D采集卡24。高速A/D采集卡24为16通道高速A/D采集卡，其对电信号进行信号采集，并将采集到的信号传送到微机数据采集系统26进行处理。微机数据采集系统26采用浮动阈值分离法对信号进行过滤处理，得到较为“纯净”的信号后，再传送至主泵振动数据处理机柜28进行处理。
主泵振动数据处理机柜28中设有信号调理模块和逻辑判断模块。信号调理模块用于对信号进行处理得到振幅探测值，逻辑判断模块用于按照预设的报警触发条件和报警阈值，根据信号调理模块给出的各个主泵振动传感器的振幅探测值判断是否需要触发报警。
所述信号调理模块具体用于：设定低通截止频率对采集到的信号进行滤波处理，避免低频率信号对结果产生影响；对过滤之后的速度信号进行积分处理以得到位移信号，将位移信号作为振幅探测值输出给逻辑判断模块。
所述主泵振动数据处理机柜中还设有报警触发模块，报警触发模块用于当逻辑判断模块判断需要触发报警时，发出报警信号并送往主控制室报警显示。
与现有技术相比，本发明在将主泵振动传感器20的信号传送至主泵振动数据处理机柜28前，增加了高速A/D采集卡24和微机数据采集系统26，先采用浮动阈值分离法对信号进行过滤处理，得到较为“纯净”的信号后再传送至数据处理机柜进行处理，如此可以避免主泵振动传感器20在主泵启动和升温、升压期间将接收到的各种频率噪声直接传送至主泵振动数据处理机柜28进行处理，从而确保主泵振动数据处理机柜28能够更好地过滤到可能产生影响的噪声，避免产生误报警情况。
在本发明中，每台主泵采用6个主泵振动传感器20监测，包括三个加速度传感器和三个速度传感器。其中，第一加速度传感器和第二加速度传感器安装在主泵下部电机机架上，用于监测主泵X方向和Y方向振动；第三加速度传感器安装在主泵电机壳下部，用于监测主泵Z方向振动；第一速度传感器和第二速度传感器安装在主泵上部电机机架上，用于监测主泵X方向和Y方向振动；第三速度传感器安装在主泵电机壳上部，用于监测主泵Z方向振动。也就是说，分别采用速度传感器和加速度传感器两组冗余传感器监测非能动核电厂主泵在X、Y、Z方向上的振动，因此有效提高了主泵振动监测的可靠性。
请参阅图3，主泵振动数据处理机柜28中预设的报警触发条件为：用于监测某一方向振动的两组主泵振动传感器的振幅探测值都超过报警阈值时，才会触发报警。
具体来说，只有满足以下三个条件中的至少一个时，才会触发报警：
用于监测主泵X方向振动的第一加速度传感器和第一速度传感器都超过报警阈值时，或用于监测主泵Y方向振动的第二加速度传感器和第二速度传感器都超过报警阈值时，或用于监测主泵Z方向振动的第三加速度传感器和第三速度传感器都超过报警阈值时。
因此，本发明能够在保证报警可靠性的前提下，有效减少产生误报警的可能。
所述加速度传感器和速度传感器均为压电式传感器。采取压电式加速度传感器和压电式速度传感器结合的方式来监测非能动核电厂主泵振动，实现了主泵振动测量方式的多样性，提高了主泵振动测量的可靠性。
加速度传感器监测主泵振动的原理如下：当主泵产生振动对加速度传感器形成压力后，传感器内部的晶体元件就会产生相应的电荷，根据已知的电荷和加速度的关系，就可以得出加速度值，然后根据下述公式即可得出振动幅度：
Figure GDA0002703059500000071
其中：
S为振动幅度，m；
a为加速度，m/s2；
f为特征频率，Hz。
压电式传感器响应时间短，工作频率宽，可以有效地对低频信号进行监测，而且压电式加速度传感器采用晶体形式嵌入积分电路，没有移动部件，所以不会产生磨损和退化，增加了使用寿命，减少了工作人员对其更换受到辐射的影响。
通过以上描述可知，本发明非能动核电厂主泵振动监测系统至少具有以下优点：
