一种核电站主泵转速测量系统及方法与流程

本发明涉及核电厂技术领域，尤其涉及一种核电站主泵转速测量系统及方法。

背景技术：

测量主泵转速的系统主要包括传感器、电缆和信号处理模块。在核电厂中，反应堆冷却剂泵是保证核电厂正常运行的关键设备，转速是监测主泵运行状态的重要参数，主泵转速信号是反应堆冷却剂流量保护信号之一，其准确性和稳定性对核电站正常运行至关重要。主泵转速测量大多采用磁电式原理，信号幅值与转速成正比，低速情况下弱信号极易被环境噪音所淹没，且远距离传输也极易引入干扰信号，那么设计一套安全可靠的主泵转速测量系统十分必要。

目前，核电站测量主泵转速的系统所采用的传感器为U型传感器，这种传感器与靶标会面时投影上有交叉，因此安装时必须精确调节靶针与U型传感器缺口上下间的距离，并考虑主泵运行期间上浮的位移。这种传感器输出信号幅值较小，尤其低速情况下，极易被环境噪声所淹没，转速测量范围窄，且这种传感器安装调试困难，靶针与传感器容易碰撞损坏靶针，造成共因失效，冗余通道也无法输出转速信号。另外，系统所采用的电缆为同轴电缆，抗干扰能力有限，可靠性较低。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种核电站主泵转速测量系统及方法，能够在核电站严苛的电磁干扰环境和远距离传输情况下，准确可靠地测量主泵转速。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种核电站主泵转速测量系统，包括：

靶标，设置在主泵上，用于跟随所述主泵转动；

传感器组件，固定设置在所述靶标的转动平面的支架上，并使所述靶标在转动时与所述传感器组件具有一间隙，所述传感器与靶标会面时投影上无交叉，传感器与靶标无需精确对中，且无碰撞风险，所述传感器组件用于每与所述靶标会面时产生一个脉冲信号；以及，

转速信号处理模块，通过三同轴电缆与所述传感器组件连接，用于对所述脉冲信号进行处理，获取所述主泵的转速。

进一步地，所述靶标为靶针，凹槽，孔，或者方形、多边形、圆形的凸起。

进一步地，所述传感器组件包括：

主传感器，通过三同轴电缆与所述转速信号处理模块连接，用于在正常工作时，每与所述靶标会面时产生一个脉冲信号；以及，

备用传感器，通过三同轴电缆与所述转速信号处理模块连接，用于在所述主传感器故障时开始工作。

进一步地，所述主传感器和所述备用传感器的外壳均为不锈钢材质外壳；所述主传感器和所述备用传感器分别对应有支架，所述主传感器和所述备用传感器分别通过锁紧螺母固定在对应的支架上；所述三同轴电缆的两端分别通过三同轴连接器焊接在传感器和所述转速信号处理模块上，所述传感器、电缆和转速信号处理模块构成三同轴传输方案，抗干扰能力显著提高。

