變頻電動(dòng)柱塞泵作為水壓試驗(yàn)泵的運(yùn)行應(yīng)用

朱鋼梁+楊宇+蔡國(guó)杰+李若鯤+常婷

【摘 要】某核電廠的水壓試驗(yàn)泵需執(zhí)行三個(gè)功能，每個(gè)功能需要的壓力不同，且最高壓力需要達(dá)到24MPa，而流量基本相同，所以需要采用特殊結(jié)構(gòu)的泵。本文從變頻電動(dòng)柱塞泵的基本原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式來(lái)闡述其如何實(shí)現(xiàn)為中壓安注箱充水、供主泵應(yīng)急軸封水和水壓試驗(yàn)功能。通過(guò)對(duì)三種運(yùn)行工況的功能試驗(yàn)驗(yàn)證其是否滿足工況運(yùn)行要求。對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可得：當(dāng)泵出口壓力從0-24MPa范圍內(nèi)變化時(shí)，流量為5.9-6.1m3/h，滿足充水和供主泵應(yīng)急軸封水運(yùn)行要求；通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)頻率可以達(dá)到0.4MPa/min的升壓過(guò)程，也可實(shí)現(xiàn)保壓在24MPa，從而滿足水壓試驗(yàn)運(yùn)行要求。

【關(guān)鍵詞】水壓試驗(yàn)泵；變頻電動(dòng)柱塞泵；性能試驗(yàn)

1 壓水堆核電廠水壓試驗(yàn)泵的功能與某核電廠使用泵的類(lèi)型

1.1 壓水堆核電廠水壓試驗(yàn)泵功能

壓水堆核電廠水壓試驗(yàn)泵為兩機(jī)組公用設(shè)備，調(diào)試、運(yùn)行期間為反應(yīng)堆一回路水壓試驗(yàn)加壓到22.9MPa（首次水壓試驗(yàn)壓力），以檢查一回路系統(tǒng)的設(shè)備、管道的密封和焊接質(zhì)量，驗(yàn)證其承壓運(yùn)行時(shí)的密封性和安全性；在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，為中壓安注箱充入硼水；在失去主泵軸封供水的事故工況下，作為主泵軸封的應(yīng)急注入水，防止主泵軸封損壞，保證一回路的完整性，此時(shí)具有核安全功能，是安全設(shè)備。

1.2 某核電廠參考電廠水壓試驗(yàn)泵使用泵的類(lèi)型

由于壓水堆核電廠水壓試驗(yàn)泵需滿足以上三個(gè)功能，且三個(gè)功能需要的壓力不同，流量接近，所以參考電廠使用的水壓試驗(yàn)泵為液力驅(qū)動(dòng)雙缸往復(fù)式正排量泵，通過(guò)調(diào)節(jié)液力回路壓力來(lái)調(diào)節(jié)水力輸出壓力。此種設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格昂貴，且液力回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)難度大。某核電廠水壓試驗(yàn)泵采用國(guó)產(chǎn)變頻電動(dòng)柱塞泵，其原理成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。

1.3 某核電廠水壓試驗(yàn)泵類(lèi)型、流程

某核電廠水壓試驗(yàn)泵為重慶水泵廠有限責(zé)任公司制造的型號(hào)為： H3D5-6/24的變頻電動(dòng)柱塞式往復(fù)泵，由往復(fù)柱塞泵、變頻電機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、安全閥緩沖器、及儀表控制等部件組成，通過(guò)變頻電機(jī)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到在泵出口壓力不變而進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的目的。系統(tǒng)從PTR001BA吸水，可通過(guò)下游管線不同的在線，分別為中壓安注箱、應(yīng)急時(shí)主泵軸封和水壓試驗(yàn)時(shí)一回路注水。

2 變頻電動(dòng)柱塞泵作為水壓泵的三種運(yùn)行模式與控制邏輯

2.1 實(shí)現(xiàn)中壓安注箱補(bǔ)水功能時(shí)的運(yùn)行模式

此模式下，為安注系統(tǒng)的安注箱進(jìn)行初始注水和后續(xù)補(bǔ)水。補(bǔ)水時(shí)從PTR001BA取水，流量為6m3/h，當(dāng)補(bǔ)水壓力達(dá)到4.7MPa時(shí)，泵自動(dòng)停止運(yùn)行，起保護(hù)作用。當(dāng)安注箱液位到高液位時(shí)，操縱員手動(dòng)停運(yùn)水壓試驗(yàn)泵。此工況變頻電機(jī)的頻率穩(wěn)定在43HZ，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不開(kāi)啟。此模式下，控制系統(tǒng)接到啟泵信號(hào)后，先啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵和冷卻風(fēng)扇，當(dāng)潤(rùn)滑油壓達(dá)到0.1MPa后，才能聯(lián)鎖啟動(dòng)水壓試驗(yàn)泵。

