秦二廠主給水泵液力耦合器電源改造運(yùn)行分析及問(wèn)題探究

張朝陽(yáng)

（中核核電運(yùn)行管理有限公司運(yùn)行四處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦二廠3、4 號(hào)機(jī)自商運(yùn)以來(lái)，由于主給水泵液力耦合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)失電造成的事件有四起，三起導(dǎo)致停機(jī)停堆，一起因技術(shù)改造未造成瞬態(tài)，但頻度之高，后果之嚴(yán)重，讓我們不得不重新審視和思考，設(shè)備是不是真的就可靠了。 本文將對(duì)之前發(fā)生的歷次事件進(jìn)行回顧，從個(gè)人的角度針對(duì)現(xiàn)階段存在的問(wèn)題，提出一些意見(jiàn)和建議，希望可以引起更多的關(guān)注。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)述及原理介紹

1.1 主給水系統(tǒng)簡(jiǎn)述

主給水泵系統(tǒng)由3×50%容量的電動(dòng)泵組構(gòu)成，正常時(shí)兩臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)自動(dòng)備用，在各種周波電源條件下，在反應(yīng)堆額定熱功率范圍內(nèi)，通過(guò)電動(dòng)給水泵的調(diào)速，向蒸汽發(fā)生器供水。

每臺(tái)主給水泵由前置泵、壓力級(jí)泵、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、液力耦合器及增速齒輪箱、與電動(dòng)給水泵相關(guān)的系統(tǒng)、最小流量系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)組成。正常運(yùn)行過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)小軸驅(qū)動(dòng)前置泵，而另一端驅(qū)動(dòng)液力耦合器和增速齒輪箱間接驅(qū)動(dòng)壓力級(jí)泵， 前置泵的額定轉(zhuǎn)速由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)決定，兩者同為1496 r/min，而壓力級(jí)泵則根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)通過(guò)液力耦合器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

1.2 液力耦合器的構(gòu)造及調(diào)速原理

液力耦合器是由Voith turbo 制造， 型號(hào)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(jī)構(gòu)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(guò)變速齒輪箱與電動(dòng)機(jī)相連接，二次軸與壓力級(jí)泵相連接。 一次渦輪、二次渦輪和聯(lián)軸器殼構(gòu)成了工作腔。 勺管和勺管套與液力聯(lián)軸器是一個(gè)整體。 二次軸支承在勺管套上。

電動(dòng)機(jī)通過(guò)接觸式撓性聯(lián)軸器將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能傳遞給齒輪液力聯(lián)軸器， 再通過(guò)增速齒輪傳遞給一次渦輪，一次渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使工作油被加速，機(jī)械能被轉(zhuǎn)化為工作油的動(dòng)能，二次渦輪（相當(dāng)于透平的功能）吸收了工作油的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能， 并通過(guò)接觸式撓性聯(lián)軸器將能量無(wú)級(jí)地傳遞給壓力級(jí)泵。 工作油通過(guò)油循環(huán)閥進(jìn)入工作腔，由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心作用，在工作腔內(nèi)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)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(shí)也決定了工作腔內(nèi)的油環(huán)厚度。 因此，對(duì)壓力級(jí)泵的無(wú)級(jí)調(diào)速可以通過(guò)控制勺管實(shí)現(xiàn)。

2 事件介紹及改造的運(yùn)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(dòng)關(guān)機(jī)，致使整個(gè)配電盤失電。 機(jī)組設(shè)計(jì)液力耦合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)失電后，勺管直接插到0%，泵的轉(zhuǎn)速降為0，同時(shí)失去出力。備用的主給水泵C 和正在運(yùn)行的A 泵液力耦合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)失電，而C 泵在手動(dòng)啟動(dòng)后也因勺管無(wú)電不能正常帶負(fù)荷輸出流量，最終導(dǎo)致SG 水位低低停堆。

正常運(yùn)行時(shí)，A、B 泵保持運(yùn)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(jī)構(gòu)電源技改到LNR 下，以保證LNQ 失電時(shí)，正在運(yùn)行的B 泵不受影響，備用的C 泵可以正常帶負(fù)荷。 7月技改方案完成，因無(wú)窗口暫未實(shí)施。同年10月，3LNR 卡件故障失電，正在運(yùn)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(guò)檢修電源對(duì)勺管驅(qū)動(dòng)電源雙路供電，并實(shí)施運(yùn)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(diǎn)接地，對(duì)接地線重新接線，拆除了供數(shù)據(jù)下載，在UPS 運(yùn)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(shí)發(fā)現(xiàn)失電問(wèn)題，2013年3月技改增加了主給水泵轉(zhuǎn)速控制柜電源異常報(bào)警。

