秦二廠主給水泵液力耦合器電源改造運行分析及問題探究

張朝陽

（中核核電運行管理有限公司運行四處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦二廠3、4 號機自商運以來，由于主給水泵液力耦合器執(zhí)行機構失電造成的事件有四起，三起導致停機停堆，一起因技術改造未造成瞬態(tài)，但頻度之高，后果之嚴重，讓我們不得不重新審視和思考，設備是不是真的就可靠了。 本文將對之前發(fā)生的歷次事件進行回顧，從個人的角度針對現(xiàn)階段存在的問題，提出一些意見和建議，希望可以引起更多的關注。

1 系統(tǒng)簡述及原理介紹

1.1 主給水系統(tǒng)簡述

主給水泵系統(tǒng)由3×50%容量的電動泵組構成，正常時兩臺運行，一臺自動備用，在各種周波電源條件下，在反應堆額定熱功率范圍內(nèi)，通過電動給水泵的調(diào)速，向蒸汽發(fā)生器供水。

每臺主給水泵由前置泵、壓力級泵、驅動電動機、液力耦合器及增速齒輪箱、與電動給水泵相關的系統(tǒng)、最小流量系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)組成。正常運行過程中，驅動電動機小軸驅動前置泵，而另一端驅動液力耦合器和增速齒輪箱間接驅動壓力級泵， 前置泵的額定轉速由驅動電動機決定，兩者同為1496 r/min，而壓力級泵則根據(jù)機組運行的狀態(tài)通過液力耦合器實現(xiàn)無級變速。

1.2 液力耦合器的構造及調(diào)速原理

液力耦合器是由Voith turbo 制造， 型號為R16K400M，帶有增速齒輪的勺管調(diào)節(jié)。 聯(lián)軸器包括以下部件：一次軸和一次渦輪、二次軸和二次渦輪、聯(lián)軸器殼、包括勺管控制機構的勺管套。 一次軸與一次渦輪、二次軸與二次渦輪之間都采用剛性連接。 一次軸通過變速齒輪箱與電動機相連接，二次軸與壓力級泵相連接。 一次渦輪、二次渦輪和聯(lián)軸器殼構成了工作腔。 勺管和勺管套與液力聯(lián)軸器是一個整體。 二次軸支承在勺管套上。

電動機通過接觸式撓性聯(lián)軸器將電動機的動能傳遞給齒輪液力聯(lián)軸器， 再通過增速齒輪傳遞給一次渦輪，一次渦輪的轉動使工作油被加速，機械能被轉化為工作油的動能，二次渦輪（相當于透平的功能）吸收了工作油的動能轉化為機械能， 并通過接觸式撓性聯(lián)軸器將能量無級地傳遞給壓力級泵。 工作油通過油循環(huán)閥進入工作腔，由于旋轉產(chǎn)生的離心作用，在工作腔內(nèi)形成一個旋轉的油環(huán)。 勺管的位置決定了勺管腔內(nèi)的油環(huán)的厚度， 同時也決定了工作腔內(nèi)的油環(huán)厚度。 因此，對壓力級泵的無級調(diào)速可以通過控制勺管實現(xiàn)。

2 事件介紹及改造的運行分析

2.1 UPS 卡件故障事件回顧及分析

2012年3月，3LNQ 卡件故障，UPS 自動關機，致使整個配電盤失電。 機組設計液力耦合器執(zhí)行機構失電后，勺管直接插到0%，泵的轉速降為0，同時失去出力。備用的主給水泵C 和正在運行的A 泵液力耦合器執(zhí)行機構失電，而C 泵在手動啟動后也因勺管無電不能正常帶負荷輸出流量，最終導致SG 水位低低停堆。

正常運行時，A、B 泵保持運行，C 泵處于備用狀態(tài)，故將主給水C 泵液力耦合器執(zhí)行機構電源技改到LNR 下，以保證LNQ 失電時，正在運行的B 泵不受影響，備用的C 泵可以正常帶負荷。 7月技改方案完成，因無窗口暫未實施。同年10月，3LNR 卡件故障失電，正在運行的B 泵和備用的C 泵失去電源，SG 水位低低停堆。

之后， 通過檢修電源對勺管驅動電源雙路供電，并實施運行隔離保證可靠性。月末，逆變器再次故障，3LNQ 配電盤失電。 因前期雙電源改造，未造成瞬態(tài)。

上述三次事件原因都是UPS 主板故障， 后期取消了LNQ/R 多點接地，對接地線重新接線，拆除了供數(shù)據(jù)下載，在UPS 運行中不起作用的A075 板，但未檢查出主板故障的根本原因。 為了及時發(fā)現(xiàn)失電問題，2013年3月技改增加了主給水泵轉速控制柜電源異常報警。

2.2 更換主給水泵振動探頭事件回顧及分析

2014年，維修更換振動探頭時接線錯誤，液力耦合器控制柜內(nèi)雙電源切換的二極管模塊輸出短路，泵失去出力，SG 液位快速下降， 運行人員及時干預，未造成后果。 改造前控制柜內(nèi)控制信號和報警信號共同供電，當報警模塊出現(xiàn)故障或短路時，上游直流雙電源喪失，控制模塊失電，液力耦合器失控，泵喪失出力。 因泵停運信號不能發(fā)出，備用泵未自啟。

