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核電廠主給水泵轉(zhuǎn)速控制摘要:本文結(jié)合多年核電廠調(diào)試、運(yùn)行工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)核電廠主給水泵轉(zhuǎn)速控制進(jìn)行總結(jié),并對(duì)核電廠主給水泵轉(zhuǎn)速控制的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行探討,得出良好控制實(shí)踐。關(guān)鍵詞:主給水泵轉(zhuǎn)速控制、數(shù)字化控制、液力耦合器SpeedcontrolofmainfeedwaterpumpinnuclearpowerplantZhouZurongAbstract:Basedonyearsofexperienceincommissioningandoperationofnuclearpowerplants,thispapersummarizesthespeedcontrolofthemainfeedwaterpumpinnuclearpowerplants,anddiscussestherealizationmethodsofthespeedcontrolofthemainfeedwaterpumpinnuclearpowerplants,andobtainsgoodcontrolpractices.Keywords:Mainfeedwaterpumpspeedcontrol,digitalcontrol,hydrauliccoupler.引言主給水泵系統(tǒng)是核電機(jī)組運(yùn)行所必需的重要系統(tǒng)之一,是核電廠二回路中提供給水的重要設(shè)備。電廠每套機(jī)組一般共有三臺(tái)電動(dòng)給水泵。正常運(yùn)行時(shí),兩臺(tái)運(yùn)行,一臺(tái)備用,任何一臺(tái)給水泵均可作為備用泵。當(dāng)兩臺(tái)運(yùn)行泵中有一臺(tái)事故停泵時(shí),備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。運(yùn)行人員操作主控制室臺(tái)盤上的旋推式燈開關(guān)進(jìn)行電動(dòng)給水泵的啟停,通過分散控制系統(tǒng)(DCS)的順序控制系統(tǒng)(scs)邏輯執(zhí)行。并且,三臺(tái)電動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速均有DCS控制,DCS接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)后,將信號(hào)輸入給就地的液力耦合器來控制主給水泵的轉(zhuǎn)速。

主給水泵轉(zhuǎn)速的理論依據(jù)及實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制1.給水泵調(diào)速的理論依據(jù)轉(zhuǎn)速控制的目的是保證蒸汽發(fā)生器的給水母管和蒸汽母管之間的壓差等于一個(gè)隨負(fù)荷變化的整定值,以維持給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥前后壓差恒定使調(diào)節(jié)閥的開度與流量始終保持良好的線性關(guān)系,改善調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。下圖1是給水泵調(diào)速的理論依據(jù):0.&0Q10.&0Q1Jak100\圖1給水母管與蒸汽母管之間的壓降示意圖調(diào)節(jié)的理論依據(jù)是給水母管和蒸汽母管的總壓降A(chǔ)P,而AP由上圖的API△P2,AP3,AP4組成:P1為給水泵出口與蒸發(fā)器給水進(jìn)口之間的高度位差,是固定值:P2為主給水調(diào)節(jié)閥閥門前后壓降,設(shè)計(jì)為恒定值:P3蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的壓降,隨負(fù)荷而變:

P4蒸汽管線和給水管線內(nèi)的壓降,隨負(fù)荷而變:1.給水泵調(diào)速的數(shù)字化控制宦—<中I I vwaJH:=V■....1蠱鼻二口勺邑-1宦—<中I I vwaJH:=V■....1蠱鼻二口勺邑-1二二二二二一-二二■二一一圖2主給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的SAMA原理圖圖2是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的原理圖,以汽水壓差作為過程值,汽水母管差壓信號(hào)由ARE003/004/005/MPD三塊壓差表測(cè)量,并且經(jīng)過中選;主蒸汽流量有001/003/004MPD,002/005/006MPD測(cè)得,且經(jīng)過中選后求和運(yùn)算,得出一個(gè)汽機(jī)負(fù)荷信號(hào),然后經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器ARE401RC與汽水母管差壓中選信號(hào)進(jìn)行做差比較,將偏差信號(hào)平均分成3份,分別送到APA101RC,APA201RC,APA301RC,再送到就地的液力耦合器,通過液力耦合器調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速,其中3號(hào)泵為備用泵,泵本身沒有運(yùn)行,但是在調(diào)節(jié)過程中,3號(hào)機(jī)的液力耦合器仍然工作,為的是兩臺(tái)運(yùn)行的泵其中一個(gè)跳泵時(shí),備用泵能夠快速的按照液力耦合器的調(diào)節(jié)達(dá)到指定轉(zhuǎn)速,同時(shí)保證泵的出口壓頭和流量都隨負(fù)荷變化而變化。轉(zhuǎn)速的控制部分可以由DCS控制和主控臺(tái)盤上的SPEC200手操同時(shí)控制,但DCS控制優(yōu)先。轉(zhuǎn)速控制的本身允許條件給水泵轉(zhuǎn)速控制時(shí),只有泵本身的運(yùn)行條件滿足時(shí),才能進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。電動(dòng)給水泵組有給水泵、液力耦合器、電動(dòng)機(jī)、前置泵組成,其中前置泵將除氧器的水打入給水泵,液力耦合器接受調(diào)節(jié)信號(hào),通過變速使給水泵將給水打入高壓加熱器。1.1.液力耦合器液力耦合器是給水泵調(diào)速的主要設(shè)備,采用無極調(diào)速,初級(jí)轉(zhuǎn)速為5921轉(zhuǎn)由于2.6%的滑差損失,所以最大輸出轉(zhuǎn)速為5768轉(zhuǎn),內(nèi)部有主動(dòng)輪和次級(jí)輪之分,主動(dòng)輪之間的增速比為29比115,主動(dòng)輪連接電動(dòng)機(jī),次級(jí)輪連接給水泵,調(diào)速過程中,液力耦合器內(nèi)的勺管接受信號(hào),通過內(nèi)部電液轉(zhuǎn)換裝置,改變的勺管調(diào)節(jié)深度,調(diào)節(jié)耦合器內(nèi)的工作油量,工作油量越大,則耦合器內(nèi)的壓力越大,則次級(jí)輪與主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速越接近,但是不會(huì)超過主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速。圖3為液力耦合器示意圖,從圖中可以開始看出液力耦合器共有兩個(gè)綠色的調(diào)節(jié)棒,5為工作油調(diào)節(jié)棒,6為勺管,勺管的控制有1電液裝換裝置控制,1接受DCS給的4-20MA信號(hào),轉(zhuǎn)換為勺管的位移信號(hào),通過勺管的深度調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)耦合器內(nèi)的油膜厚度,達(dá)到轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié);5與6為機(jī)械對(duì)應(yīng)關(guān)系,工作油量調(diào)節(jié)主要是為節(jié)省能量,同時(shí)帶走耦合器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。

