電動給水泵軸承溫度保護邏輯方案研究

楊洪波　吳煥云　李振鵬

摘 要：給水泵的可靠性對于核電機組的安全穩定運行有著重要的影響。鑒于國內尚沒有針對核電廠給水泵軸承溫度保護方面的標準和規范；與此同時，根據在役核電廠的經驗反饋，軸承溫度測點有必要進行優化以進一步提高給水泵的可靠性。該文通過對于給水泵軸承溫度保護方案的研究，特別是測點誤動作的原因、測點的設置、測點邏輯處理等方面進行分析，并結合水泵行業以及核電廠的數據，得出適合核電廠給水泵軸承溫度保護的優化方案，旨在為后續項目給水泵軸承溫度保護方案提供指導，提高給水泵的可靠性。

關鍵詞：給水泵 溫度測點 軸承

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0053-02

電動給水泵對核電廠的安全運行具有重要作用。該文著重對軸承溫度保護邏輯方案進行研究，從定性和定量角度析軸承溫度保護邏輯方案，并給出適合核電廠的電動給水泵軸承溫度保護邏輯方案。

1 電動給水泵系統介紹

1.1 系統功能

核電廠給水系統的主要功能是在不同工況下向蒸汽發生器提供滿足要求的給水。

電動給水泵為給水提供動力以滿足核島蒸汽發生器的壓力要求。該系統功能是配合給水流量調節系統，將除氧器中的水抽出、加壓、并經過高壓給水加熱器送到蒸汽發生器[1]。

1.2 系統組成

典型核電廠電動給水泵由前置泵、電動機、液力耦合器或齒輪箱、壓力級泵組成。

2 電動給水泵保護邏輯方案概述

根據電動給水泵的構成，結合國際上主流給水泵制造商的原始設計方案，電動給水泵保護一般包括以下幾類：

①水泵本體的保護；

②電機本體的保護；

③液力耦合器或齒輪箱的保護；

④來自與其他信號的保護。

給水泵制造商從自身角度考慮，一方面盡可能減少溫度測點的設置，以降低成本；另一方面，溫度測點的基本上均設置成單點跳泵信號。根據在建CPR1000機組統計，給水泵軸承溫度信號所引起單點跳泵約占到給水泵所有跳泵信號總數的70%。

此外，根據經驗反饋，給水泵原始保護邏輯方案不盡合理，主要表現在：①原始軸承溫度保護邏輯方案單點跳泵信號過多，增加虛假溫度信號導致給水泵誤動作的風險；②對于重要位置，如推力軸承測點數量偏少。

3 給水泵軸承溫度保護邏輯方案分析

溫度保護作為熱工自動化的重要部分，電動給水泵設置軸承的溫度保護。但在實際過程中，可能由于測溫元件故障造成被測溫度突然升高。對于單個溫度測點就觸發跳泵信號的保護邏輯方案，這種溫度突然升高可引起給水泵誤跳閘，進而可能影響機組的穩定運行。

3.1 溫度保護邏輯方案的定性分析

熱電阻是利用金屬導體電阻隨溫度而變化的原理制成的。溫度上升和下降的變化是一個連續的且變化小的過程。

當熱電阻斷線以及接線端接觸不良時，其接觸電阻會增大，對于保護來說其溫度會發生突然的升高，導致保護動作。根據以往工程經驗，工程上時有虛假的、不符合實際的信號產生。

因此，從定性分析角度來看，單個溫度測點虛假信號的產生對于設備本身而言更為有利，但對于全廠的可利用率可能會有影響。因此，溫度保護邏輯方案需要綜合考慮設備安全、電廠可利用率、投資等因素進行決定。

為盡可能避免上述虛假信號的產生，工程上可通過兩大類處理方式：①改變溫度信號的最終導向，即把溫度信號修改為僅用于報警、顯示，而不進行相關的邏輯控制；②處理溫度測點產生的信號，即通過一定的處理方式對于溫度信號進行處理，盡可能規避虛假信號產生的，處理方式主要包括：增加延時環節、增加延時和壞點檢查、增加速率閾值[2]、采取冗余配置并進行邏輯運算。

