吕建超 王田志 杨连波

摘 要

向蒸发器供水的APA系统具有一套复杂的调节系统，由于APA泵采用变转速的液力耦合器控制，因此它的稳定对机组的运行起着重要的作用，控制不当或者运行不稳定将直接导致蒸发器水位异常进而导致汽轮发电机组停机，甚至导致反应堆停堆。借此通过秦山二期扩建机组运行以来发生的APA泵的控制电源引起的瞬态事件，并结合秦山二期扩建机组APA泵控制电源的改进，本文提出扩建机组APA泵控制电源存在的问题及建议采取的措施，对机组的安全运行有很大的指导意义。

关键词

主给水泵;控制电源;备用;RUNBACK信号

中图分类号： TM621                     文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 75

0 前言

主给水泵系统由三台并联的50%容量的电动泵组构成，正常时两台运行，一台备用。给水泵组的转速控制系统能够保证蒸汽发生器给水母管和蒸汽母管之间的压差等于一个随负荷变化的整定值，以维持给水流量控制系统调节阀前后的压差恒定，从而消除了两台蒸汽发生器之间给水耦合影响，满足蒸汽发生器给水流量要求，且在保证给水流量的前提下，使并联运行的电动泵的流量合理分配，并具有一定的裕量。

三台电动主给水泵的转速均由DCS控制。由高压加热器出水母管实测值与蒸发器出口蒸汽母管压力整定值之差（Pd）信号，作为主给水泵液力耦合器勺管的主控制信号，给出的是4-20m A的设定值改变可移动的勺管的位置来改变油腔室内油膜的厚度，到达改变电动给水泵的转速。

输出速度的改变是由过程控制器向VEHS定位控制装置输出给定（信号），即 “最大输出速度”（100%）定位控制回路将“由位置传感器测出的勺管位置实际值”与过程控制器的“设定值（信号）”进行比较。信号差值通过磁力控制器对4/3位阀的控制销进行操作。由于控制销的位置变化，控制油流进和流出双向勺管定位液压缸的流量也会产生相应变化，从而使主给水泵转速发生变化，满足供水需要。见下图1。

1 主给水泵液力耦合器控制电源失电导致瞬态事件

秦山二期扩建机组的APA泵的液力耦合器控制电源原设计是：APA A泵和C泵的液力耦合器控制电源由LNQ经KCO 050AR单路供电，B泵液力耦合器控制电源由LNR经KCO 051AR供电，见下图2。

实际运行过程中曾发生过上游电源逆变器故障，及更换APA110MV振动探头的卡件等，导致机组停机停堆事件发生。虽然在此期间进行过逆变器电源改造及下游电源改造等，APA泵液力耦合器的控制电电源供电可谓安全可靠，但是仍存在一些会导致APA泵无出力的情况发生的隐患。比如液力耦合器供电的二极管模块向下游供电线路故障，二极管卡件模块本身故障，勺管本身控制系统故障等，仍存在导致机组瞬态时发生事件，为此建议以下改进。

2 优化改进建议

2.1 改进主给水泵跳泵逻辑

秦山二期扩建机组的常规岛厂变的容量从42MVA提升到50/25-25MVA，不再受“同一条母线不能同时运行两台主给水泵”的限制，从这些考虑两台APA泵运行时可以随便备用。但是仍然不允许同时启动两台主给水泵，否则将导致6KV母线侧的正常电源进线开关跳闸，因此不允许在一台主给水泵运行的情况下，将其他两台泵同时置于“备用”状态。

秦山二期扩建机组的APA泵的备用逻辑是主给水泵A、B可备用于任意一台主给水泵，而LGA6/LGB4分别备用于A泵和B泵。可考虑在高功率下增加主给水泵运行时连锁低流量启动备用泵的信号。由于运行泵的液力耦合器丧失出力，但开关柜仍是处于合闸状态，不会触发机组大于50%负荷时，只有一台主给水泵运行的RUNBACK信号，通过这样的逻辑设置，可以完善运行泵无出力未跳闸的丧失给水流量的事件。

关于主给水泵低流量保护，可考虑如下设置：汽机功率大于某定值（如55%Pn），运行的主给水泵流量小于某定值（如800t/h），延时一段时间（如2s）则启动备用泵。如下图3。

以上逻辑中定值选择依据：

汽机功率定值Ps的选择，应该满足机组高功率期间发生运行泵低流量故障时能保护。秦山二期扩建机组主给水泵的额定流量为2150t/h，此值对应到单台蒸发器的给水为1075t/h，核算到对应于二回路的负荷大约55%Pn，因此在負荷低于55%Pn时，这样即使出现备用的主给水泵启动没有流量出力，一台主给水泵也能维持两台蒸发器给水的需要。若在汽机功率大于55%Pn，则发生一台主给水泵液力耦合器故障的情况下，单台主给水泵给2台SG供水会导致主给水泵超流量，比如在发生单台主给水泵的补给水流量曾达到2700t/h，主给水泵是超负荷运行的，因此建议要快速降功率，避免超流量超负荷运行。综上汽机功率定值Ps取55%Pn比较合理。