1)采取浮动阈值分离法对采集到的信号进行过滤处理，可以有效地提高对主泵振动监测信号的处理效果，使非能动核电厂主泵振动监测和报警更加准确和稳定，减少运行人员对主泵振动产生误判的可能，提高核电厂的安全性和稳定性；
2)分别采用速度传感器和加速度传感器两组冗余传感器监测非能动核电厂主泵在X、Y、Z方向上的振动，因此有效提高了主泵振动监测的可靠性；
3)采取压电式加速度传感器和压电式速度传感器结合的方式来监测非能动核电厂主泵振动，实现了主泵振动测量方式的多样性，提高了主泵振动测量的可靠性；
4)用于监测某一方向振动的两组主泵振动传感器的振幅探测值都超过报警阈值时，才会触发报警，能够在保证报警可靠性的前提下，有效减少产生误报警的可能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种非能动核电厂主泵振动监测系统，包括用于监测主泵振动的主泵振动传感器、与主泵振动传感器连接的前置放大器和用于数据处理的主泵振动数据处理机柜；其特征在于：
所述非能动核电厂主泵振动监测系统还包括高速A/D采集卡和微机数据采集系统，高速A/D采集卡与前置放大器连接，微机数据采集系统连接在高速A/D采集卡和主泵振动数据处理机柜之间；所述高速A/D采集卡对前置放大器传送的电信号进行信号采集，微机数据采集系统采用浮动阈值分离法对高速A/D采集卡采集的信号进行过滤处理后，再传送至主泵振动数据处理机柜进行处理；
所述主泵振动数据处理机柜中设有信号调理模块和逻辑判断模块；信号调理模块用于对信号进行处理得到振幅探测值，逻辑判断模块用于按照预设的报警触发条件和报警阈值，根据信号调理模块给出的各个主泵振动传感器的振幅探测值判断是否需要触发报警；
所述主泵振动传感器包括两组传感器，每组传感器分别对非能动核电厂主泵在X、Y、Z方向上的振动进行监测；其中，第一组传感器为速度传感器，第二组传感器为加速度传感器；所述预设的报警触发条件为：监测某一方向振动的两组主泵振动传感器的振幅探测值都超过报警阈值时，才会触发报警。
2.根据权利要求1所述的非能动核电厂主泵振动监测系统，其特征在于：所述速度传感器和加速度传感器均为压电式传感器。
3.根据权利要求1所述的非能动核电厂主泵振动监测系统，其特征在于：所述第一组传感器包括三个速度传感器，其中，第一速度传感器和第二速度传感器安装在主泵上部电机机架上，用于监测主泵X方向和Y方向振动；第三速度传感器安装在主泵电机壳上部，用于监测主泵Z方向振动。
4.根据权利要求1所述的非能动核电厂主泵振动监测系统，其特征在于：所述第二组传感器包括三个加速度传感器，其中，第一加速度传感器和第二加速度传感器安装在主泵下部电机机架上，用于监测主泵X方向和Y方向振动；第三加速度传感器安装在主泵电机壳下部，用于监测主泵Z方向振动。
5.根据权利要求1所述的非能动核电厂主泵振动监测系统，其特征在于：所述信号调理模块具体用于：设定低通截止频率对采集到的信号进行滤波处理，对过滤之后的速度信号进行积分处理以得到位移信号，将位移信号作为振幅探测值输出给逻辑判断模块。
6.根据权利要求1所述的非能动核电厂主泵振动监测系统，其特征在于：所述主泵振动数据处理机柜中还设有报警触发模块，报警触发模块用于当逻辑判断模块判断需要触发报警时，发出报警信号。
7.根据权利要求1所述的非能动核电厂主泵振动监测系统，其特征在于：所述主泵振动传感器将监测到的主泵振动信号转换为电信号，并通过硬接电缆传送至前置放大器；前置放大器对接收到的电信号进行放大，并将放大后的电信号传送到高速A/D采集卡；所述高速A/D采集卡为16通道高速A/D采集卡，其对电信号进行信号采集，并将采集到的信号传送到微机数据采集系统进行处理。
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