摘要：某电厂1、2号机组小柴油机带水压试验泵定期试验期间（LLS-T-002），存在泵出口压力偏高问题，影响泵出口管线及其边界阀门的可靠性。本文通过对设备结构、试验过程、试验现象进行分析，判断主要为水压试验模式选择异常和泵出口液压冲击所造成，并提出了针对性解决方案。
关键字：水压试验泵；超压；模式；瞬态；信号
1.前言
1.1 水压试验泵简介
某核电厂1、2号机组为M310型百万千瓦核电机组，两台机组共用一台水压试验泵，主要有三项功能：（试验功能）为一回路水压试验期间为一回路补水加压；（补水功能）从换料水箱向安注箱进行初始给水和定期补水；（安全注入功能）全厂断电时，为主泵机械密封提供轴封注入水。
根据QSR 定期试验监督大纲要求，电厂每台机组每三个月需执行一次《柴油发电机和水压试验泵无密封注水带负荷起动和运行试验》（LLS-T-002）。该试验主要验证应急状况下的下列功能：水压试验泵出口隔离阀RCV094VP自动开启、中压安注箱补水阀RIS136VB自动关闭、柴油发电机正常启动且参数合格、水压试验泵正常启动且参数合格。
1.2 LLS-T-002试验超压问题简介
2017年10月在执行LLS-T-002定期试验期间，现场检查发现水压试验泵出口压力表9RIS041LP压力达到约26MPa，同时其瞬时压力最高达到约32MPa，高于试验规程要求的25.9MPa压力限值。
经咨询运行历史试验情况， LLS-T-002试验期间，水压试验泵泵出口瞬时压力，均接近30MPa，最高时接近33MPa，泵启动约5分钟后，压力降至约26MPa。
根据水压试验泵运行曲线，安全注入模式下泵零流量出口压力约24MPa，远低于试验压力；水压试验泵出口管线上的边界阀门（1/2RIS274VB、1/2RIS164VB、9RIS816VB、9RIS312VB）设计压力为22.8MPa，定期试验超压易造成阀门损坏；另外水压试验泵出口的脉动缓冲罐为橡胶，承压过高易造成气囊损坏或加速老化。故需分析解决水压试验泵定期试验期间出口超压问题具有重要意义。
本文通过对水压试验泵设备结构、试验过程、试验现象进行分析，解释试验超压原因，并提出问题解处理或缓解方案。
2.水压试验泵运行原理
2.1 水压试验泵系统组成
电厂1、2号机组水压试验泵为油压驱动柱塞泵，其油回路为主要控制系统，分为循环回路、安全保护回路、调节回路、过滤回路等四部分。
1)循环回路
循环回路从油箱11BA，经增压泵111PO增压，至主油泵112PO完成升压，电动液压定向阀DR1/DR2选择介质方向，流向水泵的液压缸，液压缸的另一侧回流经滑阀DR2，最后流回主油泵的入口，形成完整的循环回路。
2)调节回路
主油泵之后有一个活塞缸机构，根据压力的变化调节主油泵调节板的方向。活塞缸之后是受控限压器DR3，根据选择模式的不同，选择DR3的位置，从而使阀门355VH（安注模式）、356VH（试验模式）、357VH（补水模式）动作，所以不同的模式下流量不同，最终调节回路最终回流至油箱。
3)安全保护回路
主油泵后引出一条旁路，流向主系统安全限压器DR4，，根据模式的不同，选择DR4的位置，阀门352VH（补水模式）、353VH（试验模式）、354VH（安注模式）设置为不同的压力值，超过设置压力值，阀门动作，介质流回主油泵的入口，对主回路进行泄压。
4)过滤回路
在循环回路的回流段引出一旁路，当回流段压力高于10bar，阀门349VH启动，流经空冷器14AF(油温高于55℃，空冷器自动启动)，过滤器14FI，最终回流到油箱。在增压泵111PO的出口引出一旁路，经阀门358VH连接到过滤回路，当压力高于15bar，358VH打开，对循环回路的增压泵与主油泵之间段泄压。
2.2泵运行控制原理
正常情况下，水压试验泵系统各设备启动顺序如下：
1)就地电气柜送电；
2)增压油泵启动；
3)主油泵入口压力＞10bar（约15s）；
