汽機沖轉過程中循環水泵跳閘故障分析

常英威

摘要：循環水系統在電廠二回路運行中起著重要的作用，作為二回路的最終熱井，該系統通過兩條帶有聯通管的管道向凝汽器提供冷卻水，帶走乏汽熱量，保證凝汽器一定的真空度以滿足發電的需要。如何應對此種事故，保證電廠機組安全，把機組從沖轉狀態轉入安全工況，需電廠運行人員提前分析，適時采取有效措施。

關鍵詞：汽機沖轉; 循環水泵跳閘故障;

汽輪機進行沖轉時，機組核功率一般維持在12-14%，控制棒處于手動控制方式。由于一回路處于過熱狀態，反應堆的熱量主要由汽機旁路系統GCT-c帶出。在沖轉過程中，GCT-c處于壓力控制模式，一般GCT-c的第一組閥GCT121VV會全開、GCT117VV有部分開度。此時蒸汽發生器由主給水系統APA供水，水位調節處于小閥控制的自動方式，除氧器處于定壓運行模式，已切換至主蒸汽系統VVP提供蒸汽，汽機軸封也已切至VVP供汽。

一、汽輪機沖轉時CRF002PO跳閘分析

1.CRF002PO的跳閘信號：（1）循環水泵潤滑油壓力低（<1.0bar.g）;（2）失去6.0KV電源;（3）啟動7min內，連通閥關時對應通道的任一只虹吸破壞閥開啟或連通閥開時任一通道的任一虹吸破壞閥開啟;（4）啟動7min后，連通閥關時對應通道的所有虹吸破壞閥都開啟或連通閥開時任一通道的所有虹吸破壞閥都開啟;（5）手動停運。在汽機沖轉過程中，上述的1、2 、4三個信號，可能會導致CRF002PO跳閘。

2.凝汽器鈦管損壞風險。由于安裝時的問題，CRF002PO實際上是為凝汽器A列水室供水，由于CRF002PO跳閘，使凝汽器A列喪失CRF冷卻水。此時凝汽器熱阱的熱量來源有兩個：一個為汽機沖轉時進入凝汽器的殘余做功蒸汽;另一個蒸汽旁路系統經噴淋減溫后的水或者汽。雖然凝汽器汽側相連，真空不至于迅速惡化，仍能靠CVI抽真空來維持（可能會導致備用真空泵啟動），但是此時相當于反應堆產生的熱量大部分都進入了沒有冷卻的凝汽器A列熱阱，對凝汽器鈦管造成嚴重威脅。承受蒸汽或者高溫水汽沖擊的鈦管，由于管壁厚度不夠或不均勻，極易造成鈦管脹接處損壞或破裂。鈦管破裂后必須停機進行檢修堵管處理，否則繼續運行一是會造成海水進入二回路，導致二回路水質惡化，對蒸汽發生器和二回路設備造成苛性腐蝕，損壞設備，機組由于水質條件限制無法滿功率運行甚至停堆;二是會造成熱交換效率下降。最終由于機組的停運檢修會導致電廠的經濟效益受到影響。汽機旁路系統GCT-c的第一組閥和第二組閥都是排放至凝汽器A列。在沖轉時，GCT-c的第一組閥部分開啟以帶出一回路的熱量，此時經過噴淋減溫的旁路蒸汽進入喪失冷卻水的凝汽器的A列。雖可通過關閉第一組蒸汽旁路系統排放閥前的手動隔離閥來阻止蒸汽的排放，但此時GCT-c處于壓力控制模式，第二組閥會自動開啟，仍是排放到凝汽器A列，并沒有解決對鈦管的威脅。GCT-c壓力模式閉鎖第三組閥的開啟，所以此時凝汽器B列并不能接收旁路排放蒸汽。所以，此時只能通過降低反應堆功率，并將一回路的熱量切換至大氣排放系統GCT-a進行排放，以阻止對凝汽器和鈦管的威脅。

3.輔助冷卻水系統SEN泵氣蝕導致常規島閉式冷卻水系統SRI失去冷卻、汽機軸承損壞的風險。CRF002PO跳閘后，對應的輔助冷卻水系統入口閥SEN002VC會自動關閉。但是由于SEN002VC動作時間過長（大概2分鐘左右），會導致SEN泵入口大量積氣，造成SEN泵出力不足，電流下降，甚至泵氣蝕。此時機組沖轉若處于臨界轉速區附近，極有可能由于CRF002PO跳閘導致凝汽器A列真空環境惡化，汽輪機軸系受力不均，汽機由于軸承振動高或脹差大而跳閘。由于SEN泵出力不足，會造成SRI水溫升高，此時汽機惰轉，潤滑油得不到足夠的冷卻，軸承溫度上升，造成軸承損壞甚至燒毀的事故發生。同時，SRI水溫上升，還會影響其他相應負荷，造成相關系統運行異常。