进一步地，所述转速信号处理模块包括：

前置放大器，与所述传感器组件连接，用于对所述传感器组件产生的脉冲信号进行放大；

计算处理单元，与所述前置放大器连接，用于根据放大的脉冲信号计算所述主泵的转速；以及，

显示单元，与所述计算处理单元连接，用于显示所述主泵的转速。

进一步地，所述前置放大器包括分别与所述主传感器和所述备用传感器连接的两个放大通道；每一所述放大通道均包括：

第一隔离单元，与其对应的传感器连接，用于在其对应的传感器工作时，对其对应的传感器所产生的脉冲信号进行隔离；以及，

波形整形单元，分别与所述第一隔离单元、所述计算处理单元连接，用于对隔离后的脉冲信号进行放大。

进一步地，所述转速信号处理模块还包括：

校验脉冲产生单元，与所述前置放大器连接，用于在测试模式下，产生校验脉冲信号并输出至所述前置放大器，以对系统进行校验；以及，

通道测试输出单元，分别与所述计算处理单元和示波器连接，用于在测试模式下，输出脉冲信号至所述示波器，以对脉冲信号的波形进行检测。

进一步地，所述转速信号处理模块还包括：

阈值设定单元，与所述计算处理单元连接，用于设定所述主泵的转速阈值；

所述计算处理单元具体用于在根据脉冲信号计算所述主泵的转速，并在所述转速达到所述转速阈值时，输出转速信号；在所述转速未达到所述转速阈值时，输出报警控制信号。

进一步地，所述转速信号处理模块还包括：

第二隔离单元，与所述计算处理单元连接，用于对所述计算处理单元输出的转速信号进行隔离；

信号转换单元，分别与所述第二隔离单元、DCS连接，用于将隔离的转速信号转换为模拟信号并输出至所述数字化控制系统，使所述数字化控制系统获取所述主泵的转速；

继电器，与所述计算处理单元连接，用于根据所述计算处理单元输出的报警控制信号断开开关；以及,

报警单元，分别与所述继电器、所述DCS连接，用于在所述继电器断开时，输出报警信号至所述数字化控制系统进行报警。

进一步地，所述计算处理单元和所述校验脉冲产生单元均为FPGA芯片。

相应地，本发明实施例还提供一种利用上述核电站主泵转速测量系统进行转速测量的方法，所述方法包括：

靶标跟随主泵转动；

传感器组件每与所述靶标会面时产生一个脉冲信号；所述传感器组件固定设置在所述靶标的转动平面上，并使所述靶标在转动时与所述传感器组件具有一间隙且投影无交叉；

转速信号处理模块对所述脉冲信号进行处理，获取所述主泵的转速；所述转速信号处理模块通过三同轴电缆与所述传感器组件连接。

本发明的技术方案具有如下技术效果：

本发明所提供的核电站主泵转速测量系统及方法，使靶标在传感器外部转动，与传感器会面时投影无交叉，避免靶标与传感器的碰撞风险；传感器与转速信号处理模块采用三同轴电缆连接，而三同轴电缆的外层屏蔽双端接地，滤除高频噪音，内层屏蔽采用转速信号处理模块端接地，滤除电流环干扰，从而有效提高抗干扰能力；传感器采用不锈钢外壳构成整体屏蔽，体积小，安装难度小，响应快；转速信号处理模块中的计算处理单元采用FPGA芯片，近似纯硬件电路，稳定可靠、响应快；采用校验脉冲产生单元对系统进行检测，避免传感器、电缆和前置放大器出现故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中的核电站主泵转速测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的核电站主泵转速测量系统中的传感器组件的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的核电站主泵转速测量系统中的传感器组件的具体结构示意图；

图4是本发明实施例一中的核电站主泵转速测量系统中转速信号处理模块的具体结构示意图；

图5是本发明实施例二中的核电站主泵转速测量方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明针对现有技术的核电站主泵转速测量系统存在的转速测量不准确的技术问题，提供了一种核电站主泵转速测量系统，其核心思想是：提供靶标、传感器组件和转速信号处理模块，使传感器组件固定设置在所述靶标的转动平面上，靶标在转动时始终位于传感器组件的外部，以避免靶标与传感器的碰撞风险，另外采用三同轴电缆传输脉冲信号，提高主泵转速测量的准确性。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种核电站主泵转速测量系统，包括：

靶标1，设置在主泵上，用于跟随所述主泵转动；

传感器组件2，固定设置在所述靶标1的转动平面的支架上，并使所述靶标1在转动时与所述传感器组件2具有一间隙且投影无交叉，所述传感器组件2用于每与所述靶标1会面时产生一个脉冲信号；以及，

转速信号处理模块3，通过三同轴电缆与所述传感器组件2连接，用于对所述脉冲信号进行处理，获取所述主泵的转速。

需要说明的是，靶标和传感器组件设置在安全壳内，传感器组件径向固定在靶标的转动平面上，在靶标转动到传感器组件时，靶标位于传感器组件的外部，且与传感器组件之间具有间隙，从而避免靶标与传感器组件交叉碰撞。