4)主油泵启动（调节阀模式选择）；
6)油压推动活塞往复动作；
7)泵正常运行。
其中油回路压力调节阀模式选择控制方式如下：
注：1/2LLS001LP为应380V应急柴油机组；1/2RIS136VB为中压安注箱补水阀。
3.试验超压原因分析
3.1 LLS-T-002定期试验过程
根据电厂LLS-T-002试验规程，其主要试验过程如下：
1)进行水压试验泵9RIS011PO和小柴油机LLS001AP启动前状态检查；
2)关闭泵出口阀，在补水模式下正常启动9RIS011PO，此时LLS001AP停运、RIS136VB开启，9RIS011PO由9LKI供电；
3)主控给出LLS001AP启动信号，LLS001AP开始启动，同时自动触发RIS136VB关闭，9RIS011PO仍由9LKI供电；
4)RIS136VB完成关闭，LLS001AP达到额定转速（约6秒），且其进线接触器闭合（约2秒），9LKI供电断开，转由LLS001AP供电，期间9RIS011PO停运后重启；
5)9RIS011PO进入安全注入模式，检查小柴油机LLS001AP和水压试验泵9RIS011PO运行状态；
6)各项检查完成后停运小柴油机LLS001AP，水压试验泵9RIS011PO停运。
3.2试验现象分析
为记录试验期间水压试验泵运行状态，对启动期间润滑油压力和泵根据试验期间油回路和泵出口压力进行了记录，其趋势如下：
结合上述曲线，可以观察到以下现象：
1)0s，泵在补水模式下运行，出口阀关闭；
2)约9s，主控给出LLS001AP启动信号，主油压从35bar，迅速上涨到约135bar，水压试验泵活塞动作约半个行程，此时泵出口压力041LP压力从9MPa左右迅速达到约31MPa；
3)约12s，水压试验泵组停运，油压降至0，水压略有下降；
4)约16s，增压油泵重新启动；
5)约28s，主油泵重新启动，主油压上涨到约30bar；
6)约36s，主油压上涨到约115bar，并迅速降低至约100bar，期间水压试验泵活塞基本不动作，此时泵出口压力041LP压力维持在约29MPa，有小幅波动；
7)之后水压试验泵油系统保持运行，主油压维持在约100bar，水泵活塞不动，泵出口压力缓慢下降，约5分钟后降低至约26MPa。
3.3试验异常梳理
根据上述定期试验过程和试验现象，主要发现以下异常：
从补水模式向安全注入模式切换过程中，油压和水压达到约135bar和31MPa，明显超过正常设计压力。（根据泵特性曲线，安全注入模式零流量工况对应压力应为102±5bar和24MPa左右）。
水压试验泵模式切换和重新启泵期间，同在安全注入模式下主油压峰值不一致，分别为约135bar和115bar。
3.3 超压原因分析
对比历次定期试验和泵运行情况，上述超压异常仅出现在LLS-T-002定期试验模式切换期间，其余工况下泵均运行正常，结合水压试验泵的设备结构和控制逻辑，怀疑泵超压的可能原因有：1容积式泵的运行特性；2设备启动控制逻辑。
1)容积式泵的运行特性
水压试验泵的水泵是整个系统的最后执行机构，是一台容积式泵，配有对置式往复柱塞，其往复线性运动由液压系统产生动力。水泵主要由活塞、泵缸、吸入阀、排出阀、吸入管、排出管、活塞缸等部件组成。
正常情况下容积式泵启动前应打开出口阀，但由于系统设置及规范要求限值，LLS-T-002定期试验期间无法直接向主泵轴封供水，试验期间水压试验泵通向主泵轴封管线隔离阀RCV094VP处于关闭状态。在补水模式向安全注入模式切换瞬间，油回路压力突然增大，推动活塞动作，由于活塞部件的惯性产生液压冲击，造成水侧的压力突然上升。由于止回阀的作用，当冲击瞬态结束后，油回路压力下降至正常水平后，水侧压力降低幅度极小。
2)设备启动控制逻辑