2.2 更換主給水泵振動(dòng)探頭事件回顧及分析

2014年，維修更換振動(dòng)探頭時(shí)接線錯(cuò)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(yùn)行人員及時(shí)干預(yù)，未造成后果。 改造前控制柜內(nèi)控制信號(hào)和報(bào)警信號(hào)共同供電，當(dāng)報(bào)警模塊出現(xiàn)故障或短路時(shí)，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(yùn)信號(hào)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(bào)警模塊由增加的電源模塊取電，同時(shí)在新的電源模塊上游增加空氣開(kāi)關(guān)， 確保在下游模塊出現(xiàn)故障時(shí)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(wèn)題及改進(jìn)建議

液力耦合器在供電方面出了不少問(wèn)題，也做了不少改進(jìn)。 但現(xiàn)階段，還是存在一些問(wèn)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(jī)組大修，輪停A 列母線時(shí)，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(fù)荷如DCS 等重要負(fù)荷的供電安全性。 因此建議將LNQ 旁路進(jìn)線電源掛載到B 列380 V 配電盤。 通過(guò)系統(tǒng)手冊(cè)和電氣圖和配電盤實(shí)際考察，備用柜無(wú)論從單元模數(shù)還是負(fù)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(gè)不容忽視的因素。在對(duì)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(chǎng)控制柜溫度過(guò)高造成的。 且控制卡件與報(bào)警卡件位于同一個(gè)柜內(nèi)， 發(fā)生前述類似事件的風(fēng)險(xiǎn)較大。

建議柜內(nèi)設(shè)通風(fēng)扇， 增加柜子本身的排熱能力；將控制和報(bào)警卡件布置到不同控制柜內(nèi)，減少柜內(nèi)產(chǎn)熱。 同時(shí)，加強(qiáng)常規(guī)島廠房?jī)?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(jī)構(gòu)供電的最后一環(huán)——二極管直流切換模塊相對(duì)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(hào)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(diǎn)， 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(dòng)作原理如下： 當(dāng)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(dòng)四位三通閥門向右側(cè)移動(dòng)壓縮彈簧， 控制油進(jìn)入雙作用定位氣缸右側(cè)， 氣缸左側(cè)的控制油排出， 在兩側(cè)控制油的作用下， 氣缸活塞向左移動(dòng)， 在活塞的帶動(dòng)之下勺管向100%方向移動(dòng)， 此時(shí)反饋裝置向PID 控制器反饋信號(hào)，對(duì)勺管實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 在調(diào)小勺管開(kāi)度時(shí)，動(dòng)作相反。 當(dāng)勺管到達(dá)要求位置時(shí)，氣缸左右油路都不通，勺管穩(wěn)定在固定位置。當(dāng)勺管控制裝置失電后，處于壓縮狀態(tài)的彈簧推動(dòng)四位三通閥使氣缸左側(cè)進(jìn)油， 右側(cè)排油，勺管很快回歸零位，主給水壓力級(jí)泵將失去動(dòng)力。

建議在排油管線上增加一個(gè)電磁閥， 失電關(guān)閉，防止氣缸右側(cè)排油， 從而實(shí)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(gè)思路，可以借鑒國(guó)內(nèi)多家熱電廠的經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備整體進(jìn)行改造，將液力耦合器改造為高壓變頻器。 相較機(jī)械式的液力耦合器，變頻器不僅可減少電動(dòng)機(jī)在負(fù)荷頻繁變化中的損耗，也可以減少對(duì)廠用電系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)在保障設(shè)備及機(jī)組安全的同時(shí)，節(jié)省生產(chǎn)成本，為公司創(chuàng)造更多的利潤(rùn)。

實(shí)施思路是增加高壓變頻器， 保留原增速齒輪箱，通過(guò)變頻器調(diào)頻或增速齒輪完成主給水泵轉(zhuǎn)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(yùn)行時(shí)，將其勺管置于100%開(kāi)度不參與調(diào)節(jié)，變頻器進(jìn)出口開(kāi)關(guān)合閘，旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，變頻器調(diào)速。 當(dāng)變頻器檢修時(shí)，旁路合閘，進(jìn)出口開(kāi)關(guān)分閘，液力耦合器調(diào)速。

4 結(jié)語(yǔ)

主給水泵液力耦合器電源經(jīng)歷了數(shù)次改造，設(shè)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(méi)有解決，這就要求我們組織力量盡快查出問(wèn)題根源，根治缺陷。 但是在問(wèn)題沒(méi)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(yīng)該有所行動(dòng)，不遺余力地完善改造方案，讓機(jī)組更可靠。