主泵变频器冷却系统经验反馈及分析

主泵变频器冷却系统经验反馈及分析

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（国核工程有限公司调试中心上海闵行265100）

摘要：某三代核电机型采用西门子WCIII-HA型完美无谐波高压变频器，电厂正常运行期间，反应堆冷却剂泵变频器不能退出运行，反应堆冷却剂泵的连续稳定运行直接关系到电站的安全及经济效益。变频器运行期间，冷却系统为变频器内部元器件进行冷却，所以变频器冷却系统稳定运行至关重要。本文对某三代核电机型应用的反应堆冷却剂泵变频器调试及运行期间冷却系统出现的故障进行归纳总结，并提出相应故障的处理方法及后续项目改进建议，为主泵变频器稳定运行提供经验。

关键词：变频器；冷却系统；经验反馈

0前言

某三代核电机型采用西门子WCIII-HA型高压变频器，输入交流50Hz，10.5kV，主泵满转速时输出60Hz交流电源经两台串联的1E级主泵断路器为主泵供电。WCIII-HA型变频器结构主要包括：进线柜、变压器柜、FPC柜、功率单元柜、出线柜、冷却柜及外部换热器组成。

电厂正常运行期间，主泵变频器不能退出运行，变频器冷却系统能否正常运行直接关系到变频器及主泵的安全稳定运行，本文对变频器冷却系统故障分析总结具有重要参考意义。

1变频器冷却系统

主泵变频器冷却系统主要用于冷却变频器内部部件，将变频器各部件温度控制在限定的范围内。

1.1冷却系统构成

根据冷却水循环方向，可将变频器冷却系统分为以下四部分。

第一部分由泵及相应的管道阀门组件组成。正常情况下冷却水通过两台泵（一用一备）经由变压器、功率单元、三通阀、温度调节阀进行变频器内部循环。变压器和功率单元是变频器的主要热源，变压器绕组和功率单元散热器直接与冷却水进行热量交换。

第二部分为主热交换器系统。当温度调节阀检测到变压器或功率单元的出口水温超过设定值时，温度调节阀打开，使冷却水流经外部主热交换器进行热量交换，外部冷却介质为电厂设备冷却水。当检测到温度调节阀故障时，即温度调节阀的出口温度大于入口温度时，三通阀打开，冷却水直接流入热交换器进行外部热量交换。

第三部分由泵、水箱、树脂罐以及管道组成。变频器冷却系统运行时，冷却水经由泵、树脂罐、水箱进行循环。树脂罐主要作用为去除冷却水中离子，保证冷却水电导率在限制范围内，避免冷却水导电带来的危险。

第四部分主要由变频器顶部换热风机组成。变压器柜和功率单元柜中有一部分热量不会被冷却系统带走，这部分热量释放到空气中，通过变频器柜内顶部的换热风机将热量带走。

2变频器冷却系统故障经验反馈

2.1主泵变频器冷却系统泄露事件

某核电机组运行人员在巡检过程中发现主泵1A/1B/2A变频器冷却水箱液位较低，随后按照操作规程对变频器冷却系统进行补水。

一段时间后又出现冷却水箱液位低，随后维修人员检查发现变频器冷却系统存在以下渗漏点：

（1）主泵1A变频器隔离变压器24号冷却铜管存在渗漏；

（2）主泵1B变频器冷却系统TWV三通阀至TRG三通中间软连接弯管处发生渗漏；

（3）主泵2A变频器外部热交换器出口管线隔离阀BTV2法兰处渗漏；

（4）主泵2B变频器手动三通阀TRG手柄填料位置发生渗漏。

原因分析：变频器冷却系统管道刚性强度较低，在变频器运输过程中可能存在振动或碰撞的情况，导致冷却系统管道损坏。另外，建安人员在安装完成后对冷却系统打压检查不仔细，未能及时发现漏点。

经验反馈：根据调试及运行时发现的问题，主泵变频器冷却系统易造成泄露的位置有变压器冷却水进出口管线、功率单元软管、各处阀门法兰等位置，在调试时应加强检查，在运行期间应巡视冷却水水位，水位变化较大时应检查冷却系统是否泄露。

