AP1000核電機(jī)組主泵運(yùn)行特點(diǎn)分析

摘 " "要：本文簡要介紹了三門核電AP1000主泵的結(jié)構(gòu)、供電和控制，具體分析了AP1000主泵的運(yùn)行特點(diǎn)，并討論了主泵的啟動(dòng)和停運(yùn)順序。

關(guān)鍵詞：AP1000;反應(yīng)堆冷卻劑泵;變頻器

中圖分類號(hào)：TM623 " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " " " " " " 文章編號(hào)：1004-7344（2019）03-0100-01

AP1000核電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)之一即為采用全密封式的反應(yīng)堆冷卻劑屏蔽電動(dòng)泵，從而消除了軸密封式主泵上可能發(fā)生的因軸封損壞造成冷卻劑泄漏的隱患。雖然AP1000主泵具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大、可靠性高、維護(hù)保養(yǎng)要求低的特點(diǎn)，但是由于如此大功率的屏蔽泵首次在核工業(yè)界應(yīng)用，故AP1000主泵的制造、調(diào)試、運(yùn)行、維修等相關(guān)技術(shù)一直得到業(yè)界廣泛的關(guān)注。本文將通過分析AP1000主泵及其變頻器的特性和技術(shù)要求，總結(jié)出AP1000屏蔽式主泵的運(yùn)行特點(diǎn)，為AP1000主泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

1 "AP1000主泵結(jié)構(gòu)介紹

AP1000主泵是一臺(tái)立式、單級(jí)離心泵AP1000主泵由水力部件、電機(jī)部件和其他部件組成，分別簡介如下：

（1）水力部件

主泵的水力部件主要包括泵殼和葉輪，用于提供冷卻劑流通的通道。

（2）電機(jī)部件

主泵屏蔽電機(jī)是單繞組、四極、三相、屏蔽套式感應(yīng)電機(jī)，采用變頻器啟動(dòng)和運(yùn)行。變頻調(diào)速控制裝置降低了冷態(tài)工況時(shí)的電機(jī)功率，從而最大限度地縮短電機(jī)尺寸。

（3）軸承

主泵裝有三個(gè)軸承，兩個(gè)徑向軸承和一個(gè)雙向推力軸承，都在電機(jī)一側(cè)，軸承采用水潤滑方式。在泵啟停過程中和正常運(yùn)行時(shí)，通過一回路冷卻劑冷卻軸承以保證軸承的壽命。

（4）屏蔽套

為將電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子與一回路冷卻劑介質(zhì)完全隔絕開來，設(shè)置兩個(gè)屏蔽套，即定子屏蔽套和轉(zhuǎn)子屏蔽套。正常運(yùn)行期間定子屏蔽套內(nèi)充滿氮?dú)?，轉(zhuǎn)子屏蔽套外充滿與一回路壓力相同的冷卻劑，用來導(dǎo)出熱量和潤滑軸承。主泵電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均密閉在耐腐蝕的屏蔽套中。

（5）飛輪

AP1000主泵屏蔽電機(jī)設(shè)置上下兩個(gè)飛輪，以增加主泵的惰轉(zhuǎn)流量。飛輪固定在屏蔽泵的主軸上，材料采用鎢合金，以在有限體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

2 "AP1000主泵供電簡介

AP1000四臺(tái)主泵分別由汽輪機(jī)廠房的四段中壓母線供電，每臺(tái)主泵配置一臺(tái)入口斷路器、一臺(tái)變頻器和兩臺(tái)串聯(lián)的1E級(jí)斷路器。主泵1E級(jí)斷路器是AP1000中僅有的1E級(jí)交流斷路器，以滿足主泵安全跳閘的要求。

在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，變頻器用于將我國的中壓50Hz電源轉(zhuǎn)變成主泵電機(jī)工作所需的60Hz交流電源;在反應(yīng)堆升溫或冷卻過程中，變頻器提供低頻電源使主泵低速運(yùn)行，以在反應(yīng)堆冷卻劑溫度較低的工況下防止主泵超功率。

西屋推薦AP1000主泵配置的變頻器是西門子公司生產(chǎn)的WCIII-HA型高壓大容量變頻器，采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)。變頻器主要包括以下設(shè)備：輸入隔離變壓器、功率單元、控制單元、冷卻單元等。輸入隔離變壓器用于將汽輪機(jī)廠房的中壓母線側(cè)電壓變換為二次側(cè)的18組低壓，每組低壓為一個(gè)功率單元提供輸入，每個(gè)功率單元都相當(dāng)于一臺(tái)“交流-直流-交流”電壓型單相輸出的低壓變頻器，主泵變頻器的輸出電壓每相由6個(gè)功率單元串聯(lián)組成，三相共18個(gè)功率單元構(gòu)成。

