核电厂主给水泵转速控制

核电厂主给水泵转速控制

周祖荣

中核霞浦核电有限公司 福建省霞浦县

摘要：本文结合多年核电厂调试、运行工作经验，对核电厂主给水泵转速控制进行总结，并对核电厂主给水泵转速控制的实现方式进行探讨，得出良好控制实践。

关键词：主给水泵转速控制、数字化控制、液力耦合器

Speed control of main feed water pump in nuclear power plant

Zhou Zurong

Abstract：Based on years of experience in commissioning and operation of nuclear power plants, this paper summarizes the speed control of the main feed water pump in nuclear power plants, and discusses the realization methods of the speed control of the main feed water pump in nuclear power plants, and obtains good control practices.

Keywords: Main feed water pump speed control, digital control, hydraulic coupler.

1. 引言

主给水泵系统是核电机组运行所必需的重要系统之一，是核电厂二回路中提供给水的重要设备。电厂每套机组一般共有三台电动给水泵。正常运行时，两台运行，一台备用，任何一台给水泵均可作为备用泵。当两台运行泵中有一台事故停泵时，备用泵自动投入运行。运行人员操作主控制室台盘上的旋推式灯开关进行电动给水泵的启停，通过分散控制系统（DCS）的顺序控制系统（scs）逻辑执行。并且，三台电动给水泵的转速均有DCS控制，DCS接受现场信号后，将信号输入给就地的液力耦合器来控制主给水泵的转速。

2. 主给水泵转速的理论依据及实现数字化控制

1. 给水泵调速的理论依据

转速控制的目的是保证蒸汽发生器的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，以维持给水控制系统调节阀前后压差恒定使调节阀的开度与流量始终保持良好的线性关系，改善调节阀的调节特性 。下图1是给水泵调速的理论依据：

图1 给水母管与蒸汽母管之间的压降示意图

调节的理论依据是给水母管和蒸汽母管的总压降△P，而△P由上图的△P1，△P2，△P3，△P4组成：

• P1为给水泵出口与蒸发器给水进口之间的高度位差，是固定值：

• P2为主给水调节阀阀门前后压降，设计为恒定值：

• P3 蒸汽发生器二次侧的压降，随负荷而变：

• P4蒸汽管线和给水管线内的压降，随负荷而变：

2. 给水泵调速的数字化控制

图2 主给水泵转速控制系统的SAMA原理图

图2是转速调节的原理图，以汽水压差作为过程值，汽水母管差压信号由ARE003/004/005/MPD三块压差表测量，并且经过中选；主蒸汽流量有001/003/004MPD,002/005/006MPD测得，且经过中选后求和运算，得出一个汽机负荷信号，然后经过PID调节器ARE401RC与汽水母管差压中选信号进行做差比较，将偏差信号平均分成3份，分别送到APA101RC,APA201RC,APA301RC,再送到就地的液力耦合器，通过液力耦合器调节给水泵转速，其中3号泵为备用泵，泵本身没有运行，但是在调节过程中，3号机的液力耦合器仍然工作，为的是两台运行的泵其中一个跳泵时，备用泵能够快速的按照液力耦合器的调节达到指定转速，同时保证泵的出口压头和流量都随负荷变化而变化。转速的控制部分可以由DCS控制和主控台盘上的SPEC200手操同时控制，但DCS控制优先。

3. 转速控制的本身允许条件

给水泵转速控制时，只有泵本身的运行条件满足时，才能进行转速调节。电动给水泵组有给水泵、液力耦合器、电动机、前置泵组成，其中前置泵将除氧器的水打入给水泵，液力耦合器接受调节信号，通过变速使给水泵将给水打入高压加热器。

3. 1. 液力耦合器

液力耦合器是给水泵调速的主要设备，采用无极调速，初级转速为5921转，由于2.6%的滑差损失，所以最大输出转速为5768转，内部有主动轮和次级轮之分，主动轮之间的增速比为29比115，主动轮连接电动机，次级轮连接给水泵，调速过程中,液力耦合器内的勺管接受信号，通过内部电液转换装置，改变的勺管调节深度，调节耦合器内的工作油量，工作油量越大，则耦合器内的压力越大，则次级轮与主动轮转速越接近，但是不会超过主动轮的转速。图3为液力耦合器示意图，从图中可以开始看出液力耦合器共有两个绿色的调节棒，5为工作油调节棒，6为勺管，勺管的控制有1电液装换装置控制，1接受DCS给的4-20MA信号，转换为勺管的位移信号，通过勺管的深度调节，调节耦合器内的油膜厚度，达到转速的调节；5与6为机械对应关系，工作油量调节主要是为节省能量，同时带走耦合器工作时产生的热量。

图3 液力耦合器

1-.电液转换装置.（VEHS图5.17-3） 2..3 -均为主动轮（增速比为29：115） 4-次级轮.

