主泵換型后對電廠運行可靠性研究

李小鳳 李 靜 劉成俊 曾衛新 蔣曉煒

（1.中核核電運行管理有限公司 二廠，浙江 海鹽 314300；2.中核集團 海南核電有限公司，海南 海口 570105）

0 概述

海南昌江核電1、2號機組設計是以秦山二期1、2機組為參考電站，其主泵采用德國KSB公司生產的RSR750型主泵。KSB也是為中國第一座核電站（秦山一期）提供主泵，RSR750型主泵與參考電站所采用的日本三菱100D型主泵在結構、控制原理、輔助系統、聯鎖控制、保護、安全分析等多方面都有很大區別。在廠房土建結構、一回路系統、相關輔助系統、運行參數幾乎與參考電站相同的前提下，本文從運行的角度分析了主泵換型后對運行方面的影響。

1 RSR750型主泵與參考電站主泵重要參數對比

1.1 設備本體及系統—總體參數

表1

1.2 設備本體及系統—密封部分

表2

1.3 設備保護停運信號對比

表3

2 主泵換型后對運行可靠性的影響

從上面的對比分析中我們可以看出，主泵的總體性能參數基本沒有什么大的變化，但由于其內部結構的變化導致其控制邏輯有了較大的變化，最明顯的就是其自動停泵信號增加了很多，這樣勢必會帶來主泵運行可靠性的降低。下面就從這些邏輯變化，來談談對運行可靠性方面的影響:

2.1 主泵可控泄漏流量低低或高高跳泵信號對運行可靠性的影響

KSB RSR型反應堆冷卻劑泵，采用三道密封系統密封泵軸(如圖所示)。通過RCV軸封管線注入密封水。三道流體動力型密封按順序安裝，上部裝有停機密封。反應堆冷卻劑系統壓力通過控制與軸的密封部件一體的旁路系統的泄漏量逐級降低到容控箱的壓力。通過軸封簡圖我們可以看出:海核主泵取消了3#軸封立管；三級密封串級布置，通過節流孔板減壓形成每級軸封壓力的變化，最終通過3號軸封的可控泄漏和無壓泄漏兩個通道將泄漏流引出（原先參考電站為一級密封引漏至RCV，二級、三級引漏至RPE）。影響主泵可控泄漏流量變化的因素有哪些呢？

圖1

＞RCV088/089VP可控泄漏隔離閥的關閉 (自動關閉信號來自于安全殼隔離信號－CIA）

＞RCV002BA背壓的變化

針對第一中情況，主要發生在CIA的時候，由于參考電站主泵軸封結構不一樣，未設置軸封泄漏流量異常和溫度高跳泵信號，故在發生CIA時主泵不會因為回水管線閥門RCV088/089VP的隔離導致主泵的跳閘，只要軸封溫度，注入水流量，主泵振動、軸承溫度等參數正常，主泵仍可以保持運行。而海核的主泵設置了軸封可控泄漏流量低停泵信號，可以預見的是，若發生SI時則可能導致兩臺主泵停運，一回路進入自然循環階段。發生安注時意味著機組進入了事故工況，主泵的停運勢必對機組狀態的后撤產生很大的影響（自然循環狀態下機組最大只能以28度/小時速率降溫；而有主泵時可以達到56度/小時）。尤其是在發生SGTR（蒸發器傳熱管破裂事故）時保持主泵的運行尤為關鍵。根據設計院的資料，按照一根傳熱管剪切斷裂來計算，壓差在7MPa時的泄漏量在100t/h，也就是說在發生SI后1.75h內不采取任何措施的情況下蒸發器將被灌滿。從這個數據可以看出，在發生傳熱管破裂事故時若不盡快降溫降壓，蒸發器很容易就被灌滿，一回路放射性很可能被排放到環境中。

通過上面描述可以看出，由于增加了可控泄漏流量低停泵問題，導致運行人員對機組狀態的控制發生了較大變化，因此有必要對此CIA的設置進行優化，有幾種方案建議:

＞RCV088VP上游 （殼內）加一個管線 （引至卸壓箱）和閥門***VP，當CIA出現時關閉088、089VP,同時打開***VP保證可控泄漏流量，不會停運主泵。