圖3圖3液力耦合器1-.電液轉(zhuǎn)換裝置.(VEHS圖5.17-3) 2..3-均為主動(dòng)輪(增速比為29:115)4-次級(jí)輪.5.工作油控制棒.6.勺管H冶減心on2S/ch:kdragr?T?cfVE^Sm-cant^t廿冊(cè)寸fGWJ陽(yáng)E旳血2外3訶日尸如陽(yáng)PaSi'tofiiTPgGdntnj.U-erMagn百勺匸Err■&c^ntmisrUo什沏pjnVa5fftrcantmj'BrPa^rfronpffkup占Da廠?沖gpaEaningsj^inder§£cm,&tufl&圖3VEHS內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖該電液轉(zhuǎn)換裝置工作原理為,通過6接收控制命令,PID3接收6和7的偏差信號(hào),經(jīng)過計(jì)算后輸送給4磁性控制器,控制5控制片,調(diào)節(jié)AB通道的進(jìn)油量,達(dá)到控制8的兩個(gè)腔室的油量,8內(nèi)部的調(diào)節(jié)桿連接9勺管,最終控制勺管深度,以此控制液力耦合器的工作油量,最終達(dá)到控制給水泵的轉(zhuǎn)速。主給水泵組本體有溫度探頭,振動(dòng)探頭,軸位移探頭和轉(zhuǎn)速探頭組成,其中參與跳泵的只有溫度信號(hào),與1#、2#機(jī)組相比,減少了軸位移探頭跳泵的信號(hào)。溫度信號(hào)分別布置在給水泵、前置泵的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端上面以及電動(dòng)機(jī)上,采用三取二的跳泵邏輯由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。下表僅列出A泵前置泵和給水泵的溫度探頭和振動(dòng)探頭分布:(B/C泵與A泵一樣,僅僅編號(hào)差別)表1A泵給水泵和前置泵的探頭分布設(shè)計(jì)編號(hào)設(shè)備名稱設(shè)計(jì)說明APA1雙支給水泵A前置泵驅(qū)動(dòng)端徑向01KT熱電阻軸承溫度1APA1雙支給水泵A前置泵驅(qū)動(dòng)端徑向02KT熱電阻軸承溫度2APA1雙支給水泵A前置泵驅(qū)動(dòng)端徑向03KT熱電阻軸承溫度3APA1雙支給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端徑04KT熱電阻向軸承溫度1APA1雙支給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端徑05KT熱電阻向軸承溫度2

APA1雙支給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端徑06KT熱電阻向軸承溫度3APA107KT雙支熱電阻給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端推力軸承溫度1APA1雙支給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端推08KT熱電阻力軸承溫度2APA1雙支給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端推09KT熱電阻力軸承溫度3APA1雙支給水泵A主泵驅(qū)動(dòng)端徑向軸11KT熱電阻承溫度1APA1雙支給水泵A主泵驅(qū)動(dòng)端徑向軸12KT熱電阻承溫度2APA1雙支給水泵A主泵驅(qū)動(dòng)端徑向軸13KT熱電阻承溫度3APA1雙支給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端徑向14KT熱電阻軸承溫度1APA1雙支給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端徑向15KT熱電阻軸承溫度2APA116KT雙支熱電阻給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端徑向軸承溫度3APA117KT雙支熱電阻給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端推力軸承溫度1APA118KT雙支熱電阻給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端推力軸承溫度2APA119KT雙支熱電阻給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端推力軸承溫度3APA101MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A前置泵驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)XAPA102MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A前置泵驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)YAPA103MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)X

