輔助給水泵的運行方式及其安全性論證

劉日飛

【摘 要】輔助給水系統（ASG）屬于核電廠專設安全設施之一。輔助給水泵作為該系統的重要設備，對系統安全功能實現起著極其重要的作用。在任一正常給水系統（由于CVI、CEX、ABP、ARE或APA失效）失效時，輔助給水泵啟動導出堆芯余熱，直至RRA投入，堆芯余熱通過GCT導出。此外輔助給水系統作為失去主給水供應時向蒸汽發生器二回路側供應給水的后備系統。本文主要介紹了輔助給水泵的設備情況，及在不同的運行工況下如何實現其安全功能。

【關鍵詞】輔助給水泵;安全功能;運行;故障處理

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0164-003

1 設備描述

輔助給水系統（ASG）是壓水堆核電廠專設安全設施之一。為滿足單一故障準則，ASG系統設計成雙系列2×100%容量。輔助給水系統一個母管對應2臺50%容量的電動泵，另一個母管對應2臺50%容量的汽動泵。兩臺電動泵分別為A、B兩個系列，兩臺汽動泵也分別為A、B兩個系列。四臺泵中的每臺泵流量大約為100m3/h。

1.1 電動給水泵

兩臺50%電動泵是九級臥式離心泵。進水接管和排水接管設有垂直的法蘭連接面。泵由6.6kV感應電動機驅動。電動泵是自潤滑的。電動泵和電動機由被輸送的流體進行冷卻。

1.2 ASG汽動泵和汽輪機

兩臺50%的汽動泵為兩級臥式離心泵，由汽輪機驅動。泵的葉片和汽輪機的葉輪做在一根軸上，該軸由2個水潤滑徑向軸承支撐。ASG的汽動泵從VVP管道分3根管道引入新蒸汽，每一根管道都可以提供足夠蒸汽流量。在進行試驗期間可以接受SVA來的新蒸汽。每一根管道裝有一只氣動隔離閥，它能在維修汽輪機時進行雙重的隔離，或者在發生一回路/二回路之間的泄漏時隔離被污染的蒸汽管道。汽動閥門137/138VV（并列布置）和237/238VV（并列布置）作為ASG泵的啟動隔離閥門。136/236VV被壓力控制器用來控制進入汽動給水泵的蒸汽流量，然后調整汽動給水泵的出口壓力。

汽輪機為單級汽輪機。汽動泵的轉速不需要帶電設備或電信號線來控制。通過壓差調節器控制調節閥136/236VV的開度來調節流向汽輪機的蒸汽流量使得泵的流量調節以滿足運行需求。超速保護裝置控制關斷閥門135/235VV。

2 輔助給水泵的各種運行工況

2.1 正常運行

定義：當電站正常運行時（定義為反應堆正常運行，汽輪發電機與電網相連接），ASG系統停運并保持備用狀態，或者進行不影響系統的最小供水能力的短期試驗。

2.1.1 電動泵001PO-002PO

兩臺電動泵停運，并保持在備用狀態，由來自反應堆保護系統的自動信號啟動，或者由來自主控室或應急停堆盤的手動信號啟動。

2.1.2 汽動泵003PO-004PO

兩臺汽動泵停運，并保持在備用狀態，等待啟動信號。其供汽系統一直處于加熱狀態，加熱范圍到常關閥門137VV、138VV和237VV、238VV。蒸汽通過疏水閥加熱汽輪機和管道直至消音器。位于供氣管道前端的氣動隔離閥VVP127VV，128VV，129VV是常開的，只有當主蒸汽管線由于蒸汽發生器一次側與二次側之間有泄漏而污染時，這些閥才可關閉。分離器001ZE/003ZE投入運行，通過蒸汽疏水器001PU、002PU排出凝結水。這些凝結水和汽輪機等排出的凝結水一樣，都通過汽水分離器002ZE、004ZE排向核島排氣和疏水系統。截止閥135VV/235VV開啟。調節蒸汽流量用的調節閥136VV/236VV由壓力控制器調節。額定轉速在制造時預設。

2.1.3 調節閥012VD至017VD

正常情況下這些閥門全開，收到反應堆保護系統的信號后全開，需要復位后才可以手動調節其開度。

2.2 輔助給水泵的啟動

2.2.1 失去給水引起的事件

（1）當一臺蒸汽發生器的水位通道2/4檢測到低低水位以及有關蒸發器的ARE低流量時，ASG的2臺電動泵和2臺汽動泵同時啟動。

（2）若一臺蒸汽發生器的水位通道檢測到的低低水位保持延時8分鐘以后，2臺電動泵和2臺汽動泵同時啟動。

（3）當主給水泵（APA）和啟動給水系統（APD）脫扣時，如果RRA沒運行（即RRA低流量），ASG的2臺電動泵在時間延遲5秒鐘后接到一個自動啟動信號。? ? ? ? ? ? ?2.2.2 導致失去正常給水的事件