参考泵特性曲线，试验模式切换瞬态的油压和水压（约125bar和30MPa）超过安全注入模式正常范围，但与水压试验模式接近（125bar/28.5MPa），怀疑有可能为补水模式向安全注入模式切换期间，水压试验泵的设定模式存在异常。
以下为2017年12月某核电厂2号机组LLS-T-002试验期间，对2LLS001AP、9RIS011PO、2RIS136VB等相关设备，在模式切换过程中的动作次序。
从图中可以看出：
1)以LLS001AP启动信号为0s，启动信号发出0.5s后RIS136VB开始关闭，2.4s后关闭完成；
2)5.6s后LLS001AP达到额定转速；
3)8.8s后泵由LLS供电，LKI断电。
从上述过程可以看出，前2.4s启动期间LLS001AP启动信号存在，
但中压安注箱RIS136VB关闭信号不存在，与安全注入模式控制信号要求（1/2LLS001LP启动信号+1/2RIS136VB关闭信号）不一致。参考《FQ9-LLS-LD-42001_LLS_水压试验泵柴油发电机组系统逻辑图》，发现当LLS001AP启动信号存在且RIS136VB未关闭情况下，DR3和DR4模块电磁线圈状态为003/005/004/006EL均失电，对应模式为水压试验模式。
4.处理方案
通过上述分析，某核电厂LLS-T-002定期试验中水压试验泵出口超压问题，主要原因为试验补水模式向安全注入模式切换过程中，泵模式选择异常和泵出口闭阀启动的液压冲击，可采取以下处理或缓解措施。
4.1优化试验模式切换过程
当前《LLS-T-002》试验规程，切换至安全注入模式前，水压试验泵处于补水模式下运行状态，根据上述启动逻辑分析，由于补水阀RIS136VB的开关特性，其切换过程不可避免要经历水压试验模式。
若切换至安全注入模式前将泵置于停运状态，先将补水阀RIS136VB关闭，之后再给出小柴油机启动信号，则可以有效避免泵进入水压试验模式，从而大幅减小瞬态期间泵的出口压力。
根据定期试验大纲及相关程序要求，本试验需要验证水压试验泵从补水模式直接切换至安全注入验逻辑模式功能可用性，故该方案暂时无法实施。
4.2开启隔离边界
由于泵启动的突然性或模式切换的瞬态冲击，水压试验泵在启动或模式切换瞬间不可避免出现压力波动，虽然脉动缓冲罐可以缓冲一部分压力，由于止回阀的存在，导致压力上升之后无法下降。若启泵前，将泵出口管线上的某个隔离阀打开小开度，待压力稳定后缓慢关闭阀门，则可有效缓解试验超压问题。
水压试验泵出口正常流向有两路：1、经过RCV094VB进入主泵轴封；2、经过RIS136VB进入中压安注箱。机组功率运行期间，不允许直接注入主泵轴封，RIS136VB若开启，则试验无法进行，故系统现有设计均无法起到有效泄压作用。
若将水压试验泵出口管连接至入口管线或容器（PTR水箱），试验前且略微开启阀门泄压，则可实现开阀启泵功能。目前该方案已经通过电厂变更讨论，正在详细方案设计阶段，待变更实施后可彻底消除水压试验泵超压问题。
5.结论
某核电厂1、2号机组LLS-T-002定期试验超压问题，严重影响泵出口管线及其边界阀门的可靠性和使用寿命。本文通过对试验过程、现象进行梳理，分析确认超压原因主要为水压试验模式选择异常和泵出口液压冲击所造成。彻底解决该问题，需优化定期试验的启动过程和压力边界条件。目前某核电厂已提出技改优化流程，待变更实施后可彻底消除水压试验泵超压问题。
参考文献
[1]章勇，水压试验泵PTLLS02/03试验超压原因分析及处理，中广核.
[2]于鹏，水压试验泵的启动及流量控制元件的工作方式，中核运行，2015.9.
[3]P.CHEUCLE, 1、2号机组水压试验泵运行维护手册C版，2011.6.
论文作者:徐强,郑嘉榕,夏添
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/9
标签：水压论文; 模式论文; 压力论文; 回路论文; 补水论文; 油泵论文; 油压论文; 《电力设备》2019年第15期论文;