核電廠汽動(dòng)輔助給水泵轉(zhuǎn)速控制

肖東 福清核電有限公司

一、核電廠汽動(dòng)輔助給水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

核電廠輔助給水系統(tǒng)作為正常給水系統(tǒng)的備用，在主給水系統(tǒng)故障時(shí)，向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)供水，利用蒸汽發(fā)生器導(dǎo)出堆芯熱量，保證堆芯安全。

輔助給水系統(tǒng)設(shè)置有2臺(tái)電動(dòng)給水泵以及2臺(tái)汽動(dòng)給水泵。汽動(dòng)輔助給水泵設(shè)計(jì)為應(yīng)對(duì)全廠失電工況，在全廠失電時(shí)，靠蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)輔助給水泵運(yùn)行，向蒸汽發(fā)生器供給冷卻水，導(dǎo)出堆芯熱量，是確保核安全的重要設(shè)備。

汽動(dòng)輔助給水泵的結(jié)構(gòu)為臥式兩級(jí)離心泵，由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，一端為汽輪機(jī)，另一端為水泵，中間為中央水室。中央水室部位配有轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置、機(jī)械飛錘、危急遮斷掛扣組件、中央水室穩(wěn)壓閥等。蒸汽通流主要經(jīng)過(guò)粗濾器、主汽門、調(diào)閥、蒸汽室、噴嘴組、動(dòng)葉最后至排汽接管。汽動(dòng)泵的汽輪機(jī)能在8.6MPa至0.76MPa的供汽壓力下運(yùn)行，向蒸汽發(fā)生器提供給水。

二、汽動(dòng)輔助給水泵轉(zhuǎn)速控制模式

汽動(dòng)輔助給水泵調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速傳感器、Woodward505調(diào)速器、電-氣轉(zhuǎn)換器、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)汽閥組成。其作用是：

1.緊急情況下，使汽動(dòng)輔助給水泵啟動(dòng)，快速升速至額定轉(zhuǎn)速，并保持穩(wěn)定運(yùn)行；

2.在汽動(dòng)輔助給水泵運(yùn)行過(guò)程中，提供電子保護(hù)；

3.大流量限制功能。

汽動(dòng)輔助給水泵的轉(zhuǎn)速控制設(shè)置有兩種控制模式：轉(zhuǎn)速控制模式以及大流量控制模式。

轉(zhuǎn)速控制模式：Woodward505調(diào)速器接收2組轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)的泵組轉(zhuǎn)速，并與轉(zhuǎn)速設(shè)定值比較，當(dāng)兩者不一致時(shí)，505調(diào)速器輸出一個(gè)氣動(dòng)信號(hào)。該氣動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來(lái)控制調(diào)節(jié)汽閥的開(kāi)度，從而控制進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽流量，使泵組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)，以滿足給水流量的要求。

大流量控制模式：Woodward505通過(guò)測(cè)量汽動(dòng)給水泵出口的流量，將實(shí)時(shí)測(cè)量的流量信號(hào)與控制系統(tǒng)中設(shè)定的最大流量限制值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)量流量大于等于設(shè)定的最大流量限制值時(shí)，控制汽動(dòng)給水泵的汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門，以關(guān)小進(jìn)汽閥，降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使汽動(dòng)給水泵的出口流量下降到設(shè)定值以下。

當(dāng)泵出口流量由于事故工況而達(dá)到限制閾值時(shí)，輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位限制器限制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，限制了泵出口流量，因此輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)是否起作用是由流量決定，系統(tǒng)只是在大流量下才能起到對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的限制作用。當(dāng)流量達(dá)到大流量限制值時(shí)Woodard505立即由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制自動(dòng)轉(zhuǎn)到輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)限制，直到流量回到限制值下時(shí)，Woodard505自動(dòng)回到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制回路。在輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)限制下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)不起作用。

設(shè)置大流量限制系統(tǒng)由于汽動(dòng)泵的特性曲線較平，在事故工況下泵的最大流量可能超出系統(tǒng)和泵組的可接受范圍，為保護(hù)泵組，在事故工況下，將泵的出口流量控制在系統(tǒng)和泵組的可接接受的范圍內(nèi)。

