摘要：核电站辅助给水汽动泵是在主给水系统不能利用的工况下，向蒸汽发生器的二回路提供足够的给水，排出反应堆内释放的热量。自核电设备国产化以来，国内关于辅助给水汽动泵的研究很多，本文主要研究该设备的超速保护，文中从其工作原理、试验方法、验收要求等方面进行介绍分析。
关键字：辅助给水汽动泵；超速保护；工作原理；试验方法
引言
核电站辅助给水汽动泵是在主给水系统不能利用的工况下，向蒸汽发生器的二回路提供足够的给水，排出反应堆内释放的热量。
本文中的辅助给水汽动泵转速采用速度调节。转速控制系统主要由数字调速器（以下简称调速器）、转速探头、气动执行机构、调节阀等组成，具有转速调节便捷、可靠，转速可在就地、远程均可随时调整，转速控制精度高等特点。泵组的转速由安装在中央水室的转速探头测得，转速探头将转速信号送入调速器，调速器将该信号与内部设定值进行比较，当转速与设定值不一致，调速器输出信号给气动执行机构的电气转换器，电气转换器将电信号转换为气动信号并驱动执行机构来控制调节阀的开关，从而调节进汽量，控制泵组转速达到设定转速。该泵组额定转速，为防止泵组发生超速事故，需设置超速保护装置。本文对该泵组的超速保护装置、试验方法及验收要求进行介绍分析。
1 超速保护装置
辅助给水汽动泵为核安全三级设备。为保证泵组安全可靠运行，考虑共模失效，故泵组设置有两种超速保护装置，分别为电子跳闸保护及机械跳闸保护。
本文中的辅助给水汽动泵的主汽门设计为汽开式结构，即其开启无需外部动力源，主蒸汽即为动力源。汽轮机主汽门结构如图1所示。
图1 汽轮机主汽门结构图
图2 控制系统简图
主蒸汽（压力）通过进汽法兰至主汽门前，小部分蒸汽由主汽门阀杠的细孔和节流孔板至活塞右端腔室并形成压力腔（压力）；
当 时，主汽门关闭；
当 时，主汽门打开；
两种超速保护均利用上述原理，通过关闭汽轮机主汽门，从而阻断蒸汽进入汽轮机实现泵组的停机。即将旁通法兰分为两路，分别连接电磁阀与锥形阀，然后回合并成一路与排汽缸联通。控制系统简图如图2 。
1.1 电子跳闸保护
电子跳闸系统主要由转速探头、调速器、电磁阀、控制柜、主汽门等组成。当转速探头测得的转速高于调速器设定的跳闸转速时，调速器输出信号使控制柜的继电器动作，接通电磁阀电源，使电磁阀打开。主汽门右端与排汽缸联通，将主汽门活塞右侧蒸汽释放到汽轮机排汽口，迅速减小，主汽门关闭，阻断了蒸汽进入汽轮机，从而实现泵组停机。
1.2 机械跳闸保护
机械跳闸系统主要由机械飞锤[1]（如图3所示）、主汽门、危急遮断挂扣组件（如图4所示）组成。
图3 机械飞锤
1）安装在泵组主轴中的机械飞锤随泵组转速的升高，离心力（机械飞锤安装时，确保其质心与主轴中心偏离，转子旋转后产生离心力，该离心力始终与弹簧压紧力平衡）不断增加，使得压紧机械飞锤的弹簧被不断压缩，当泵组转速达到一定转速，使机械飞锤克服弹簧阻力而使其一端伸出轴外，击打到危急遮断挂扣组件的挂扣1，使得挂扣1以点顺时针旋转，挂扣2脱开并以，带动支杆下落。
图4 危急遮断挂扣组件
2）在支杆下落后，锥形阀（如图5）被打开，主汽门右端与排汽缸联通，将主汽门活塞右侧蒸汽释放到汽轮机排汽口，迅速减小，主汽门关闭，阻断了蒸汽进入汽轮机，从而实现泵组停机。
3）泵组停机后，随着转速降低，机械飞锤受离心力减小，弹簧压回原始安装位置。
1.3 超速保护装置复位
电子跳闸及机械跳闸装置均可通过就地的控制柜及远程DCS对其进行复位操作。其中电子跳闸复位通过就地/远程给出信号使控制柜内相应继电器动作，使电磁阀失电从而关闭电磁阀；机械跳闸复位通过就地/远程给出信号使控制柜内相应继电器动作，使电磁驱动器动作，将锥形阀下方的支杠顶起，使挂扣2前段钩紧挂扣1，从而关闭锥形阀。
上述电磁阀、锥形阀关闭后，使主汽门右端的旁路与排汽缸连接通道切断，下次主蒸汽进入主汽门后，可快速达到主汽门开启条件，实现泵组启动。
图5 锥形阀
2 试验方法及验收要求
