秦二廠主給水泵液力耦合器電源改造運行分析及問題探究

張朝陽

（中核核電運行管理有限公司運行四處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦二廠3、4 號機自商運以來，由于主給水泵液力耦合器執行機構失電造成的事件有四起，三起導致停機停堆，一起因技術改造未造成瞬態，但頻度之高，后果之嚴重，讓我們不得不重新審視和思考，設備是不是真的就可靠了。 本文將對之前發生的歷次事件進行回顧，從個人的角度針對現階段存在的問題，提出一些意見和建議，希望可以引起更多的關注。

1 系統簡述及原理介紹

1.1 主給水系統簡述

主給水泵系統由3×50%容量的電動泵組構成，正常時兩臺運行，一臺自動備用，在各種周波電源條件下，在反應堆額定熱功率范圍內，通過電動給水泵的調速，向蒸汽發生器供水。

每臺主給水泵由前置泵、壓力級泵、驅動電動機、液力耦合器及增速齒輪箱、與電動給水泵相關的系統、最小流量系統、冷卻水系統和潤滑油系統組成。正常運行過程中，驅動電動機小軸驅動前置泵，而另一端驅動液力耦合器和增速齒輪箱間接驅動壓力級泵， 前置泵的額定轉速由驅動電動機決定，兩者同為1496 r/min，而壓力級泵則根據機組運行的狀態通過液力耦合器實現無級變速。

1.2 液力耦合器的構造及調速原理

液力耦合器是由Voith turbo 制造， 型號為R16K400M，帶有增速齒輪的勺管調節。 聯軸器包括以下部件：一次軸和一次渦輪、二次軸和二次渦輪、聯軸器殼、包括勺管控制機構的勺管套。 一次軸與一次渦輪、二次軸與二次渦輪之間都采用剛性連接。 一次軸通過變速齒輪箱與電動機相連接，二次軸與壓力級泵相連接。 一次渦輪、二次渦輪和聯軸器殼構成了工作腔。 勺管和勺管套與液力聯軸器是一個整體。 二次軸支承在勺管套上。

電動機通過接觸式撓性聯軸器將電動機的動能傳遞給齒輪液力聯軸器， 再通過增速齒輪傳遞給一次渦輪，一次渦輪的轉動使工作油被加速，機械能被轉化為工作油的動能，二次渦輪（相當于透平的功能）吸收了工作油的動能轉化為機械能， 并通過接觸式撓性聯軸器將能量無級地傳遞給壓力級泵。 工作油通過油循環閥進入工作腔，由于旋轉產生的離心作用，在工作腔內形成一個旋轉的油環。 勺管的位置決定了勺管腔內的油環的厚度， 同時也決定了工作腔內的油環厚度。 因此，對壓力級泵的無級調速可以通過控制勺管實現。

2 事件介紹及改造的運行分析

2.1 UPS 卡件故障事件回顧及分析

2012年3月，3LNQ 卡件故障，UPS 自動關機，致使整個配電盤失電。 機組設計液力耦合器執行機構失電后，勺管直接插到0%，泵的轉速降為0，同時失去出力。備用的主給水泵C 和正在運行的A 泵液力耦合器執行機構失電，而C 泵在手動啟動后也因勺管無電不能正常帶負荷輸出流量，最終導致SG 水位低低停堆。

正常運行時，A、B 泵保持運行，C 泵處于備用狀態，故將主給水C 泵液力耦合器執行機構電源技改到LNR 下，以保證LNQ 失電時，正在運行的B 泵不受影響，備用的C 泵可以正常帶負荷。 7月技改方案完成，因無窗口暫未實施。同年10月，3LNR 卡件故障失電，正在運行的B 泵和備用的C 泵失去電源，SG 水位低低停堆。

之后， 通過檢修電源對勺管驅動電源雙路供電，并實施運行隔離保證可靠性。月末，逆變器再次故障，3LNQ 配電盤失電。 因前期雙電源改造，未造成瞬態。

上述三次事件原因都是UPS 主板故障， 后期取消了LNQ/R 多點接地，對接地線重新接線，拆除了供數據下載，在UPS 運行中不起作用的A075 板，但未檢查出主板故障的根本原因。 為了及時發現失電問題，2013年3月技改增加了主給水泵轉速控制柜電源異常報警。