（1）當反應堆冷卻劑泵低低轉速（2/3）時，ASG的2臺汽動泵自動啟動。

（2）當CEX泵的供電配電盤至少2/3失去中壓電源時，ASG的電動給水泵在延時6秒后自動啟動。

2.2.3 造成給水切斷的事件

（1）當一臺蒸汽發生器的2/4水位通道檢測到高高水位時RPR自動關閉主給水管道上的閥門，并使APD和APA泵脫扣， 證實上述動作會啟動ASG電動泵。

（2）安全注入：SI信號APD和APA泵脫扣，關閉主給水管道上的閥門。APD和APA泵的脫扣證實SI信號，SI信號直接啟動ASG電動泵。

2.2.4 未能緊急停堆的預期瞬態（ATWT）

當失去二回路排熱，而且反應堆脫扣失效時，由（中間量程中子通量兩個通道均大于30%Pn和兩臺蒸汽發生器給水流量<6%Qn）給出的ATWT信號，會使主汽輪機脫扣并自動啟動電動和汽動泵。

2.3 特殊穩態運行

2.3.1 蒸汽發生器的充水

利用電動泵來給蒸汽發生器充水，需要的水從貯水箱吸取。箱內的水位通過啟動除氧裝置或依靠相鄰電站機組的抽取泵逐漸進行再調整。

從每臺蒸汽發生器的給水管線取給水樣品。檢查水的化學特性，樣品沿著一根單一的管線輸送至非放射性實驗室，每次當由輔助給水代替主給水時自動地與主給水化學取樣管線相連接。

2.3.2 電動啟動——反應堆臨界

在電站啟動時，ASG電動泵或汽動泵可以替代啟動給水系統運行以保持蒸汽發生器的水位，這個水位應接近（±5%）零負荷下的推薦水全（窄量程約33%），還用以補償由于啟動操作而引起的二回路水的損耗。

在蒸汽發生器升溫的最初時刻，如果二回路側壓力仍很低（1MPa），則應減少控制閥ASG012VD，014VD，016VD的開度，使泵避免超流量運行。

2.4 特殊瞬態運行

2.4.1 汽輪機001/002TC超速

由于突然失去負荷或汽輪機001/002TC調速器運行不正確可能會造成超速狀態。最先可供使用的保護手段是通過轉速表，它預先整定的值為額定轉速的110%，使截止閥135VV、235VV迅速關閉;如果電氣式超速保護裝置失效，還可通過機械式超速保護裝置實現，當汽動泵超速115%時，通過一套機械裝置打開錐形閥，也可使截止閥迅速關閉，從而停閉汽動泵;如果兩套系統都失效，還可以從控制室、遠程停堆站（KPR）或就地手動關閉閥門135VV或235VV。在三種情況的任一情況下，當汽源切斷時汽動泵就停運。當故障排除后，就必須復置閥門135/235VV的快速關閉系統復位，可通過兩種方法實現：（1）復置超速保護裝置;（2）用就地或主控復位按鈕將其復位。

2.4.2 泵001PO，002PO，003PO和004PO超流量

當由于故障或誤操作而使控制閥全開并且在二回路側壓力低于額定壓力下時，就可能有發生泵超流量運行的危險。在電廠啟動期間給蒸汽發生器充水時，或在蒸汽發生器的給水或主蒸汽泄漏的情況下，很容易使電動泵超流量運行。 考慮電動泵所需凈正吸入壓頭較低并有余量，可能達到180%額定流量的超流量，從水力學的觀點來看通常是可接受的。但是，它導致驅動電機超功率運行，因而有必要檢查電動機在這些情況下的負荷，使其不超過保護閾值，因為有過流可能導致輔助給水喪失。一旦超負荷，該機組的值長應減少調節閥012VD、014VD和016VD的開度，使各種參數回到其額定值。

由于當蒸汽發生器壓力低時，汽動泵通常是停運的，超流量的風險有所下降，但仍然存在。因為當APD系統不可用時泵用于向冷停堆工況的過渡。在接近過渡到RRA系統投入之前，蒸汽發生器二回路側的壓力約為0.76MPa。調節閥ASG013VD、015VD和017VD事故性地全開會使泵在超流量下運行。 由于供給水泵的主蒸汽壓力也是0.76MPa，所以發出的功率、泵子系統的轉速和泵的流量都降低了，從而避免了汽蝕的危險。

當發生超流量時：（1）減小ASG流量，即調節012VD至017VD的位置;（2）在控制室或就地降低汽動泵的轉速（當其運行時）;（3）停止電動泵或/汽動泵。

3 結語

世界各國的核電站設計中，都不約而同地采用各種有效手段提高輔助給水系統的可靠性。如采用多樣性方法，不但有采用電動泵、汽動泵，還有采用柴油機驅動泵的方案。同時還考慮設備的冗余性。其根本目的是通過提高應急給水的可靠性，達到降低堆熔概率的目的。方家山核電工程中，基于上述的目的，采用了輔助給水系統采用兩臺電動泵和兩臺汽動泵的四臺泵配置的改進，并進行了改進方案的分析。結果顯示：采用四臺泵方案對提高核電站的安全性有明顯效果。

方家山核電工程的兩臺電動輔助給水泵和兩臺汽動輔助給水泵在結構及工作原理上不同;在功能上則相同，即在正常給水喪失時，輔助給水泵啟動向SG供水，導出堆芯余熱，直至RRA投入。降低堆熔概率的目的，保證了核電廠的安全。

【參考文獻】

[1]田衛衛.輔助給水系統手冊（QFX17ASG002B30745GN C CFC 第2-5章）中國核電工程有限公司，2011年2月.

[2]田衛衛.輔助給水系統手冊（QFX17ASG006B30745GN B CFC 第6.1節）中國核電工程有限公司，2011年2月.