淺談核電站主給水泵配置利弊

李明

摘 要：核電站主給水系統是核電站常規島的重要系統，而主給水泵是主給水系統的核心設備，該文結合國內外常規電站與核電站的主給水泵配置方案，從驅動方式、驅動機構、備用泵設置及運行臺數等方面對多個核電站主給水泵配置特點進行了詳細分析，在主給水系統設備可靠性一定的前提下，合理的主給水泵配置方式有利于提高機組整體可用率，同時，主給水泵作為核電站常規島部分主要的輔助機械設備，其配置方式對核電站工程造價和運行的經濟性也有著顯著的影響。

關鍵詞：主給水泵 給水泵配置 利弊

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0070-02

核電站主給水系統為核島的蒸汽發生器提供合格的主給水，是核電站常規島的重要系統，而主給水泵是該系統的核心，對核電廠安全、穩定和經濟運行有非常重要的作用。

1 主給水泵驅動方式的比較

主給水泵的驅動方式主要有蒸汽汽輪機驅動和電機驅動兩種。汽動給水泵使用高壓缸抽汽作為驅動汽源，與電動泵相比，可以降低廠用電率及消除啟動電流過高的問題。常規火電機組蒸汽參數高且均為全速機，使用汽動泵作為驅動給水泵，效率較高，長期運行較為經濟，而對于核電站來說，主蒸汽參數低，蒸汽汽輪機驅動的效率較常規火電低得多。

國內已運行核電站中，如大亞灣、嶺澳一期等機組，主給水泵均為汽動給水泵。這主要與汽輪機的選型有關，兩個電廠都選用全速機。采用汽動給水泵可以降低主汽輪機排氣損耗，從而提高低壓缸末級的效率。

采用半速汽輪機的核電機組，不需要給水泵汽輪機幫著減輕主汽輪機的負擔。由于核電蒸汽參數降低，汽動給水泵效率下降，與電動給水泵相比，其運行經濟性方面的優勢已不明顯[1]。

電動泵系統比汽動泵系統簡單，占地面積也相對較小，其設計、土建、安裝和運行維護費用均比汽動泵有較大優勢。另外，電動泵的可靠性略高于汽動給水泵，事故恢復能力也要比汽動給水泵高。采用半速機的核電站汽輪機，選用電動給水泵較為合理。

2 主給水泵傳動機構的比較

國內核電站電動給水泵的傳動機構主要有齒輪箱傳動和耦合器傳動兩種，齒輪箱傳動的為定速泵，耦合器傳動的為調速泵。

定速給水泵給水調節系統的實質是給水泵特性曲線保持不變，通過調整給水閥門開度方式來改變給水管路流動阻力損失。

調速泵在給水管道阻力特性曲線給定的情況下通過改變給水泵轉速來改變給水泵特性曲線，實現調節給水流量、控制蒸汽發生器水位的目的。調速泵的揚程特性曲線隨給水泵轉速變化，當給水管路阻力特性曲線保持不變時，給水泵組的流量和揚程隨轉速的下降而下降[2-3]。

將兩種調節方式進行對比，分析如下。

（1）對于調速泵組，短時間的流量調節可以通過調整給水調節閥完成，長時間的流量調節可以通過調整泵組轉速完成。而定速泵流量的調節均通過調整給水調節閥完成，相對簡單。因此調速給水泵在正常運行時給水調節閥的壓力變化范圍和調節閥磨損比定速調節泵組小。

（2）給水泵需要有足夠的裕量以滿足系統的設計要求、克服給水調節閥的壓降及瞬態工況下的需求。調速泵的裕量可以通過轉速調節來抵消，在設計上不需要太大的裕量，給水泵可以在效率較高的設計工況點運行；而定速泵的裕量只能通過給水調節閥抵消，給水泵設計需要留較大的裕量，造成泵可能長期運行在非設計工況，效率相對偏低。

（3）定速給水泵組比調速給水泵組省了液力耦合器，設備初投資相對較小。另外，定速泵由于壓力變化較大，泵組設備磨損增大造成的維修費用與調速泵組的液力耦合器維修費用基本持平。總體來說，定速給水泵的經濟性較調速給水泵差[4]。

3 備用泵設置與否的比較

國內的1000 MWe級核電站，如CPR1000、M310改進型和VVER1000機組，均采用了備用泵，在單臺泵故障的情況下，快速啟動備用泵，在很短時間內備用泵即可達到最大轉速，可以迅速平衡跳泵造成的流量波動。而若考慮給水泵雙重故障，即一臺給水泵故障跳閘，備用泵聯啟失敗的情況時，EPR1000核電站和VVER1000電站因為運行給水泵臺數更多，單臺給水泵容量較小，單泵跳閘對蒸汽發生器水位調節帶來的沖擊小[5]。

國外有較多未采用備用泵的機組，在法國、美國、德國都有3臺55%給水泵配置（3臺泵都運行，采用泵的自身裕量作為備用）方式，給水泵有足夠的裕量，在單臺運行泵故障跳閘時，剩余的兩臺泵能承擔100%機組負荷。

部分三代核電站主給水系統沒有設置備用泵，且主給水泵的裕量也不大，一旦出現單泵故障跳閘，通過調整給水調節閥調節SG的水位，同時降負荷運行。該設計理念基于電動給水泵組的低故障率及故障情況下的快速修復能力，即電動給水泵故障幾率較小，即使出現故障了也可以在降負荷運行期間將泵快速修復，以及時恢復滿負荷運行，所以不設置備用泵，以降低建設投資和運維費用[6]。

4 主給水泵正常運行臺數的比較

理論上運行給水泵的臺數越多，在100%負荷范圍內的給水泵組特性曲線越平坦[7]。利用該特點，可以克服定速給水泵組在流量調節過程中節流損失較大的缺點。

同時，泵臺數的增加還降低了單泵跳閘對蒸汽發生器水位調節帶來的沖擊，減少了蒸汽發生器因低-低水位跳閘停堆的風險，增加了反應堆運行的安全性。但泵的臺數也并非越多越好，并聯泵臺數越多，給水泵配置總投資就越高，運行控制也越復雜。

5 結語

主給水泵是核電站常規島的主要設備之一，合理地選擇主給水泵的驅動方式、傳動機構、備用泵及運行泵的臺數，對核電站的經濟、安全、高效運行起著至關重要的作用。

參考文獻

[1] 陳娟，田瑞航.核電半速機組給水泵驅動方式的選擇[J].廣東電力，2005，18（8）：52-55.

[2] 郭建林.壓水堆核電站主給水系統調節方式與給水泵選擇方案探討[J].核電期刊，2004（6）.

[3] 趙亮，鐘雄，滿若巖.壓水堆核電站電動定速泵和電動調速泵的選型研究[J].電力技術，2010，19（9）：48-50，58.

[4] 羅海泉.大型壓水堆核電廠給水泵配置及選型分析[J].江西電力職業技術學院學報，2008，21（1）：12-14.

[5] 歐陽中華，胡勁松.M310型核電站給水泵配置優化探討[J].核動力工程，2006，27（2）：78-82.

[6] 程亮，徐智淵.AP1000核電給水泵系統設計及改進[J].機電工程技術，2013，42（2）：42-46.

[7] 郭立君.泵與風機[M].北京：水利電力出版社，2001.