主给水泵低流量定值Qs选择，是为了保证在发生丧失液力耦合器电源时有必要启动备用的主给水泵，从而保证及时供给给水，避免会因丧失给水导致的蒸发器水位低停堆。对于流量定值的选择应满足此时的再循环阀处于关闭状态，而二回路第二台主给水泵的启动是在大约250MWe 启动，此时对应二回路负荷大约37%Pn，单台APA泵供水流量为1455t/h，当两台APA 泵运行时每台APA泵的供水流量为728t/h，低流量定值Qs取728t/h-1075t/h区间，取900t/h比较合理。

流量低采用了三取二的符合逻辑和延时环节定值选择，避免流量计的误动和流量瞬时波动导致误启备用泵，同时延时定值不能太大否则无法备用启动，取2s比较合理。由于流量低采用了三取二的符合逻辑且与汽机功率和主给水泵运行有连锁，该逻辑误动概率较低。风险是误启动备用泵，导致给水泵出口压力上升，给水阀关小。此时操纵员可以手动减少误启动泵的出力最后停泵，相对备用泵无法启动的风险来讲要小得多。

备用主给水泵增加低流量信号启动后，可以覆盖高功率下各种因素导致液力耦合器失去出力导致低给水流量情况，当然也包括运行泵跳闸后启动备用泵。因此这也是现有主给水泵跳泵逻辑启备用泵的补充保护，经完善后的主给水泵备用泵启动逻辑设计类似于核岛设备冷却水泵备用泵的电气启动和物理启动。

2.2 改进主给水泵的跳闸逻辑

二厂主给水泵跳泵逻辑主要基于保护泵本体设备安全而設计， 除反应堆保护跳泵以外， 并未考虑其他特殊情况下来自工艺系统的跳泵需求， 备用主给水泵的自动联锁启动条件为运行泵意外跳闸。

正常运行时， 主给水泵转速由液力耦合器勺管控制、若液力耦合器勺管控制装置意外故障失速， 主给水泵出力丧失， 其联通管流量骤降。由于主给水泵仍处于合同状态，备用泵无法自动联锁启动。在机组满功率运行其况下， 该瞬态将严重威胁反应堆、蒸汽发生器、主给水等系统和设备的正常运行， 可能导致停机停堆事件。

增加主给水泵流量异常下降跳泵逻辑：当主给水泵实际出力大于设定值1500t/h后（3、4#机组约80%负荷时对应的主给水流量值）， 如果7秒时间内流量由1500t/h突降至400t/h以下， 触发跳泵信号。3号机组3台主给水泵都已实施。逻辑如下图。

2.3 二回路RUNBACK信号的改进建议

二回路的RUNBACK信号是负荷大于50%Pn功率（汽机功率320MW）时只有一台主给水泵运行，延时2秒机组将以100%Pn/min速率降负荷到50%Pn以下或者直到启动另外一台主给水泵运行。

在满功率运行时，若运行的一台主给水泵或者和处于备用的泵的液力耦合器的勺管出现故障时，而故障的主给水泵没有电气跳闸，导致二回路的Runback信号无法发出，使机组丧失自动调节干预的最佳时机。

在更换APA110MV前置器的卡件中由于机组功率大于50%Pn（实际满功率），当时两台主给水泵的运行，另外一台运行的主给水泵APA A泵无出力供水，很明显是要求机组要及时甩负荷的，但没有甩负荷信号这是不合理的。建议二回路RUNBACK信号进行改进。

在实际机组满功率时两台主给水泵的运行发生一台主给水的丧失给水，而另外一台主给水泵的给水流量曾达到2700t/h，这一流量大概满足机组69%负荷的给水流量，在满功率甩负荷到69%Pn时以下，大约需要18.6s+5s=23.6s（按照100%Pn/min甩负荷到69%Pn用时18.6秒，RUNBACK信号延时5秒），而甩负荷到50%Pn以下时需要35秒左右。在事件中，机组发生故障到停机停堆这样短时间段内（82秒），50%Pn两台蒸汽发生器的供水单台主给水泵完全可以满足。可考虑机组的RUNBACK信号增加为任意两台运行的主给水泵中一台在功率大于Ps时发生低流量Qs时就触发机组的Runback，作为甩负荷信号的补充。该信号与备用泵启动停止RUNBACK信号不冲突。如下图

3 结论

针对秦山二期扩建机组主给水的液力耦合器的电源失电导致的停机停堆事故，本文通过三种不同的方式进行理论分析优化，提出针对目前的液力耦合器的上游双路供电的情况下，可以避免下游供电共用线路故障如二极管模块卡件故障导致主给水泵丧失给水的事件发生。对于提出的增加跳泵逻辑，目前机组上已经实施，将有效地避免机组瞬态。

参考文献

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