控制模塊由二極管模塊雙路供電，而報警模塊由增加的電源模塊取電，同時在新的電源模塊上游增加空氣開關， 確保在下游模塊出現(xiàn)故障時上游電源安全，這就保障了重要控制電源的供電安全。

3 現(xiàn)階段存在的問題及改進建議

液力耦合器在供電方面出了不少問題，也做了不少改進。 但現(xiàn)階段，還是存在一些問題。

（1） 液力耦合器上游電源存在差別，LNR 有三路不同電源，而LNQ 卻只有兩路，LNQ 供電的冗余度不足。機組大修，輪停A 列母線時，逆變器正常和旁路電源失去，只剩下一路直流，這大大降低了下游負荷如DCS 等重要負荷的供電安全性。 因此建議將LNQ 旁路進線電源掛載到B 列380 V 配電盤。 通過系統(tǒng)手冊和電氣圖和配電盤實際考察，備用柜無論從單元模數(shù)還是負荷容量上都足以滿足旁路電源供電要求。

（2） 高溫高濕環(huán)境是液力耦合器失電的一個不容忽視的因素。在對之前發(fā)生的工單匯總后發(fā)現(xiàn)，有3 次卡件故障都是現(xiàn)場控制柜溫度過高造成的。 且控制卡件與報警卡件位于同一個柜內(nèi)， 發(fā)生前述類似事件的風險較大。

建議柜內(nèi)設通風扇， 增加柜子本身的排熱能力；將控制和報警卡件布置到不同控制柜內(nèi)，減少柜內(nèi)產(chǎn)熱。 同時，加強常規(guī)島廠房內(nèi)濕度和溫度控制。

（3）液力耦合器電源從UPS 上游到本身再到控制電源都做到了冗余供電，保障了供電的可靠性，但是作為執(zhí)行機構供電的最后一環(huán)——二極管直流切換模塊相對薄弱。 若二極管直流切換模塊故障，液力耦合器勺管也將失電，所以建議增加一塊同型號的二極管切換模塊，將冗余做完整。

（4）為了防失電，就要做冗余。 但加法又增加了新的故障點， 且主用故障能否快速可靠切換到備用，尚屬未知，故建議增加勺管失電保持功能。

勺管動作原理如下： 當勺管控制裝置得到調(diào)大命令后，經(jīng)PID 控制器作用在控制銷上，推動四位三通閥門向右側移動壓縮彈簧， 控制油進入雙作用定位氣缸右側， 氣缸左側的控制油排出， 在兩側控制油的作用下， 氣缸活塞向左移動， 在活塞的帶動之下勺管向100%方向移動， 此時反饋裝置向PID 控制器反饋信號，對勺管實現(xiàn)閉環(huán)控制。 在調(diào)小勺管開度時，動作相反。 當勺管到達要求位置時，氣缸左右油路都不通，勺管穩(wěn)定在固定位置。當勺管控制裝置失電后，處于壓縮狀態(tài)的彈簧推動四位三通閥使氣缸左側進油， 右側排油，勺管很快回歸零位，主給水壓力級泵將失去動力。

建議在排油管線上增加一個電磁閥， 失電關閉，防止氣缸右側排油， 從而實現(xiàn)勺管失電保位功能，而電源可以直接與勺管控制和位置反饋模塊一同取電，以保障電磁閥供電安全。

（5）換一個思路，可以借鑒國內(nèi)多家熱電廠的經(jīng)驗對設備整體進行改造，將液力耦合器改造為高壓變頻器。 相較機械式的液力耦合器，變頻器不僅可減少電動機在負荷頻繁變化中的損耗，也可以減少對廠用電系統(tǒng)的沖擊，延長電動機的使用壽命。 由于節(jié)能效果顯著，這將大大降低我廠廠用電率，實現(xiàn)在保障設備及機組安全的同時，節(jié)省生產(chǎn)成本，為公司創(chuàng)造更多的利潤。

實施思路是增加高壓變頻器， 保留原增速齒輪箱，通過變頻器調(diào)頻或增速齒輪完成主給水泵轉速控制。 考慮到成本及施工難度等原因，液力耦合器可以保留，正常運行時，將其勺管置于100%開度不參與調(diào)節(jié)，變頻器進出口開關合閘，旁路開關斷開，變頻器調(diào)速。 當變頻器檢修時，旁路合閘，進出口開關分閘，液力耦合器調(diào)速。

4 結語

主給水泵液力耦合器電源經(jīng)歷了數(shù)次改造，設備的可靠性及安全性得到了極大的改善，但UPS 主板故障等重大隱患始終沒有解決，這就要求我們組織力量盡快查出問題根源，根治缺陷。 但是在問題沒有最終解決之前，我們不能坐以待斃，等著出了事之后再想辦法，而是應該有所行動，不遺余力地完善改造方案，讓機組更可靠。