二、運行干預

1.干預處理的總原則是保證機組狀態穩定，確保設備的安全，避免上述風險發生。根據規程將機組狀態穩定后進行缺陷的處理。1）CRF002PO跳閘后主控會出現CRF006AA（CRF002PO跳閘）報警，一名操縱員根據報警卡AACRF001進行故障的判別和處理;二回路操縱員繼續負責監視汽輪機的運行情況和相關報警，關注低壓缸排氣溫度等凝汽器相關參數;一回路操縱員監視一回路相關參數無異常。2）關注汽輪機是否由于軸承振動高或脹差大而自動跳閘（否則立即手動打閘），一回路操縱員迅速插棒，以降低反應堆功率，減少旁路蒸汽向凝汽器A列的排放。同時降低到核功率10%FP P10（P7）以下，也是為了保證在處理事故的過程中不會由于與P7相與的邏輯信號出現而導致停堆（反應堆共有6個信號與P7信號相與產生停堆信號）。降功率過程中，二回路密切監視蒸汽發生器水位，及時與一回路操縱員協調，防止由于插棒過快而造成蒸汽發生器水位收縮而停堆，最終將核功率降至2%以下。與此同時，二回路操縱員將大氣排放閥GCT132/134VV置于“L”方式，將定值調至當前壓力值，并將GCT401RC定值緩慢上調至7.6MPa，由GCT-a帶出堆芯熱量。3）按照GS3規程進行打閘后的操作，確認汽輪機交流潤滑油泵GGR003PO和高壓密封備用油泵GGR010PO運行正常，頂軸油泵在相應轉速正確投運，油溫正常，汽機排汽口噴淋系統CAR噴淋閥正常開啟，汽輪機惰轉至“0”后迅速投入盤車，停運汽機調節油系統GFR油泵。4）跳閘后，根據報警卡進入ICR F 0 01規程，檢查CRF002PO跳閘后的自動動作正確，安排常規島人員迅速對SEN泵進行排氣，保證SEN泵的正常運行。若常規島人力不足，可從其他崗位調派人手進行支援。若SEN泵已氣蝕損壞，應密切關注SRI水溫和汽輪機軸承溫度及軸承回油溫度，必要時對SRI進行換水操作。若汽輪發電機組任何一軸承瓦塊金屬溫度大于112℃，或軸承回油溫度大于82℃，需立即破壞真空。5）機組狀態穩定后，聯系維修人員對CRF0 02PO跳閘原因進行檢查，并安排相應隔離進行檢修。同時按照保守決策的原則，可關閉GCT-c進入凝汽器A列閥門的手動隔離閥，將ADG和軸封的供汽切換至SVA。若檢修時間較長，可將主給水系統APA供水切至輔助給水系統ASG供水，并關閉主蒸汽隔離閥。

2.降低循環水泵啟停頻率。循環水泵最優運行方式變化與機組負荷變化和冷卻水溫度變化有關，通過分析機組負荷變化規律和冷卻水溫度變化規律的方式可有效解決此問題。機組負荷短期的波動導致最優運行方式變化，完全沒必要改變運行方式，在切換曲線附近兩種運行方式的經濟性本身就是比較接近的，短期的偏離最優運行方式對機組運行經濟性影響較小。一般每臺機組一天24h的負荷變化均有一定的規律可循，通過分析機組負荷變化規律可為循環水泵啟停提供有效指導。若循環水系統為開式水系統，其供水來自天然水源，則循環水入口溫度等于外界環境溫度中的循環水的溫度。若循環水系統為閉式水系統，其供水來自于冷卻塔，則循環水入口溫度不僅與外界環境有關，還與冷卻塔的冷卻效果有關。

綜上所述，由于機組設計了一系列保護系統，在汽機沖轉時發生一臺循環水泵跳閘的故障瞬態時，對汽輪機及凝汽器的影響是有限的。提出了增強循環水泵運行優化結果可操作性的方法，可有效減少循環水泵啟停次數、控制循環水泵高低速切換次數，為循環水泵運行優化結果的貫徹實施、提高機組運行經濟性提供了有效指導建議。

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