＞海核現有邏輯保持不變，發生CIA時只用安全閥RCV252VP來保證可控泄漏流量，保證不停運主泵。

＞按福清的方案延時10min，只在發生CIB時使用RCV252VP，從而保證主泵的運行。

圖2 福清改造方案邏輯簡圖

針對這幾種方案，我們和設計院進行了討論，并經設計院計算后最終制定了如下方案:參照福清方案，但取消10min延時，理由如下:

1）經 NPIC 計算，主泵停運后 DNBR 值在（要求大于1.45）2.5 左右（余量挺大），對于CIA改成CIB后對堆芯的影響可以不用考慮。由于安全殼噴淋后主泵電機強制運行10min沒有依據，不建議延時10min。

2）軸封回水隔離閥關閉，主泵可運行5min的保證，其前提是環境溫度正常。若環境溫度變化，廠家無法保證主泵能正常運行。

針對第二點，容積控制箱RCV002BA背壓的變化影響因素，涉及我們運行的主要的操作有:RCV002 BA吹掃；執行PT RPA/RPB016(RIS012/013VP開啟試驗)等。為此，我們應該在這些影響RCV002BA的背壓的操作規程中增加注意事項，要求操縱員嚴密監視主泵可控泄漏流量的變化，操作過程中盡量緩慢，否則存在主泵誤跳閘風險。

2.2 主泵飛輪2取1信號停運主泵信號對運行可靠行的影響

海核主泵增加了主泵飛輪位置異常（2取1信號）信號，產生主泵停運信號。若主泵飛輪供電開關異常或限位開關故障等，就容易引起主泵跳泵，從而引發停堆。2取1這種情況誤動率較高且誤動停泵后不利于反應堆余熱的排出。因此從運行可靠性的角度出發，有必要對此停泵信號進行改進。

飛輪異常的原因主要是由于主泵轉速超速而引起，根據KSB回函描述:“1E級速度測量表量程為2000rpm，但是飛輪設計在主泵轉速為2500rpm時掉下。”，1E級速度測量表的物理量程為2000rpm，查定值手冊RCP140/141MC實際使用量程為0－1800rpm，那么使用比1800rpm低的一個轉速值（如1750rpm）加到飛輪位置異常邏輯中，這樣即可以防止誤動，又可以防止拒動，提高了主泵運行的可靠性。

因此建議修改為:飛輪位置異常二取一 （RCP120SM(L20)或121SM(L21)異常）與主泵轉速高二取一(RCP140MC或141MC轉速高)同時存在時再跳泵。具體修改邏輯見圖3所示:

圖3

這里的RCP140/141MC可以設定一個比1800rpm低的一個轉速值（如1750rpm）加到飛輪位置異常邏輯中。相當于飛輪位置異常二取一，主泵轉速也是二取一，若這兩個信號同時存在停運主泵。

這樣修改的原因:

1）完全可以避免飛輪位置限位單純故障而引發的誤動作導致的停堆。另外任何一個限位異常還能觸發報警，主控操縱員可通過轉速、主泵電流等看飛輪是否異常。

2）飛輪異常的原因主要是由于主泵轉速超速而引起的，所以加入主泵轉速高信號也更能及時準確的反應飛輪是否異常。另外單純轉速高也不會引起誤跳泵。

3）解決了RCP120/121SM需增加不間斷供電的問題。原設計這兩個限位開關由LNE供電，若LNE局部失電就會導致主泵停運，不得不考慮后備的并且是可連續切換的電源。按此修改后RCP140MC是由LNA供電，而RCP141MC是由LNC供電，即使LNE失電也不會引起主泵停運。

2.3 RRI151/153MD流量高信號對主泵運行可靠性的影響

根據目前的主泵跳閘信號分析，RRI151/153MD產生如下主泵停運信號:

＞RRI側流量高 （26m3/h）隔離高壓冷卻器的 RRI225VN和RCP171/172VP(針對 RCP001PO)信號（無延時）

＞RRI流量高（26m3/h）直接跳主泵信號（無延時）

＞高壓冷卻器設冷水流≤5m3/h，且密封注入水流量≤0.5m3/h

設置高壓冷卻器RRI流量高隔離RRI側和RCP側的目的，主要是針對在發生高壓冷卻器冷卻盤管有破口時，防止高壓的冷卻器流向RRI側，由于RRI側設計成不承壓管線，為防止大量冷卻劑流失，將兩側流體的閥門實施隔離。跟據參考電站秦山二期實際機組的反饋，在進行RRI泵倒列期間經常會觸發流量高信號，導致RRI225/226VN關閉（觸發此高信號是短時的）。針對此問題秦山二期進行了原因分析，儀控反饋可能原因為RRI倒列期間由于兩側壓差短時的變化導致變送器輸出增加。因此秦山二期RRI倒列操作中增加了切換前將RRI225/226VN置于手動的操作，防止閥門誤關閉，倒列完畢后才將RRI225/226VN置于自動。而目前海核的主泵停運邏輯中（以RCP001PO為例）只要RRI151 MD流量高信號觸發就會導致RRI225VN關閉，RCP171/172VP關閉，主泵會因為可控泄漏流量低或者軸封注水流量低+高壓冷卻器RRI流量低停運。可以預見的是，此停運信號的存導致主泵誤停運的風險大大增加，其運行的可靠性得不到保證。

另外，在參考電站中由于未設置主泵高壓冷卻器的相關保護，所以機組若處于功率運行期間發生LHA/LHB單母線失電，機組不會因此而停堆。根據參考電站的故障規程，立即需要操作的是，將失電的應急母線段相關運行設備倒列到有電列，并將充電器進行切換至正常供電段。隨后的穩定操作根據應急母線段的恢復時間來決定是否機組是否退防。而在海核機組上由于存在高壓冷卻器的相關保護，若當時RRI和RCV泵處于同列運行且對應的6kV應急母線失電時，則反應堆會因為高壓冷卻器RRI側流量低+軸封注入水流量低信號而停堆。雖然主控操縱員執行DEC后可以引導到ILHA/LHB001中，但由于目前的判據中存在主泵運行的判別，則最后操縱員會被引導到I4A/I4B（廠外電源喪失且A/B列柴油機不可用）中，使故障處理復雜化（因為實際是上游LGC/LGD母線是有電的）。

圖4

針對這些情況，從保證設備可靠性的角度出發，我們建議:

（1）由于參考電站出現流量高信號為短時信號，若在海核的流量高信號中加上適當延時，則可以避免因為儀表故障或者倒列操作時的瞬態引起的不必要的主泵停運和反應堆停堆。另外根據目前的模擬圖知道RRI151/153MD為NC設備，其供電電源應為LNE供電，可靠性不高，建議將RRI151/153MD改為級別更高的供電電源，保證流量計的可靠運行。

（2）針對在實際的機組運行過程中盡量安排RCV泵的運行列和RRI泵的運行列相反（RCV泵和RRI泵都分為A/B列），換句話說若RRI A列在帶負荷，則安排RCV泵B列運行，實際操作過程中運工可以根據定期切換周期的觸發時間來錯開安排RCV泵和RRI泵的運行。若期間碰到RRI泵有檢修，RRI會切換到另外一列運行，則運工可以根據實際情況調整RCV泵的運行時間，保證和檢修列同列即可。在此基礎上建議將ILHA001/LHB001規程的判據進行修改，增加“反應堆是否已停”堆判據，若已停堆則進行停堆確認操作，同時二回路操縱員需增加“是否已停機”判據，若已停機則進行停機后的確認操作。同時上面提到的主泵是否運行判據，個人認為可以取消，否則進入I4A/I4B后規程只能參考執行，不能完全執行，增加執行難度。

3 結論

通過上面的分析我們可以看出:由于主泵的換型，邏輯的變更，導致主泵運行的可靠性大大降低，給機組的運行帶來很多影響。基于目前海核仍處于建設階段，一方面，我們需要積極與設計院溝通，從設計上進行優化，以提高我們運行的可靠性；另一方面，根據目前主泵相關的設計變更，將我們的運行規程和事故規程進行升版，同時針對主泵的設計變更，對操縱員實施專項的培訓和訓練，以達到更好的控制機組狀態。