摘要：M310主泵是德国ANDRITZ公司进口，进口设备更新换代快，供货周期长，价格昂贵让核电技术受制于人，一旦机组现场出现主泵相关问题，技术服务速度效率严重影响核电调试进度，主泵核心速度测量曾多次出现影响进度的重大问题。进口设备国产化已是一种趋势，它能跳跃式的提高我国设备科技先进性，提高装备效率，节约外汇，剧透明显的经济效益，适合我国企业的发展要求，具有深远的意义和前景。华龙一号中国自主研发三代堆型的主泵转速测量技术就是在此基础上做的国产化升级。
关键字：更新快；周期长；国产化；优化
1 进口设备国产化的必要性
华龙一号是在M310堆型的基础上由我国自主设计研发的核电三代堆，具有事故工况下非能动安全措施，对于核电的安全有重要意义。华龙一号成了我国核电自主创新和集成创新的代表，其装备国产化率可达85%以上，反应堆冷却剂系统主泵安全级速度测量系统国产化由江阴利核公司负责。曾经进口设备的软硬件更新换代快，购买周期及紧急采购周期长，价格昂贵等问题一去不复返，自此，以国内部分有硬实力公司为基础，与核电设计院展开合作，国产化设备比例将进一步提高。
图1
图2
2 速度测量系统的差异对比
主泵速度测量设备ZH2251N核级转速测量信号处理单元安装于电气厂房内，为主控室监控系统提供转速和报警信号。产品测量准确、具有优良的可靠性、实时性和EMC性能。同时为满足核电站仪表特殊的操作要求，产品应具有定期测试、参考频率输出等功能。相对于进口仪表技术方面做了改进：
⑴转速信号调理单元：对传感器输入信号进行滤波、整形，并与时钟信号进行同步。同步后的转速信号经转速测量单元处理产生计数器锁存、计数器复位、译码启动/锁存等门控信号。
⑵转速测量单元：为保证转速测量的准确性和实时性，本方案采用测周法测量转速。转速测量单元将转速信号调理单元输出的信号转换为各功能单元工作所需的门控信号。其中，计数器在门控信号控制下对时钟信号计数、锁存和复位计数值，译码电路将锁存的计数值转换为各种数字信号。译码电路以大容量Flash存储芯片为核心，将锁存的计数值作为Flash芯片地址输入信号，在门控信号的控制将计数值转换为转速二进制码、转速BCD码和转速LED显示码。
⑶定期试验单元：通过面板开关或远程控制检测显示精度、报警精度等。定期试验单元根据仪表面板开关状态切换转速输入通道、继电器输出通道，并控制脉冲发生单元输出相应频率信号。
⑷时钟发生器：产生其他单元工作所需的时钟信号。为达到0.1rpm的测量精度，时钟发生器采用有源晶振，输出时钟周期为1微秒。
⑸报警处理单元：接收转速测量单元的转速BCD码，与仪表面板报警阈值拨码开关产生的BCD码进行比较，控制继电器输出电路输出开关量信号。报警处理单元通过加法电路（或减法电路）提供报警滞回功能。
⑹电流输出单元：接收转速测量单元的转速二进制码，在门控信号控制下经12位并口A/D和4~20mA转换芯片将转速信号转换为对应的电流信号。
⑺显示单元：接收转速测量单元输出的LED码，通过面板数码管显示转速。
⑻参考频率发生单元：通过仪表内部拨码开关的设置输出所需频率信号。
⑼电源:提供系统内各单元电路工作所需的隔离电压。
转速信号同步处理将传感器输入信号调理成脉宽为1μs的5V脉冲信号，其原理如图1所示：
电路中D触发器U31和与门U30B将转速脉冲与控制时钟信号进行同步，其仿真波形如下所示。其中clock为系统控制时钟，input为经整形后的转速信号，P为同步后的转速脉冲信号。
信号处理单元进行正常转速监测时继电器K3处于激活状态（图2中为未激活状态），继电器K5处于未激活状态。当进行信号处理单元测试时，继电器K5激活，二组报警开关量输出触点（±ALARM1和±ALARM2）断开以防止引起远程控制系统误动作，并通过ALARM_S、ALARM_SO和ALARM_SC通知远程控制系统转速表处于测试状态。同时，断电器报警输出通过前面板报警状态指示（LED_ALARM）显示。
控制电路设计采用采用测周期法，使用有限状态机方法进行设计，具有严格时序关系的控制信号不存在冒险竞争问题，专用电路译码将转速周期精确转换为实际转速。
⑴ 纯硬件转速表
（a) 计数法，响应慢；
（b）频压转换，引入误差，精度低；
（c）本方案采用测周期法克服了常规纯硬件转速表的缺点，测量精度超过0.1级(测量误差微秒级)，继电器响应时间小于20ms，电流输出小于10ms
⑵CPU设计转速表
（a）无操作系统，前后台设计，响应时间慢
（b）OS，由于任务调试原因，通常是软实时系统，无法做到真正的硬实时。
以上表都存在易受干扰出现死机、运行出错，可靠性依赖程序质量。
目前，项目产品实现了任务书要求的全部功能和性能指标，并且其操作方式与在役核电站用产品兼容。
抗干扰设计（屏蔽、接地、滤波）。
除采用多层板设计外，输入输出接口全部采用隔离设计，避免单一接口故障引起设备整体失效。通过合理的结构设计、滤波元件布置及PCB板布局，产品EMC性能完全符合相关标准的要求，并成功的解决了转速测量中经常出现的工频干扰问题。
3 结论
从上面的总结可以看出，国产化设备在国内电站的应用上有更好的前景，能够完全适应国内电站运营业主的实际需求，及时更改部分设计，优化使用效果，转速仪表在国产化过程中克服了进口仪表的延时高、抗干扰能力差，增加回差设置后，有效的避免报警阈值附近继电器频繁动作的问题出现。进口仪表采用电流输出信号经过DCS产生停堆停机的开关量信号，信号经过多次处理误差进一步增加，国产化后停堆停机信号直接经速度处理单元继电器输出，响应时间和稳定性显著提高。总的来说，进口设备国产化能够使我国逐渐摆脱对进口设备的依赖性，对我国核电事业发展有着重要意义。
参考文献
[1]ZH2251N核级转速测量信号处理单元技术说明书.胡乾龙.
[2]反应堆冷却剂系统手册 中国核动力研究设计院.
[3]进口设备备件的国产化研究及应用.周雅稚.
[4]浅谈进口设备备件国产化的管理.单帝强.
论文作者:吴英群
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：转速论文; 信号论文; 单元论文; 测量论文; 门控论文; 进口设备论文; 核电论文; 《电力设备》2019年第6期论文;