AP1000核电机组主泵运行特点分析

摘    要：本文简要介绍了三门核电AP1000主泵的结构、供电和控制，具体分析了AP1000主泵的运行特点，并讨论了主泵的启动和停运顺序。

关键词：AP1000;反应堆冷却剂泵;变频器

中图分类号：TM623            文献标识码：A               文章编号：1004-7344（2019）03-0100-01

AP1000核电机组的运行特点之一即为采用全密封式的反应堆冷却剂屏蔽电动泵，从而消除了轴密封式主泵上可能发生的因轴封损坏造成冷却剂泄漏的隐患。虽然AP1000主泵具有转动惯性大、可靠性高、维护保养要求低的特点，但是由于如此大功率的屏蔽泵首次在核工业界应用，故AP1000主泵的制造、调试、运行、维修等相关技术一直得到业界广泛的关注。本文将通过分析AP1000主泵及其变频器的特性和技术要求，总结出AP1000屏蔽式主泵的运行特点，为AP1000主泵的安全稳定运行奠定基础。

1  AP1000主泵结构介绍

AP1000主泵是一台立式、单级离心泵AP1000主泵由水力部件、电机部件和其他部件组成，分别简介如下：

（1）水力部件

主泵的水力部件主要包括泵壳和叶轮，用于提供冷却剂流通的通道。

（2）电机部件

主泵屏蔽电机是单绕组、四极、三相、屏蔽套式感应电机，采用变频器启动和运行。变频调速控制装置降低了冷态工况时的电机功率，从而最大限度地缩短电机尺寸。

（3）轴承

主泵装有三个轴承，两个径向轴承和一个双向推力轴承，都在电机一侧，轴承采用水润滑方式。在泵启停过程中和正常运行时，通过一回路冷却剂冷却轴承以保证轴承的寿命。

（4）屏蔽套

为将电机的定子绕组和转子与一回路冷却剂介质完全隔绝开来，设置两个屏蔽套，即定子屏蔽套和转子屏蔽套。正常运行期间定子屏蔽套内充满氮气，转子屏蔽套外充满与一回路压力相同的冷却剂，用来导出热量和润滑轴承。主泵电机的定子和转子均密闭在耐腐蚀的屏蔽套中。

（5）飞轮

AP1000主泵屏蔽电机设置上下两个飞轮，以增加主泵的惰转流量。飞轮固定在屏蔽泵的主轴上，材料采用钨合金，以在有限体积内实现高转动惯量。

2  AP1000主泵供电简介

AP1000四台主泵分别由汽轮机厂房的四段中压母线供电，每台主泵配置一台入口断路器、一台变频器和两台串联的1E级断路器。主泵1E级断路器是AP1000中仅有的1E级交流断路器，以满足主泵安全跳闸的要求。

在反应堆正常运行时，变频器用于将我国的中压50Hz电源转变成主泵电机工作所需的60Hz交流电源;在反应堆升温或冷却过程中，变频器提供低频电源使主泵低速运行，以在反应堆冷却剂温度较低的工况下防止主泵超功率。

西屋推荐AP1000主泵配置的变频器是西门子公司生产的WCIII-HA型高压大容量变频器，采用脉冲宽度调制（PWM）技术。变频器主要包括以下设备：输入隔离变压器、功率单元、控制单元、冷却单元等。输入隔离变压器用于将汽轮机厂房的中压母线侧电压变换为二次侧的18组低压，每组低压为一个功率单元提供输入，每个功率单元都相当于一台“交流-直流-交流”电压型单相输出的低压变频器，主泵变频器的输出电压每相由6个功率单元串联组成，三相共18个功率单元构成。

3  主泵断路器的控制

主泵通过一台入口断路器和两台1E级断路器与常规岛中压母线相连，其中入口断路器用于正常的接通、断开主泵和保护变频器，1E级断路器用于事故情况下使主泵可靠跳闸。

主泵断路器既接收来自PMS和DAS的停运逻辑信号，也接受PLS的控制信号，其中入口断路器接收来自DAS的主泵跳闸信号和来自PLS的主泵跳闸信号，并设置有与变频器连锁的信号：当变频器完成预充电并且无变频器故障信号时自动闭合入口断路器;当变频器出现故障时自动断开入口断路器。1E级断路器只接收来自PMS的主泵跳闸信号。另外入口断路器和1E级断路器均接收电气保护跳闸信号。

通过以上主泵断路器控制方式的设计，不但可以保证在事故工况下主泵可靠停运，而且可以在变频器故障时断开上游入口断路器，保护变频器并防止主泵出现事故分析中未曾分析过的超速或低速运行工况。

4  主泵变频器的控制

主泵变频器有两种控制模式：“gangcontrol”和“individualcontrol”。在“individualcontrol”模式下，每个变频器设定值控制一台主泵;在“gangcontrol”模式下，每个变频器设定值同时控制四台主泵运行。

为了避免主泵在其共振频率附近长时间运行，同时也为了防止主泵出現事故分析中未曾分析过的超速或低速运行工况，主泵转速设定值只能在0%、23.6%、50%、88%、100%五个离散的数值中选取。

5  变频器的运行要求

为了防止中压母线的突然加压对变频器单元中的电容器造成冲击损坏，变频器采用预充电技术，即在变频器上游入口断路器得电之前先利用其他电源来给电容器逐渐充电，充电完成后自动闭合中压入口断路器。

6  总 结

（1）AP1000屏蔽式主泵取消了润滑油、顶轴油、轴封水等支持性系统，控制更加简单，但是由于定子和转子屏蔽套的使用导致传热困难，需要更加关注主泵的冷却情况;

（2）AP1000屏蔽式主泵供电回路上串联了一台非1E级和两台1E级断路器共3台断路器，这些断路器分别执行不同的控制保护功能，在运行、维修等活动中需要关注3台断路器在电站不同运行工况下的状态;

（3）主泵变频器的使用虽然可以降低主泵的启动功率，减少主泵的电机尺寸，但是主泵变频器的可靠性直接影响主泵的运行。为此，运行人员不但需要在正常运行时关注变频器的运行状态，而且需要在反应堆启动、反应堆停运或主泵停运、中压母线快切等瞬态过程中加强对变频器运行状态的监视，以保证主泵的正常运行;

（4）AP1000主泵不设置防倒转装置，允许主泵在倒转工况下连续运行。但此时应注意保证倒转主泵的冷却，并防止影响PRHRHX的运行。

收稿日期：2018-12-9

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