2.2主泵变频器冷却系统泄压阀动作导致主泵跳闸事件

某核电机组正常运行时，主泵1A跳泵（主泵1A变频器电源开关断开，1E级电源开关处于合闸状态）。主泵1A跳泵前，4台主泵100%转速稳定运行：主泵1ACCS供水流量160m³/h，回水温度42.6℃；轴承冷水温度62.7℃；定子温度145.5℃；电流775A；各振动值正常稳定。就地检查主泵1A变频器发现地上有水，主泵1A变频器冷却系统水箱液位为0。查询前一天现场巡检记录主泵1A变频器冷却系统水箱液位刻度为4.3，在正常范围内。

查询变频器冷却系统报警日志，事件序列：pump1切至pump2->30秒后出现泄漏->约50秒后出现低液位->约20秒出现低-低液位，tripwarning出现->约20秒泄漏消失，pump2停运，pump1启动。

原因分析：安全泄压阀整定压力不合理。冷却泵自动切换时必然出现双泵并列运行（时间设定为2秒），此时泵出口压力超过安全泄压阀动作值，即每次自动切换均将导致安全阀开启，其中任何一次阀门卡涩未能及时回座，都将导致冷却剂泄漏，在极短时间内（从本次事件中看，大约在100秒内）使运行中的主泵变频器跳闸。

2.3主泵变频器功率单元异物堵塞事件

某核电机组主泵变频器进行检修时，维修人员发现主泵变频器功率单元冷却软管处存在块状异物。维修人员随即对冷却管线进行了更换，检查其他变频器未出现此异物，维修人员对取出的异物进行化验，经鉴定异物为螺纹密封胶。

原因分析：在变频器冷却系统泄露检查时，管线的安装处会用螺纹密封胶进行涂抹，因未落实防异物措施，造成凝固的胶水进入系统。

经验反馈：主泵变频器运行时功率单元释放的大量热量由冷却系统带走，功率单元冷却管线堵塞会造成功率单元烧毁，严重威胁变频器的安全未定运行，此事件中冷却管线暂未完全堵塞，因此未造成严重事故，在后续的变频器的调试维修中应严格落实防异物措施。

3结论

主泵变频器安全稳定运行直接影响核电站的安全性和经济性，其中主泵变频器的冷却系统又直接关系到主泵变频器的稳定运行，三代核电机型主泵变频器冷却系统设计精巧，功能强大，但作为变频器稳定运行的薄弱点，应在设计、制造、运输、建安、调试、运行等各个阶段予以充分关注，根据调试及现场运行经验，对主泵变频器提出以下建议：

（1）设计、制造阶段：

设计、制造阶段应考虑变频器移相隔离变压器冷却方式，即水冷或风冷方式，选择水冷时，应充分考虑冷却剂泄漏带来的风险。制造方面考虑选择强度更高的管道（特别是软管）以避免冷却管道破损造成的冷却剂泄漏带来的设备损坏。

（2）运输阶段1

根据主泵变频器运输过程中存在隔离变压器冷却管道损坏的经验，运输过程应避免磕碰，设备到厂后应再次检查。

（3）建安阶段

建安阶段在设备安装时应注意保护冷却系统管线，硅胶软管应避免弯折，隔离变压器安装时注意保护冷却管线。变频器安装完成后应对冷却系统进行检查（打压等检查方式），验证变频器冷却系统无漏点。

参考文献：

[1]韩勇.AP1000核电厂反应堆冷却剂泵的供电与控制设计[J].核动力工程,2014,35(6):96-99.

[2]冯雪.变频器在第三代AP1000核电站反应堆冷却剂泵变频系统上的应用[J].工业控制计算机,2012,25(9):133-134.

注释：

本论文由国家科技重大专项2018ZX06002002《CAP1400核电关键建造调试技术研究》子课题二《CAP1400核电项目建造阶段的调试技术研究》专题4《国产化主泵首次应用于CAP1400机组的主泵调试技术研究》支持