罗涛 徐莉丽
中国核电工程有限公司 北京 100840
摘要：方家山核电一号机组三台反应堆冷却剂泵在进行反应堆冷却剂流量惯性试验期间出现主推力瓦干磨并烧毁现象，同类核电厂主泵出现过类似工况，为保障主泵设备的安全运行及机组安全性，通过设计论证和计算，最终采用主泵顶轴油泵双电源切换供电改造方案，为后续核电设备供电改造积累了宝贵的经验。
关键词：顶轴油泵 双电源 改造
1．概述
方家山核电一号机组三台主泵为立式、单级、电动离心泵，带有三级可控泄漏轴封装置，正常运行时由上充泵提供轴封注水对轴封进行冷却和润滑。电动机空气冷却，顶部装有飞轮以增加转动惯量，在断电时可延长泵的惰走时间，以带出堆芯剩余功率。生产厂家由（奥地利）阿特列兹总包，电机为哈尔滨动力装备有限公司（哈动）生产，轴承箱为英国沃可砂公司生产，三部分在哈动进行组装与试验。受厂房设计布置的原因，阿特列兹厂家主泵由原典型设计四轴承改为三轴承，即电机和泵共用一个轴承。由于相对原来设计是一个新的设计，因此，主泵在工厂进行了全流量试验。
2．方家山核电主泵惰走试验
根据调试试验大纲的规定要求，主泵主要进行反应堆冷却剂流量惰走试验（TP 1 RCP 60），试验分为两个工况：
1）同时停运2号主泵和3号主泵，检查流量的下降情况。
2）同时停运三台主泵，检查流量的下降情况。
第一工况采取断开2号主泵和3号主泵的6.6KV电源中压母线供电开关（LGA001JA）的方式进行，第二种工况采取断开500kv开关的方式进行。
主控操作人员指令断开1LGA001JA母线使2号和3号两台主泵停运，顶轴油泵也同时失去电源，因为主泵停止之后，顶轴油泵随之停止，主泵油系统失去强迫循环，两台主泵的主推力瓦温度升高达到89℃左右开始缓慢下降。
两台主泵1RCP001PO/003PO惰走完毕后，恢复电源，按照调试规程步骤确认2号主泵启动条件满足，先启动顶轴油泵，此时主推力瓦温度为80℃左右。
启动2号主泵，主推力瓦温度先下降至76℃左右，然后缓慢上升。21秒后2号主泵已达到额定转速
3．推力瓦损坏原因分析
主泵有一个推力盘，在一回路压力低时（一回路压力8.0MPa左右）电机以及泵的重量大于一回路压力对泵体向上的推力，推力盘的下推力瓦受力；当一回路压力逐步升高后，泵受一回路压力向上的推力大于电机及泵的重量，推力盘的上推力瓦受力，并在一回路压力达到额定压力时达到最大值。
从保证主泵的正常运行的角度看，顶轴油泵的运行对于主泵在低转速下的安全稳定运行时极为重要的，由于主泵在正常运行过程中顶油泵停运导致无法形成辅助的油膜，主推力瓦和推力盘干磨，监测温度异常上升。
4．主泵顶轴油泵电源的改进
4.1.1 110V直流电源（I10A）失电事故
主泵在运行，主泵顶轴油泵控制电箱由于失去电源而无法对顶油泵供电，此时，机组不应后撤到NS/RRA模式中需要主泵停运的工况，同时如果主泵意外停泵，存在失去顶轴油泵而造成主泵损坏的风险。
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4.1.2 余排系统连接工况失去A列10V直流电源（IR10A）失电事故
无论有几台主泵在运行，应尽可能不改变主泵运行状态并将机组稳定在当前状态，如果主泵意外停泵，存在失去顶轴油泵而造成主泵损坏的风险。
4.1.3双机组余排系统隔离/运行失电（H3）事故
存在失去顶轴油泵而造成主泵损坏的风险。
所以为避免后续再次出现类似事件影响主泵及机组的安全运行风险，必须提出主泵顶轴油泵电源改造。
4.2 主泵顶轴油泵改造实施
主泵厂家在工艺设计上设计了“顶轴油泵没有启动闭锁主泵启动”以及“主泵停运时顶轴油泵自动启动”的逻辑，但是在电源设计上设计考没有考虑顶轴油泵的可靠性，目前三台顶轴油泵的电源由LKA/LKB电源供电，LKA/LKB电源来自LGA/LGD6kV母线，因此，在失去主厂外电源时，LGA/LGD将失电，三台主泵由LGA/LGD供电，主泵将停运，同时LKA/LKB也将停运，相应的主泵顶轴油泵也将停运，主泵一旦发生这样的工况导致在主泵停运过程中没有顶轴油泵启动辅助建立油膜，也不能进行润滑油的循环以排除剩余的热量，可能导致主泵推力瓦的在低转速下发生金属的接触干摩擦导致损坏，为保证主泵顶轴油泵的电源可靠性设计方案论证时考虑三种方案：
