AP1000核電機組主泵運行特點分析

王大勇

摘 ? ?要：本文簡要介紹了三門核電AP1000主泵的結構、供電和控制，具體分析了AP1000主泵的運行特點，并討論了主泵的啟動和停運順序。

關鍵詞：AP1000;反應堆冷卻劑泵;變頻器

中圖分類號：TM623 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0100-01

AP1000核電機組的運行特點之一即為采用全密封式的反應堆冷卻劑屏蔽電動泵，從而消除了軸密封式主泵上可能發生的因軸封損壞造成冷卻劑泄漏的隱患。雖然AP1000主泵具有轉動慣性大、可靠性高、維護保養要求低的特點，但是由于如此大功率的屏蔽泵首次在核工業界應用，故AP1000主泵的制造、調試、運行、維修等相關技術一直得到業界廣泛的關注。本文將通過分析AP1000主泵及其變頻器的特性和技術要求，總結出AP1000屏蔽式主泵的運行特點，為AP1000主泵的安全穩定運行奠定基礎。

1 ?AP1000主泵結構介紹

AP1000主泵是一臺立式、單級離心泵AP1000主泵由水力部件、電機部件和其他部件組成，分別簡介如下：

（1）水力部件

主泵的水力部件主要包括泵殼和葉輪，用于提供冷卻劑流通的通道。

（2）電機部件

主泵屏蔽電機是單繞組、四極、三相、屏蔽套式感應電機，采用變頻器啟動和運行。變頻調速控制裝置降低了冷態工況時的電機功率，從而最大限度地縮短電機尺寸。

（3）軸承

主泵裝有三個軸承，兩個徑向軸承和一個雙向推力軸承，都在電機一側，軸承采用水潤滑方式。在泵啟停過程中和正常運行時，通過一回路冷卻劑冷卻軸承以保證軸承的壽命。

（4）屏蔽套

為將電機的定子繞組和轉子與一回路冷卻劑介質完全隔絕開來，設置兩個屏蔽套，即定子屏蔽套和轉子屏蔽套。正常運行期間定子屏蔽套內充滿氮氣，轉子屏蔽套外充滿與一回路壓力相同的冷卻劑，用來導出熱量和潤滑軸承。主泵電機的定子和轉子均密閉在耐腐蝕的屏蔽套中。

（5）飛輪

AP1000主泵屏蔽電機設置上下兩個飛輪，以增加主泵的惰轉流量。飛輪固定在屏蔽泵的主軸上，材料采用鎢合金，以在有限體積內實現高轉動慣量。

2 ?AP1000主泵供電簡介

AP1000四臺主泵分別由汽輪機廠房的四段中壓母線供電，每臺主泵配置一臺入口斷路器、一臺變頻器和兩臺串聯的1E級斷路器。主泵1E級斷路器是AP1000中僅有的1E級交流斷路器，以滿足主泵安全跳閘的要求。

在反應堆正常運行時，變頻器用于將我國的中壓50Hz電源轉變成主泵電機工作所需的60Hz交流電源;在反應堆升溫或冷卻過程中，變頻器提供低頻電源使主泵低速運行，以在反應堆冷卻劑溫度較低的工況下防止主泵超功率。

西屋推薦AP1000主泵配置的變頻器是西門子公司生產的WCIII-HA型高壓大容量變頻器，采用脈沖寬度調制（PWM）技術。變頻器主要包括以下設備：輸入隔離變壓器、功率單元、控制單元、冷卻單元等。輸入隔離變壓器用于將汽輪機廠房的中壓母線側電壓變換為二次側的18組低壓，每組低壓為一個功率單元提供輸入，每個功率單元都相當于一臺“交流-直流-交流”電壓型單相輸出的低壓變頻器，主泵變頻器的輸出電壓每相由6個功率單元串聯組成，三相共18個功率單元構成。

3 ?主泵斷路器的控制

主泵通過一臺入口斷路器和兩臺1E級斷路器與常規島中壓母線相連，其中入口斷路器用于正常的接通、斷開主泵和保護變頻器，1E級斷路器用于事故情況下使主泵可靠跳閘。

主泵斷路器既接收來自PMS和DAS的停運邏輯信號，也接受PLS的控制信號，其中入口斷路器接收來自DAS的主泵跳閘信號和來自PLS的主泵跳閘信號，并設置有與變頻器連鎖的信號：當變頻器完成預充電并且無變頻器故障信號時自動閉合入口斷路器;當變頻器出現故障時自動斷開入口斷路器。1E級斷路器只接收來自PMS的主泵跳閘信號。另外入口斷路器和1E級斷路器均接收電氣保護跳閘信號。

通過以上主泵斷路器控制方式的設計，不但可以保證在事故工況下主泵可靠停運，而且可以在變頻器故障時斷開上游入口斷路器，保護變頻器并防止主泵出現事故分析中未曾分析過的超速或低速運行工況。

4 ?主泵變頻器的控制

主泵變頻器有兩種控制模式：“gangcontrol”和“individualcontrol”。在“individualcontrol”模式下，每個變頻器設定值控制一臺主泵;在“gangcontrol”模式下，每個變頻器設定值同時控制四臺主泵運行。

為了避免主泵在其共振頻率附近長時間運行，同時也為了防止主泵出現事故分析中未曾分析過的超速或低速運行工況，主泵轉速設定值只能在0%、23.6%、50%、88%、100%五個離散的數值中選取。

5 ?變頻器的運行要求

為了防止中壓母線的突然加壓對變頻器單元中的電容器造成沖擊損壞，變頻器采用預充電技術，即在變頻器上游入口斷路器得電之前先利用其他電源來給電容器逐漸充電，充電完成后自動閉合中壓入口斷路器。

6 ?總 結

（1）AP1000屏蔽式主泵取消了潤滑油、頂軸油、軸封水等支持性系統，控制更加簡單，但是由于定子和轉子屏蔽套的使用導致傳熱困難，需要更加關注主泵的冷卻情況;

（2）AP1000屏蔽式主泵供電回路上串聯了一臺非1E級和兩臺1E級斷路器共3臺斷路器，這些斷路器分別執行不同的控制保護功能，在運行、維修等活動中需要關注3臺斷路器在電站不同運行工況下的狀態;

（3）主泵變頻器的使用雖然可以降低主泵的啟動功率，減少主泵的電機尺寸，但是主泵變頻器的可靠性直接影響主泵的運行。為此，運行人員不但需要在正常運行時關注變頻器的運行狀態，而且需要在反應堆啟動、反應堆停運或主泵停運、中壓母線快切等瞬態過程中加強對變頻器運行狀態的監視，以保證主泵的正常運行;

（4）AP1000主泵不設置防倒轉裝置，允許主泵在倒轉工況下連續運行。但此時應注意保證倒轉主泵的冷卻，并防止影響PRHRHX的運行。

收稿日期：2018-12-9