3 "主泵斷路器的控制

主泵通過一臺(tái)入口斷路器和兩臺(tái)1E級(jí)斷路器與常規(guī)島中壓母線相連，其中入口斷路器用于正常的接通、斷開主泵和保護(hù)變頻器，1E級(jí)斷路器用于事故情況下使主泵可靠跳閘。

主泵斷路器既接收來自PMS和DAS的停運(yùn)邏輯信號(hào)，也接受PLS的控制信號(hào)，其中入口斷路器接收來自DAS的主泵跳閘信號(hào)和來自PLS的主泵跳閘信號(hào)，并設(shè)置有與變頻器連鎖的信號(hào)：當(dāng)變頻器完成預(yù)充電并且無變頻器故障信號(hào)時(shí)自動(dòng)閉合入口斷路器;當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)斷開入口斷路器。1E級(jí)斷路器只接收來自PMS的主泵跳閘信號(hào)。另外入口斷路器和1E級(jí)斷路器均接收電氣保護(hù)跳閘信號(hào)。

通過以上主泵斷路器控制方式的設(shè)計(jì)，不但可以保證在事故工況下主泵可靠停運(yùn)，而且可以在變頻器故障時(shí)斷開上游入口斷路器，保護(hù)變頻器并防止主泵出現(xiàn)事故分析中未曾分析過的超速或低速運(yùn)行工況。

4 "主泵變頻器的控制

主泵變頻器有兩種控制模式：“gangcontrol”和“individualcontrol”。在“individualcontrol”模式下，每個(gè)變頻器設(shè)定值控制一臺(tái)主泵;在“gangcontrol”模式下，每個(gè)變頻器設(shè)定值同時(shí)控制四臺(tái)主泵運(yùn)行。

為了避免主泵在其共振頻率附近長時(shí)間運(yùn)行，同時(shí)也為了防止主泵出現(xiàn)事故分析中未曾分析過的超速或低速運(yùn)行工況，主泵轉(zhuǎn)速設(shè)定值只能在0%、23.6%、50%、88%、100%五個(gè)離散的數(shù)值中選取。

5 "變頻器的運(yùn)行要求

為了防止中壓母線的突然加壓對(duì)變頻器單元中的電容器造成沖擊損壞，變頻器采用預(yù)充電技術(shù)，即在變頻器上游入口斷路器得電之前先利用其他電源來給電容器逐漸充電，充電完成后自動(dòng)閉合中壓入口斷路器。

6 "總 結(jié)

（1）AP1000屏蔽式主泵取消了潤滑油、頂軸油、軸封水等支持性系統(tǒng)，控制更加簡單，但是由于定子和轉(zhuǎn)子屏蔽套的使用導(dǎo)致傳熱困難，需要更加關(guān)注主泵的冷卻情況;

（2）AP1000屏蔽式主泵供電回路上串聯(lián)了一臺(tái)非1E級(jí)和兩臺(tái)1E級(jí)斷路器共3臺(tái)斷路器，這些斷路器分別執(zhí)行不同的控制保護(hù)功能，在運(yùn)行、維修等活動(dòng)中需要關(guān)注3臺(tái)斷路器在電站不同運(yùn)行工況下的狀態(tài);

（3）主泵變頻器的使用雖然可以降低主泵的啟動(dòng)功率，減少主泵的電機(jī)尺寸，但是主泵變頻器的可靠性直接影響主泵的運(yùn)行。為此，運(yùn)行人員不但需要在正常運(yùn)行時(shí)關(guān)注變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，而且需要在反應(yīng)堆啟動(dòng)、反應(yīng)堆停運(yùn)或主泵停運(yùn)、中壓母線快切等瞬態(tài)過程中加強(qiáng)對(duì)變頻器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，以保證主泵的正常運(yùn)行;

（4）AP1000主泵不設(shè)置防倒轉(zhuǎn)裝置，允許主泵在倒轉(zhuǎn)工況下連續(xù)運(yùn)行。但此時(shí)應(yīng)注意保證倒轉(zhuǎn)主泵的冷卻，并防止影響PRHRHX的運(yùn)行。

收稿日期：2018-12-9