2.2 主泵軸封注入功能時(shí)的運(yùn)行模式

在電站失去全部廠內(nèi)外情況下，水壓試驗(yàn)泵作為主泵軸封的應(yīng)急注入，為主泵提供軸封水（H3 工況） 。在此時(shí)水壓試驗(yàn)泵由9LLS001AR供電，泵自動(dòng)啟動(dòng)，并保證壓力在要求的時(shí)間內(nèi)達(dá)到18MPa，當(dāng)壓力變化時(shí)通過(guò)PLC調(diào)節(jié)電機(jī)頻率來(lái)穩(wěn)定壓力在18MPa，此時(shí)流量約為6m3/h左右。該工況屬于電廠失去全部廠內(nèi)外電源，應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)并送至水壓試驗(yàn)泵配電柜（9LLS001AR），無(wú)論控制面板上的選擇開(kāi)關(guān)處于任何控制模式，在 15S 時(shí)間內(nèi)，潤(rùn)滑油泵、冷卻風(fēng)扇和水壓試驗(yàn)泵自動(dòng)同時(shí)啟動(dòng)并達(dá)到使用工況點(diǎn)的要求。由于實(shí)際工況需要的流量約 6m3/h 左右，接近水壓試驗(yàn)泵的額定流量，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不參與控制，且處于關(guān)閉狀態(tài)，只用變頻器對(duì)變頻電機(jī)的頻率進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)壓力在17.5MPa～18MPa，流量約6m3/h左右。

2.3 實(shí)現(xiàn)水壓試驗(yàn)功能時(shí)的運(yùn)行模式

在這種模式下，水壓試驗(yàn)泵用來(lái)執(zhí)行反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)水壓試驗(yàn)功能。因此要求泵在檢測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)在不同的壓力水平下，包括在最大試驗(yàn)壓力，能夠保持恒定試驗(yàn)壓力。水壓試驗(yàn)工況參數(shù)：泵最大排出壓力為24MPa，輸出流量范圍0～6m3/h。

在該工況運(yùn)行時(shí)，水壓試驗(yàn)泵的流量和壓力變化較大，其控制也較復(fù)雜。開(kāi)始利用上充泵使一回路壓力達(dá)到17.2MPa，當(dāng)被檢測(cè)設(shè)備內(nèi)的壓力達(dá)到17.2MPa 時(shí)，水壓試驗(yàn)泵才能供水，供水使被檢測(cè)設(shè)備內(nèi)的壓力逐漸升高，其壓力上升梯度為0.4MPa/min。

在水壓試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到被檢設(shè)備內(nèi)的壓力達(dá)到17.2MPa 時(shí)，開(kāi)啟電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度到10%的位置，使水壓試驗(yàn)泵排出壓力達(dá)到17.2MPa；此時(shí)，由變頻器對(duì)變頻電機(jī)的頻率進(jìn)行控制，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖內(nèi)玫耐鶑?fù)次數(shù)（泵速），達(dá)到控制電動(dòng)往復(fù)泵輸送流量，按系統(tǒng)壓力上升梯度（0.4MPa/min）調(diào)整變頻電機(jī)的頻率（升高或降低）；使系統(tǒng)內(nèi)的壓力逐漸上升達(dá)到要求的22.9MPa 并保持到規(guī)定的時(shí)間。

3 功能試驗(yàn)

功能性試驗(yàn)包括三個(gè)部分：安注系統(tǒng)補(bǔ)水試驗(yàn)、軸封水注入試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)還包含小流量試驗(yàn)[3]。

3.1 中壓安注箱補(bǔ)水試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：水壓試驗(yàn)泵控制面板上選擇開(kāi)關(guān)調(diào)整到“第Ⅰ控制回路”-安注箱補(bǔ)水工況。首先啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵和風(fēng)機(jī)，當(dāng)潤(rùn)滑油壓力達(dá)0.1MPa后啟動(dòng)主電機(jī)。電機(jī)頻率自動(dòng)為43HZ，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全關(guān)，調(diào)節(jié)出口閥使壓力為4.7MPa，運(yùn)行0.5小時(shí)，每15min記錄一次如上性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)。合格判定依據(jù)也如性能試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)泵出口壓力為4.7MPa時(shí)，泵流量約為5.9m3/h，滿足中壓安注箱的補(bǔ)水要求，且電機(jī)功率、油溫、油壓滿足要求。

