核電廠汽動輔助給水泵轉(zhuǎn)速控制

肖東 福清核電有限公司

一、核電廠汽動輔助給水系統(tǒng)簡介

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，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臺電動給水泵以及2臺汽動給水泵。汽動輔助給水泵設(shè)計為應(yīng)對全廠失電工況，在全廠失電時，靠蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽動輔助給水泵運行，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。

汽動輔助給水泵的結(jié)構(gòu)為臥式兩級離心泵，由汽輪機驅(qū)動。設(shè)計為整體結(jié)構(gòu)，一端為汽輪機，另一端為水泵，中間為中央水室。中央水室部位配有轉(zhuǎn)速測量裝置、機械飛錘、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)過粗濾器、主汽門、調(diào)閥、蒸汽室、噴嘴組、動葉最后至排汽接管。汽動泵的汽輪機能在8.6MPa至0.76MPa的供汽壓力下運行，向蒸汽發(fā)生器提供給水。

二、汽動輔助給水泵轉(zhuǎn)速控制模式

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

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

2.在汽動輔助給水泵運行過程中，提供電子保護；

3.大流量限制功能。

汽動輔助給水泵的轉(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，505調(diào)速器輸出一個氣動信號。該氣動信號驅(qū)動氣動執(zhí)行機構(gòu)，來控制調(diào)節(jié)汽閥的開度，從而控制進入汽輪機的主蒸汽流量，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通過測量汽動給水泵出口的流量，將實時測量的流量信號與控制系統(tǒng)中設(shè)定的最大流量限制值進行比較，當(dāng)測量流量大于等于設(shè)定的最大流量限制值時，控制汽動給水泵的汽輪機進汽閥門，以關(guān)小進汽閥，降低汽輪機轉(zhuǎn)速，從而使汽動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到限制閾值時，輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機構(gòu)閥位限制器限制汽輪機轉(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輸出轉(zhuǎn)速的限制作用。當(dāng)流量達到大流量限制值時Woodard505立即由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制自動轉(zhuǎn)到輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)限制，直到流量回到限制值下時，Woodard505自動回到轉(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，轉(zhuǎn)速控制存在擾動，轉(zhuǎn)速波動較大，可能觸發(fā)超速保護動作。所以在進行超速試驗時為了避免觸發(fā)大流量限制，設(shè)置了專門的試驗按鈕，該按鈕允許在啟動汽動泵的同時保持給水泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，從而使汽動泵在小流量運行的條件下進行超速試驗。

三、汽動輔助給水泵超速保護

汽動輔助給水泵設(shè)置了兩類超速保護裝置：電子跳閘、機械跳閘。這兩種超速保護裝置通過釋放主汽門活塞右端腔室的蒸汽壓力來完成速關(guān)，從而安全停機。一級電子跳閘定值為額定轉(zhuǎn)速108～110%；機械跳閘定值為額定轉(zhuǎn)速的113～115%；二級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，當(dāng)達到設(shè)定的電子跳閘轉(zhuǎn)速時，電子跳閘信號被觸發(fā)，使得高溫高壓電磁閥通電打開，從而釋放主汽門活塞右端腔室的壓力蒸汽以達到停機。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“手動停機”按鈕，以便人工緊急停機處理。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電磁閥。

（二）機械跳閘原理

機械跳閘全部由機械結(jié)構(gòu)組成，主要包括機械飛錘和危急遮斷掛扣組件兩個部套。機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)機組達到機械跳閘轉(zhuǎn)速時，軸中的機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，復(fù)位桿旋轉(zhuǎn)落下，錐形閥中壓緊彈簧釋放，錐形閥打開，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。此外，就地還配有手動停機拍桿裝置。拍桿后，觸發(fā)器被頂起，掛扣脫開，主汽門快速關(guān)閉而停機。

機械跳閘動作后，需進行復(fù)位處理。復(fù)位分手動和電動兩種方式：手動復(fù)位，即為就地拉桿提起；電動復(fù)位通過就地控制柜或遠(yuǎn)程中控制室的“復(fù)位”按鈕，按鈕按下后，位于復(fù)位桿下部的一個電磁驅(qū)動器通電頂起，復(fù)位完成后斷電。

機組定期進行汽動輔助給水泵超速試驗，因機械超速試驗定值高于電氣超速一級定值，因此在進行機械跳閘試驗時需屏蔽一級電子跳閘，二級電子跳閘功能，作為機械超速的后備保護，防止機械超速未觸發(fā)時轉(zhuǎn)速過高產(chǎn)生飛車風(fēng)險。同時，為了保證盡量少的人員停留在泵所在房間，試驗時需要安裝遠(yuǎn)傳打閘裝置。