在控制模式切換時(shí)，轉(zhuǎn)速控制存在擾動(dòng)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，可能觸發(fā)超速保護(hù)動(dòng)作。所以在進(jìn)行超速試驗(yàn)時(shí)為了避免觸發(fā)大流量限制，設(shè)置了專門的試驗(yàn)按鈕，該按鈕允許在啟動(dòng)汽動(dòng)泵的同時(shí)保持給水泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，從而使汽動(dòng)泵在小流量運(yùn)行的條件下進(jìn)行超速試驗(yàn)。

三、汽動(dòng)輔助給水泵超速保護(hù)

汽動(dòng)輔助給水泵設(shè)置了兩類超速保護(hù)裝置：電子跳閘、機(jī)械跳閘。這兩種超速保護(hù)裝置通過(guò)釋放主汽門活塞右端腔室的蒸汽壓力來(lái)完成速關(guān)，從而安全停機(jī)。一級(jí)電子跳閘定值為額定轉(zhuǎn)速108～110%；機(jī)械跳閘定值為額定轉(zhuǎn)速的113～115%；二級(jí)電子跳閘定值額定轉(zhuǎn)速的118～120%。

（一）電子跳閘原理

電子跳閘工作原理為：505調(diào)速器接收安裝在中央水室處的轉(zhuǎn)速探頭的轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的電子跳閘轉(zhuǎn)速時(shí)，電子跳閘信號(hào)被觸發(fā)，使得高溫高壓電磁閥通電打開(kāi)，從而釋放主汽門活塞右端腔室的壓力蒸汽以達(dá)到停機(jī)。為了操作方便和增加安全性，就地控制柜和遠(yuǎn)程控制室都設(shè)有“手動(dòng)停機(jī)”按鈕，以便人工緊急停機(jī)處理。就地控制柜和遠(yuǎn)程控制室還設(shè)有“復(fù)位”操作按鈕，用于電子跳閘后，復(fù)位電子跳閘回路和停機(jī)電磁閥。

（二）機(jī)械跳閘原理

機(jī)械跳閘全部由機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，主要包括機(jī)械飛錘和危急遮斷掛扣組件兩個(gè)部套。機(jī)械飛錘部套安裝在中央水室的軸段中，徑向安裝。危急遮斷掛扣組件，其位于中央水室一側(cè)并靠端蓋壓緊螺栓固定。當(dāng)機(jī)組達(dá)到機(jī)械跳閘轉(zhuǎn)速時(shí)，軸中的機(jī)械飛錘因離心力作用，克服彈簧預(yù)緊力后飛出并擊打觸發(fā)器，使觸發(fā)器與掛扣脫開(kāi)，復(fù)位桿旋轉(zhuǎn)落下，錐形閥中壓緊彈簧釋放，錐形閥打開(kāi)，即把主汽門活塞右端腔室的壓力蒸汽釋放到排缸當(dāng)中，主汽門速關(guān)而停機(jī)。此外，就地還配有手動(dòng)停機(jī)拍桿裝置。拍桿后，觸發(fā)器被頂起，掛扣脫開(kāi)，主汽門快速關(guān)閉而停機(jī)。

機(jī)械跳閘動(dòng)作后，需進(jìn)行復(fù)位處理。復(fù)位分手動(dòng)和電動(dòng)兩種方式：手動(dòng)復(fù)位，即為就地拉桿提起；電動(dòng)復(fù)位通過(guò)就地控制柜或遠(yuǎn)程中控制室的“復(fù)位”按鈕，按鈕按下后，位于復(fù)位桿下部的一個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)器通電頂起，復(fù)位完成后斷電。

機(jī)組定期進(jìn)行汽動(dòng)輔助給水泵超速試驗(yàn)，因機(jī)械超速試驗(yàn)定值高于電氣超速一級(jí)定值，因此在進(jìn)行機(jī)械跳閘試驗(yàn)時(shí)需屏蔽一級(jí)電子跳閘，二級(jí)電子跳閘功能，作為機(jī)械超速的后備保護(hù)，防止機(jī)械超速未觸發(fā)時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高產(chǎn)生飛車風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，為了保證盡量少的人員停留在泵所在房間，試驗(yàn)時(shí)需要安裝遠(yuǎn)傳打閘裝置。