結合工程經驗，優先推薦采用改變溫度信號導向以及冗余配置加邏輯運算的方式來避免虛假信號的產生。

對于改變溫度信號導向的方式，核心的問題是確定可以采取這種方式的范圍，通過與制造商進行交流、比較國內外核電項目的具體工程方案、結合核電機組的運行經驗，對于給水泵徑向軸承，推薦采取改變溫度信號導向的方式，即徑向軸承的溫度信號僅用于報警即顯示，不作為給水泵跳泵信號。

此外，對于推力軸承，推薦采用冗余配置加邏輯運算的方式進行處理，下文從定量的角度對該方式進行分析。

3.2 測點冗余設置的定量分析

給水泵推力軸承一般包括數塊扇形的瓦塊，呈分散分布，根據給水泵制造商的反饋，給水泵推力軸承單側（內側或是外側）安裝的溫度測點不宜超過3個。下面對3個以內的溫度測點的不同邏輯運算進行進一步分析。

邏輯系統故障模式有兩種，拒動故障和誤動故障，前者是指邏輯的某些輸入通道存在拒動性故障而可能引起邏輯的拒動性故障，這是一個危險性故障，將導致不能正常啟動保護動作；后者是指某些輸入通道產生虛假信號而引起邏輯的誤動性故障，將導致保護誤動作，降低了電廠的可用性。

通過邏輯運算可知，三取二邏輯運算在拒動和誤動方面都有相對較低的概率。

4 給水泵軸承溫度保護推薦方案

4.1 推薦方案描述

綜上所述，對于給水泵徑向軸承，溫度測點僅用報警，不進行邏輯控制，考慮到在線檢修的需要，設置1個測點，配置雙支熱電阻；對于給水泵推力軸承，在推力軸承的內側及外側，分別設置3個測點，并進行三取二邏輯運算后得出最終的輸出信號。

4.2 推薦方案可行性分析

4.2.1 徑向軸承方案分析

對于徑向軸承，給水泵徑向軸承溫度高通常在缺少潤滑油的工況下發生，由于給水泵配有專門的潤滑油系統，潤滑油系統具有主油泵、輔助油泵，此外潤滑油系統還設置潤滑油壓力低的保護，能保證給水泵運行時徑向軸承得到良好的潤滑，徑向軸承溫度較為可控。即便出現潤滑不暢的情況，徑向軸承溫升速率也比較小。將該保護邏輯修改為報警，適當地降低報警溫度，在報警信號發出后，操作人員可及時進行必要的處理。

關于徑向軸承溫度測點的設置，由于徑向軸承測點數量較少，目前的徑向軸承較為容易布置，在DCS中也較為容易實現報警功能。因此，徑向軸承修改為報警的方式在技術上是可行的。

4.2.2 推力軸承方案分析

對于推力軸承，由于轉子推力盤與轉子軸心線的垂直度誤差，會造成推力軸承的部分軸瓦受力大；如果軸瓦平面度不好，其偏差超過了最小油膜厚度，將會破壞軸瓦與推力盤之間的油膜；若軸瓦安裝的相對高差大，也會導致部分推力瓦受力大。推力軸承一旦磨損，溫度上升速度較快，若不設置自動停泵，可能會損壞給水泵相關設備。

同時，在DCS中，應用三取二邏輯運算的系統很多。因此，推力軸承同時進行三取二運算也是可行的。此外，火力發電廠的鍋爐給水泵相關標準對于軸承溫度測點也推薦采用三取二冗余配置[3]。

5 結語

對于核電廠電動給水泵軸承溫度保護邏輯方案，徑向軸承推薦設置單個溫度測點，且配備雙支熱電阻；推力軸承推薦每側均設置3個測點，并采用三取二邏輯運算。從技術角度看，這種方案既可以保證給水泵設備本體的安全，也可以提高系統乃至機組的可靠性；從經濟角度看，相比較給水泵制造商的原始方案，僅增加了數個熱電阻，投資費用并未大幅提高。

參考文獻

[1] 陳濟東.大亞灣核電站系統及運行[M].北京：原子能科學技術，1995.

[2] 李威.電動主給水泵溫度保護邏輯的優化[J].沿海企業與科技，2010（10）：105-106.

[3] DL/T 592-2010，火力發電廠鍋爐給水泵的檢測與控制技術條件[S].2010.