转速信号处理模块设置在电气厂房内，传感器组件与转速信号处理模块通过三同轴电缆连接。如图1所示，三同轴电缆4的一端在安全壳内与传感器组件2连接，另一端通过贯穿件5在电气厂房内与转速信号处理模块3连接。转速信号处理模块3在获取主泵的转速后将转速信号输出至DCS(Digital control system，数字化控制系统)，以实现对主泵转速的监控。本实施例采用三同轴电缆作为传输媒介，阻抗50欧，抑制噪音能力强，且满足K1鉴定要求，满足现场苛刻的应用环境，从而有效提供抗干扰能力。

进一步地，所述靶标为靶针，凹槽，孔，或者方形、多边形、圆形的凸起。

需要说明的是，靶标可兼容传统方式的靶针，也可更改为任意形状(方形，多边形，圆形)的凸起，或者凹槽、孔等，与传感器无交叉，避免碰撞风险。

进一步地，如图2所示，所述传感器组件2包括两个传感器21，所述两个传感器21分别为：

主传感器，通过三同轴电缆与所述转速信号处理模块连接，用于在正常工作时，每与所述靶标会面时产生一个脉冲信号；以及，

备用传感器，通过三同轴电缆与所述转速信号处理模块连接，用于在所述主传感器故障时开始工作。

需要说明的是，主传感器和备用传感器均径向固定在靶标的转动平面上，靶标每转动一周，分别与主传感器和备用传感器会面一次。在主传感器正常工作时，主传感器每与靶标会面一次，则产生一个脉冲信号通过三同轴电缆传输给转速信号处理模块，而备用传感器不工作；在主传感器故障时，备用传感器开始工作，每与靶标会面一次，则产生一个脉冲信号通过三同轴电缆传输给转速信号处理模块。

进一步地，所述主传感器和所述备用传感器的外壳均为不锈钢材质外壳。

需要说明的是，传感器采用不锈钢外壳构成整体屏蔽，并实现接地功能，杆状结构，体积小，安装难度小，抗干扰能力强。另外，信号幅值强，可辨识度高，尤其在低速情况下，不会被环境噪音所淹没，测量范围宽，响应快。

进一步地，如图3所示，每一传感器21分别对应有支架23，所述每一传感器21分别通过锁紧螺母22固定在对应的支架23上；所述三同轴电缆4的两端分别通过三同轴连接器24焊接在传感器21和所述转速信号处理模块3上。

需要说明的是，传感器选用三同轴连接器，传输电缆采用三同轴电缆，外层屏蔽双端接地，滤除高频噪音，内层屏蔽采用转速信号处理模块端接地，滤除电流环干扰，从而提高抗干扰能力。