4.2.1增加UPS电源方案
为了保证主泵及一回路在某些特殊运行工况下的安全（如SBO工况），申请将主泵顶轴油泵及主泵相关的阀门的交流电源改为UPS供电，由一台UPS和旁路调压柜组成，正常运行时UPS由交流380V母线供电，经整流-逆变产生不间断交流380V电源，当失去交流电源时，UPS由蓄电池供电，直接经逆变器产生不间断交流380V电源。正常运行时逆变器和隔离调压变压器出口均经静态开关、手动旁路开关接至380V配电盘。当逆变器失效时，由静态开关自动转换到由隔离调压变压器供电；当静态开关失效时，由手动旁路开关手动转换到由隔离调压变压器供电，每台逆变器和隔离调压变压器均能供给所需的全部负载。
4.2.2柴油机供电方案
为满足母线失电情况下能够有效切换电源，可考虑启动柴油机保障给顶轴油泵供电方案，通过柴油机应急供电切换试验，柴油机启动时间大概13s，主泵顶轴油泵启动需要时间约30s，时间上能够满足顶油泵的响应时间，但对于柴油机供电负荷及对于其它设备的影响需要设计重新进行论证且非常复杂，另外需要重新修改柴油机供电系统的配电抽屉等。
4.2.3机组备用电源方案
增加主泵顶轴油泵电源的多样性，由原来的单一电源（A系列380V应急配电系统），再增加一路来自其他机组的电源作为备用电源，通过快速自动双切换开关，在主电源与备用电源之间实现快速切换，从而保证油泵在机组失电的情况下，更快速地恢复运行，保障供电。
主泵顶轴油泵备用电源方案实施改造后经过现场验证能够实现双电源的自动切换，每台顶轴油泵设置一个非核级控制箱，控制箱内设置双电源切换装置（ATS）以及主回路接触器、热继电器、电流互感器等一次设备和相应的二次控制设备，控制箱的主电源来自顶轴油泵现有的核级供电回路（LLC和LLI），需将原供电抽屉改造为配电抽屉；控制箱的备用电源来自另一台机组的LKA或LKB的原备用回路，需要将备用空间改造为配电回路抽屉。并且经过修改后双电源箱到顶轴油泵电缆及去DCS控制机柜的控制电缆不会增加，即使失去母线电源情况下仍然有一路机组电源维持顶轴油泵的持续运行，为主推力瓦持续供给润滑油，避免了干磨现象。
5.结论
通过对于主泵顶轴油泵双切电源的改造实施，方家山核电主泵启停运行工况良好，增加了主泵顶轴油泵供电安全系数，保障了主泵的安全运行，同样适用于国内发生过类似主泵推力瓦的磨损事件未实施改造的核电厂，可安排专门窗口进行维修改造，否则直接影响工程建设的主线任务，特别是针对运行电厂，若带有一回路放射性物质后主泵主推力瓦损坏后更加难以将主泵整体拆卸检修，不但影响主设备的性能和寿命还将引起巨大的经济损失，通过本次改造得出结论及创新：
1）利用大修时间窗口改造提高了主泵安全运行的系数，提高设备可靠性，避免因一路电源失去引起设备的故障；
2）双切换电源箱的应用为其它重要的设备电源改造提供了一定的思路，特别是安全相关且辐照剂量较大的设备的电源改造积累了宝贵的经验，为保障核电厂安全稳定运行具有巨大的经济效益和社会效益；
3）为后续建设的核电厂和其它在役电厂的改造提供了良好的经验反馈，通过运行后修改部分定值及参数，实际的经验数据能够更加有力说明双电源切换箱技术改造的深远意义。
参考文献
［1］《秦山核电厂扩建项目（方家山调试大纲）》（QFX00710001FANT02GND版）
［2］《核动力厂运行安全规定》（HAF103，2004 版）；
［3］《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例实施细则之——核电厂安全许可证件的申请与颁发》（HAF001/01，1993 版）；
［4］《核电厂营运单位报告制度》（HAF001/02/01，1995 版）；
论文作者:罗涛,徐莉丽
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/11
标签：油泵论文; 电源论文; 推力论文; 回路论文; 工况论文; 机组论文; 核电论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;