为保证机组的安全，出厂试验时必须对每台泵组进行超速保护功能的验证试验。
2.1 电子跳闸试验
2.1.1试验方法
调速器中设定一级电子跳闸转速为（如图6所示）。泵组正常启机后，在额定转速运行稳定，然后调节泵出口阀门，将泵出口流量控制在（考虑试验平台的蒸汽参数）左右，控制主蒸汽压力不小于。就地在调速器面板（如图6所示）上进行相关操作，即按住“OVERSPEED TEST ENBL”键（超速试验投入），然后按ADJ▲键（升速），使泵组转速慢慢上升（可通过对调速器进行设置，每按一次升速键升速值）直至跳闸。
图6 调速器控制面板
2.1.2 验收要求
本文中的辅助给水汽动泵电子跳闸动作转速要求范围为额定转速的，即。必须连续3次调速器记录的跳闸转速在上述范围内才可通过。
2.2 机械跳闸试验
2.2.1试验方法
为防止试验过程中机械跳闸失效发生事故，在调速器中设定二级电子跳闸1)转速为。泵组正常启机后，在额定转速运行稳定，调节泵出口阀门，将泵出口流量控制在（考虑试验平台的蒸汽参数）左右，控制主蒸汽压力不小于。具体试验操作与电子跳闸试验类似，即按住调速器面板上“OVERSPEED TEST ENBL”键（超速试验投入），然后按ADJ▲键（升速），使泵组转速上升直至跳闸。
由于机械跳闸转速比电子跳闸转速高，在上次升速过程中，在转速达到一阶电子跳闸设定转速前，须按住控制柜上“一级电子跳闸超越”按钮以屏蔽一阶电子调速电子跳闸，这样无需通过额外设置，是试验更便捷。
2.2.2验收要求
本文中的辅助给水汽动泵机械跳闸动作转速要求范围为额定转速的，即。必须连续3次调速器记录的跳闸转速在上述范围内才可通过。
2.2.3 机械飞锤部件调整
如机械跳闸转速未在上述范围内，则需对机械飞锤部件进行调整。具体如下：
1）泵组停机后，关闭泵进口阀，并对泵组进行疏水（排空），而后拆除中央水室上盖和汽轮机排汽闷板（注：在拆装中央水室上盖及排汽闷板时若发现其密封垫片有破损，则必须更换），用机械飞锤试验用扳手调整主轴位置以便对机械飞锤进行微调；
2）以上述实际机械跳闸转速值和9200r/min进行差值比较，按机械飞锤飞出端端头往外拧出（或往里拧进）对应减少（或增加）机械跳闸转速值进行机械飞锤位置微调（如机械飞锤飞出端端头往外或往里拧的距离需和主轴表面进行打表测量而定）。分别通过计算和实际模拟试验给出如下调整参考：
通过计算：若飞锤调整螺塞往里/外旋进1º，使子飞锤质心偏移量增加/减少，从而引起跳闸转速值减少/增加25r/min。
通过对机械飞锤部件进行大量模拟试验后得出：机械飞锤飞出端端头往外拧出（或往里拧进）对应减少（或增加）机械跳闸转速值约为。
3 结论
通过对本文中的辅助给水汽动泵超速保护装置工作原理及试验要求分析，得出以下结论：
1）电子超速保护原理简单，通过修改调速器设定，可改变电子跳闸转速；
2）机械超速保护装置结构简单可靠，可调节性高；
3）通过操作调速器使泵组升速，转速在调速器显示屏上实时可见，同时控制柜设置“一级电子跳闸超越”按钮，调速器中设定了二级电子跳闸转速，验证试验简单方便、安全可靠；
4）通过计算及试验数据，可较准确的调整机械飞锤，为机械跳闸试验节省大量时间；
5）采用两种超速保护模式，有效防止共模失效，可保证泵组安全可靠运行，也是核安全文化体现。
参考文献
[1]毛汉忠,袁海锋,等.流体环境内机械跳闸装置：中国，200910180585.9.
[2]姚学良,马利江,李栋梁等.核电站用辅助给水汽动泵研制总结
[3]袁海锋,马利江,等.辅助给水汽动泵安装运行维护手册.
注
1）为保证泵组的安全，二级电子跳闸不允许进行实际试验，仅是在停机时采用模拟信号的方式进行验证。
论文作者:袁海锋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/26
标签：转速论文; 调速器论文; 机械论文; 水汽论文; 蒸汽论文; 电子论文; 汽门论文; 《电力设备》2019年第4期论文;