进一步地，如图1所示，所述转速信号处理模块3包括：

前置放大器31，与所述传感器组件连接，用于对所述传感器组件产生的脉冲信号进行放大；

计算处理单元32，与所述前置放大器连接，用于根据放大的脉冲信号计算所述主泵的转速；以及，

显示单元33，与所述计算处理单元连接，用于显示所述主泵的转速。

需要说明的是，本实施例采用模块化设计，模块间相互隔离，互换性强。

进一步地，如图4所示，所述前置放大器31包括分别与所述主传感器和所述备用传感器连接的两个放大通道30；每一所述放大通道30均包括：

第一隔离单元301，与其对应的传感器21连接，用于在其对应的传感器21工作时，对其对应的传感器21所产生的脉冲信号进行隔离；以及，

波形整形单元302，分别与所述第一隔离单元301、所述计算处理单元32连接，用于对隔离后的脉冲信号进行放大。

需要说明的是，两个放大通道相互独立，一备一用，互不干扰，安全可靠。而且，每个放大通道均具有独立前置放大功能，采取电源、信号和地三重隔离。

进一步地，如图1和4所示，所述转速信号处理模块3还包括：

校验脉冲产生单元34，与所述前置放大器31连接，用于在测试模式下，产生校验脉冲信号并输出至所述前置放大器31，以对系统进行校验；以及，

通道测试输出单元35，分别与所述计算处理单元32和示波器连接，用于在测试模式下，输出脉冲信号至所述示波器，以对脉冲信号的波形进行检测。

需要说明的是，转速信号处理模块中设置通道自检功能，通过通道转速差，判定靶标、电缆、前置放大器故障，进而判定系统通路故障。

进一步地，如图4所示，所述转速信号处理模块3还包括：

阈值设定单元36，与所述计算处理单元32连接，用于设定所述主泵的转速阈值；

所述计算处理单元32具体用于在根据脉冲信号计算所述主泵的转速，并在所述转速达到所述转速阈值时，输出转速信号；在所述转速未达到所述转速阈值时，输出报警控制信号。

进一步地，所述转速信号处理模块3还包括：

第二隔离单元37，与所述计算处理单元32连接，用于对所述计算处理单元输出的转速信号进行隔离；

信号转换单元38，分别与所述第二隔离单元37、DCS连接，用于将隔离的转速信号转换为模拟信号并输出至所述DCS，使所述DCS获取所述主泵的转速；

继电器39，与所述计算处理单元32连接，用于根据所述计算处理单元输出的报警控制信号断开开关；以及,

报警单元40，分别与所述继电器39、所述DCS连接，用于在所述继电器断开时，输出报警信号至所述DCS进行报警。

另外，转速信号处理模块3还包括时钟及复位电路41，所述时钟及复位电路41与所述计算处理单元32连接。

进一步地，所述计算处理单元32和所述校验脉冲产生单元34均为FPGA芯片。

需要说明的是，计算处理单元采用FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片，近似纯硬件电路，稳定可靠，响应快。

本发明实施例使靶标在传感器外部转动，与传感器会面时投影无交叉，避免靶标与传感器的碰撞风险；传感器与转速信号处理模块采用三同轴电缆连接，而三同轴电缆的外层屏蔽双端接地，滤除高频噪音，内层屏蔽采用转速信号处理模块端接地，滤除电流环干扰；传感器采用不锈钢外壳构成整体屏蔽，体积小，安装难度小，响应快；转速信号处理模块中的计算处理单元采用FPGA芯片，近似纯硬件电路，稳定可靠、响应快；采用校验脉冲产生单元对系统进行检测，避免传感器、电缆和前置放大器出现故障。

实施例二

本发明还提供一种核电站主泵转速测量方法，能够应用在实施例一中的核电站主泵转速测量系统中。

参见图5，是本发明提供的核电站主泵转速测量方法的一个实施例的流程示意图，该方法包括：

S1、靶标跟随主泵转动；

S2、传感器组件每与所述靶标会面时产生一个脉冲信号；所述传感器组件固定设置在所述靶标的转动平面的支架上，并使所述靶标在转动时与所述传感器组件具有一间隙且投影无交叉；

S3、转速信号处理模块对所述脉冲信号进行处理，获取所述主泵的转速；所述转速信号处理模块通过三同轴电缆与所述传感器组件连接。

综上所述，本发明的核电站主泵转速测量系统及方法，使靶标在传感器外部转动，与传感器会面时投影无交叉，避免靶标与传感器的碰撞风险；传感器与转速信号处理模块采用三同轴电缆连接，而三同轴电缆的外层屏蔽双端接地，滤除高频噪音，内层屏蔽采用转速信号处理模块端接地，滤除电流环干扰；传感器采用不锈钢外壳构成整体屏蔽，体积小，安装难度小，响应快；转速信号处理模块中的计算处理单元采用FPGA芯片，近似纯硬件电路，稳定可靠、响应快；采用校验脉冲产生单元对系统进行检测，避免传感器、电缆和前置放大器出现故障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。