3.2 主泵軸封水注入試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：水壓試驗(yàn)泵控制面板上選擇開(kāi)關(guān)調(diào)整到“第Ⅱ控制回路”-軸封水注入工況。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全關(guān)，緩慢關(guān)閉泵出口調(diào)閥，使出口壓力為18MPa，此時(shí)泵的頻率仍為43HZ。運(yùn)行穩(wěn)定后斷開(kāi)正常電源，模擬應(yīng)急啟動(dòng)信號(hào)，潤(rùn)滑油泵、風(fēng)機(jī)和主電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，記錄潤(rùn)滑油壓力達(dá)到0.1MPa和泵出口壓力達(dá)到18MPa所需要的時(shí)間，該時(shí)間不應(yīng)大于15s。試驗(yàn)過(guò)程中，變頻器調(diào)節(jié)頻率以維持泵出口壓力在18MPa，穩(wěn)定運(yùn)行0.5h后記錄如上性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)。合格判定依據(jù)除了要求啟動(dòng)時(shí)間大于15s外，其他同性能試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)論：?jiǎn)?dòng)后10.8達(dá)到18MPa，滿足小于15S的啟動(dòng)時(shí)間，流量6.167滿足主泵軸封注入流量要求。

3.3 水壓試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：將選擇開(kāi)關(guān)調(diào)整到“第Ⅲ控制回路”-水壓試驗(yàn)工況，此時(shí)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開(kāi)10%，全開(kāi)出口閥門(mén)，先啟動(dòng)油泵和冷卻風(fēng)扇，當(dāng)油壓達(dá)到0.1MPa，按下“主泵啟動(dòng)”按鈕啟動(dòng)主泵，緩慢關(guān)小出口調(diào)閥使壓力達(dá)到17.2MPa，按下“開(kāi)始升壓”按鈕，電機(jī)變頻調(diào)節(jié)使壓力以0.4MPa/min±0.1 MPa/min梯度上升，升壓到24MPa，保持壓力運(yùn)行0.5h，記錄如上性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)。合格判定依據(jù)除了要求升壓梯度為0.4MPa/min±0.1 MPa/min外，其他同性能試驗(yàn)。緩慢關(guān)閉管路出口閥門(mén)，使泵出口流量分別為0.2，0.5，1.0，2m3/h，壓力穩(wěn)定后運(yùn)行2h，每0.5小時(shí)記錄泵組出口壓力、小流量管路流量，潤(rùn)滑油壓等。

試驗(yàn)結(jié)論：升壓過(guò)程中，電機(jī)頻率以一定速率上升，使泵以0.4175（MPa/min）速度升壓，滿足以0.4MPa/min速率升壓要求，且其他各監(jiān)測(cè)參數(shù)正常穩(wěn)定；當(dāng)小流量調(diào)整時(shí)，通過(guò)電機(jī)調(diào)頻，使泵出口壓力維持24MPa，且在運(yùn)行過(guò)程中潤(rùn)滑油油溫、油壓正常，滿足水壓試驗(yàn)要求。

4 結(jié)論

綜上，此變頻電動(dòng)柱塞泵流量與電機(jī)頻率成正比，通過(guò)改變頻率來(lái)改變泵的特性曲線，滿足某核電廠水壓試驗(yàn)泵對(duì)流量、壓力的變化要求。并且因其成熟的原理、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、良好的穩(wěn)定性和可靠性、豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、簡(jiǎn)單的運(yùn)行操作和維護(hù)，從而保證其功能實(shí)現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李中玲.水壓試驗(yàn)泵運(yùn)行維護(hù)手冊(cè).重慶：重慶水泵廠有限責(zé)任公司，2012，7，11：12-22.

[2]肖志杰.9RIS011PO水壓試驗(yàn)泵機(jī)組泵預(yù)期性能曲線.重慶：重慶水泵廠有限責(zé)任公司，2010，7，22：4.

[3]李中玲.水壓試驗(yàn)泵圖、配電控制柜設(shè)備竣工文件.質(zhì)量分卷11冊(cè).重慶：重慶水泵廠有限責(zé)任公司，2013，01，11：6-9，24-40.

[責(zé)任編輯：王偉平]