5.工作油控制棒. 6.勺管

图3 VEHS内部结构示意图

该电液转换装置工作原理为，通过6接收控制命令，PID 3接收6和7的偏差信号，经过计算后输送给4磁性控制器，控制5控制片，调节AB通道的进油量，达到控制8的两个腔室的油量，8内部的调节杆连接9勺管，最终控制勺管深度，以此控制液力耦合器的工作油量，最终达到控制给水泵的转速。

3. 2. 主给水泵组

本体有温度探头，振动探头，轴位移探头和转速探头组成，其中参与跳泵的只有温度信号，与1#、2#机组相比，减少了轴位移探头跳泵的信号。温度信号分别布置在给水泵、前置泵的驱动端和非驱动端上面以及电动机上，采用三取二的跳泵逻辑由控制系统进行控制。下表仅列出A泵前置泵和给水泵的温度探头和振动探头分布：（B/C泵与A泵一样，仅仅编号差别）

表1 A泵给水泵和前置泵的探头分布

这些温度探头在控制系统中采取三取二跳泵原则，温度达到90℃时，产生报警信号，100℃时，给水泵跳闸。厂家的给水泵和前置泵振动值达到7.1mm/s时报警，跳闸值11.2mm/s，液力耦合器的振动值在5.6mm/s时报警，8 mm/s时跳闸。34#机组的振动值没有进入DCS参与跳闸控制，只是进行了显示。

4. 改进及调试过程中问题

3. 1. 改进项

初始机组主给水泵转速调节使用的“汽/水压差”信号（量程为0－1.6MPa）是通过“主蒸汽压力”的VVP004MP测量信号（量程为0－8MPa）和“主给水压力”的ARE002MP测量信号（量程为0－10MPa）相减得出的。这样导致当测量信号有变化时，压差信号将进行5－6倍的放大，对主给水泵转速调节系统带来很大的扰动，影响机组的安全、稳定运行。因此在后续机组增加汽水压差变送器ARE003/004/005MPD（3块，形成中选逻辑）,压差变送器直接测得压差信号，而不是通过相减运算得出，减少了信号放大后造成的控制系统调节不稳定的现象。

3. 2. △P压降的调整修正主给水泵转速

电动给水泵转速的最初调试是根据设计院的理论值在控制系统中进行参数设置，后续机组的负荷信号通过满负荷的总流量表示，满负荷时约为3900t/h，理论值△P最大为12bar，通过现场实际验证发现，理论值偏小，并且根据现场实际汽机负荷和主给水调节阀的调节开度，通过恒定的阀门压降设计时只有 3.5±0.5BAR,虽然阀门压降能够控制下来，但是在满负荷工况下，主调节阀的调节开度会达到75%，由于调节阀的调节不是线性的，即在90%的开度之上时，实际的调节流量不会正比例的增长，在这样的工况下，当旁阀全关闭时，主调节阀的调节能力不能满足全负荷工况需求，所以最终通过现场实际运行试验及重新修正汽水压差△P到14bar，才将主给水调节阀门的压降恒定在6.5±0.3BAR，这时，主调阀的开度降到50%，当旁阀全关时，主调阀也就开到75%，大大调高了主调节阀的调节能力，提高主给水的调节性能，下表为修正后的△P与负荷关系的对照表。

3. 3. 现场仪表问题

在机组运行期间，给水泵和前置泵的振动探头基数值较大，在静态时最高就有2.7mm/s，当运行起来之后，特别是在升速到全速时，振动超过了报警值7.1mm/s，严重影响了运行人员的现场判断，首先检查的是振动探头，但是发现仍旧没有改变，最终在模拟试验更换信号转换卡件的情况下，故障消除，探头为电涡流信号，把电压信号送入卡件，卡件把信号转换为电流信号送往上层控制。同时，一些就地指示的温度计设计不合理，如APA142LT，该温度计安装在泵本体上，温度计核心为玻璃体，外部有铜壳包裹，同时现场振动较大，玻璃体核心很容易破碎。

5. 结语

从一开始主给水泵组的现场仪表通道验证及仪表问题的处理，到控制系统中参与对给水泵系统的控制逻辑要求的各个条件的实现，开始能够使给水泵能够在控制下运行，并且能够实现各个泵之间的切换试验及转速的手自动控制调速，最终通过恒定阀门压降，重新对转速的标定，使给水泵的转速控制能够在二回路各个负荷的阶段都能有合适的转速工况符合要求，进一步加深了对给水泵系统工作的条件，并且也重新了解了现场各个仪表所起到的重要作用。并且通过对该系统的调试，对其他系统之间的相关联也有了更深认识。

参考资料

[1] M310型核电机组影响蒸汽发生器液位测量通道的因素分析，2014，自动化与仪器仪表.

[2]M310型核电站给水泵配置优化探讨,2006，核动力规程.