APA1振動(dòng)給水泵A前置泵非驅(qū)動(dòng)端軸04MV檢測(cè)元件承振動(dòng)YAPA105MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A主泵驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)XAPA106MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A主泵驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)YAPA107MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)XAPA108MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A主泵非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)YAPA110MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A液力耦合器輸入軸承側(cè)振動(dòng)APA111MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A液力耦合器初級(jí)軸承側(cè)振動(dòng)APA112MV振動(dòng)檢測(cè)元件給水泵A液力耦合器輸出軸承側(cè)振動(dòng)這些溫度探頭在控制系統(tǒng)中采取三取二跳泵原則,溫度達(dá)到90°C時(shí),產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),100C時(shí),給水泵跳閘。廠家的給水泵和前置泵振動(dòng)值達(dá)到7.1mm/s時(shí)報(bào)警,跳閘值11.2mm/s,液力耦合器的振動(dòng)值在5.6mm/s時(shí)報(bào)警,8mm/s時(shí)跳閘。34#機(jī)組的振動(dòng)值沒有進(jìn)入DCS參與跳閘控制,只是進(jìn)行了顯示。改進(jìn)及調(diào)試過程中問題1.1.改進(jìn)項(xiàng)初始機(jī)組主給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)使用的“汽/水壓差”信號(hào)(量程為0—1.6MPa)是通過“主蒸汽壓力”的VVP004MP測(cè)量信號(hào)(量程為0—8MPa)和“主給水壓力”的ARE002MP測(cè)量信號(hào)(量程為0—10MPa)相減得出的。這樣導(dǎo)致當(dāng)測(cè)量信號(hào)有變化時(shí),壓差信號(hào)將進(jìn)行5—6倍的放大,對(duì)主給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來很大的擾動(dòng),影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此在后續(xù)機(jī)組增加汽水壓差變送器ARE003/004/005MPD(3塊,形成中選邏輯),壓差變送器直接測(cè)得壓差信號(hào),而不是通過相減運(yùn)算得出,減少了信號(hào)放大后造成的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。1.1.△P壓降的調(diào)整修正主給水泵轉(zhuǎn)速電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速的最初調(diào)試是根據(jù)設(shè)計(jì)院的理論值在控制系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,后續(xù)機(jī)組的負(fù)荷信號(hào)通過滿負(fù)荷的總流量表示,滿負(fù)荷時(shí)約為3900t/h,理論值A(chǔ)P最大為12bar,通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),理論值偏小,并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際汽機(jī)負(fù)荷和主給水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)開度,通過恒定的閥門壓降設(shè)計(jì)時(shí)只有3.5±0.5BAR,雖然閥門壓降能夠控制下來,但是在滿負(fù)荷工況下,主調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)開度會(huì)達(dá)到75%,由于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)不是線性的,即在90%的開度之上時(shí),實(shí)際的調(diào)節(jié)流量不會(huì)正比例的增長(zhǎng),在這樣的工況下,當(dāng)旁閥全關(guān)閉時(shí),主調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力不能滿足全負(fù)荷工況需求,所以最終通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)及重新修正汽水壓差A(yù)P到14bar,才將主給水調(diào)節(jié)閥門的壓降恒定在6.5±0.3BAR,這時(shí),主調(diào)閥的開度降到50%,當(dāng)旁閥全關(guān)時(shí),主調(diào)閥也就開到75%,大大調(diào)高了主調(diào)

節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力,提咼主給水的調(diào)節(jié)性能,下表為修正后的AP與負(fù)荷關(guān)系的對(duì)照表?!鱌(Mpa)0.60510.61250.61560.640.971.11.151.31.4△P(Mpa)0.60510.61250.61560.640.971.11.151.31.4100 4000 1.41.1.現(xiàn)場(chǎng)儀表問題在機(jī)組運(yùn)行期間,給水泵和前置泵的振動(dòng)探頭基數(shù)值較大,在靜態(tài)時(shí)最高就有2.7mm/s,當(dāng)運(yùn)行起來之后,特別是在升速到全速時(shí),振動(dòng)超過了報(bào)警值7.1mm/s,嚴(yán)重影響了運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)判斷,首先檢查的是振動(dòng)探頭,但是發(fā)現(xiàn)仍舊沒有改變,最終在模擬試驗(yàn)更換信號(hào)轉(zhuǎn)換卡件的情況下,故障消除,探頭為電渦流信號(hào),把電壓信號(hào)送入卡件,卡件把信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)送往上層控制。同時(shí),一些就地指示的溫度計(jì)設(shè)計(jì)不合理,如APA142LT,該溫度計(jì)安裝在泵本體上,溫度計(jì)核心為玻璃體,外部有銅殼包裹,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)較大,玻璃體核心很容易破碎。5.結(jié)語(yǔ)從一開始主給水泵組的現(xiàn)場(chǎng)儀表通道驗(yàn)證及儀表問題的處理,到控制系統(tǒng)中參與對(duì)給水泵系統(tǒng)的控制邏輯要求的各個(gè)條件的實(shí)

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