2.2 更換主給水泵振動探頭事件回顧及分析

2014年，維修更換振動探頭時接線錯誤，液力耦合器控制柜內雙電源切換的二極管模塊輸出短路，泵失去出力，SG 液位快速下降， 運行人員及時干預，未造成后果。 改造前控制柜內控制信號和報警信號共同供電，當報警模塊出現故障或短路時，上游直流雙電源喪失，控制模塊失電，液力耦合器失控，泵喪失出力。 因泵停運信號不能發出，備用泵未自啟。

控制模塊由二極管模塊雙路供電，而報警模塊由增加的電源模塊取電，同時在新的電源模塊上游增加空氣開關， 確保在下游模塊出現故障時上游電源安全，這就保障了重要控制電源的供電安全。

3 現階段存在的問題及改進建議

液力耦合器在供電方面出了不少問題，也做了不少改進。 但現階段，還是存在一些問題。

（1） 液力耦合器上游電源存在差別，LNR 有三路不同電源，而LNQ 卻只有兩路，LNQ 供電的冗余度不足。機組大修，輪停A 列母線時，逆變器正常和旁路電源失去，只剩下一路直流，這大大降低了下游負荷如DCS 等重要負荷的供電安全性。 因此建議將LNQ 旁路進線電源掛載到B 列380 V 配電盤。 通過系統手冊和電氣圖和配電盤實際考察，備用柜無論從單元模數還是負荷容量上都足以滿足旁路電源供電要求。

（2） 高溫高濕環境是液力耦合器失電的一個不容忽視的因素。在對之前發生的工單匯總后發現，有3 次卡件故障都是現場控制柜溫度過高造成的。 且控制卡件與報警卡件位于同一個柜內， 發生前述類似事件的風險較大。

建議柜內設通風扇， 增加柜子本身的排熱能力；將控制和報警卡件布置到不同控制柜內，減少柜內產熱。 同時，加強常規島廠房內濕度和溫度控制。

（3）液力耦合器電源從UPS 上游到本身再到控制電源都做到了冗余供電，保障了供電的可靠性，但是作為執行機構供電的最后一環——二極管直流切換模塊相對薄弱。 若二極管直流切換模塊故障，液力耦合器勺管也將失電，所以建議增加一塊同型號的二極管切換模塊，將冗余做完整。

（4）為了防失電，就要做冗余。 但加法又增加了新的故障點， 且主用故障能否快速可靠切換到備用，尚屬未知，故建議增加勺管失電保持功能。

勺管動作原理如下： 當勺管控制裝置得到調大命令后，經PID 控制器作用在控制銷上，推動四位三通閥門向右側移動壓縮彈簧， 控制油進入雙作用定位氣缸右側， 氣缸左側的控制油排出， 在兩側控制油的作用下， 氣缸活塞向左移動， 在活塞的帶動之下勺管向100%方向移動， 此時反饋裝置向PID 控制器反饋信號，對勺管實現閉環控制。 在調小勺管開度時，動作相反。 當勺管到達要求位置時，氣缸左右油路都不通，勺管穩定在固定位置。當勺管控制裝置失電后，處于壓縮狀態的彈簧推動四位三通閥使氣缸左側進油， 右側排油，勺管很快回歸零位，主給水壓力級泵將失去動力。

建議在排油管線上增加一個電磁閥， 失電關閉，防止氣缸右側排油， 從而實現勺管失電保位功能，而電源可以直接與勺管控制和位置反饋模塊一同取電，以保障電磁閥供電安全。

（5）換一個思路，可以借鑒國內多家熱電廠的經驗對設備整體進行改造，將液力耦合器改造為高壓變頻器。 相較機械式的液力耦合器，變頻器不僅可減少電動機在負荷頻繁變化中的損耗，也可以減少對廠用電系統的沖擊，延長電動機的使用壽命。 由于節能效果顯著，這將大大降低我廠廠用電率，實現在保障設備及機組安全的同時，節省生產成本，為公司創造更多的利潤。

實施思路是增加高壓變頻器， 保留原增速齒輪箱，通過變頻器調頻或增速齒輪完成主給水泵轉速控制。 考慮到成本及施工難度等原因，液力耦合器可以保留，正常運行時，將其勺管置于100%開度不參與調節，變頻器進出口開關合閘，旁路開關斷開，變頻器調速。 當變頻器檢修時，旁路合閘，進出口開關分閘，液力耦合器調速。

4 結語

主給水泵液力耦合器電源經歷了數次改造，設備的可靠性及安全性得到了極大的改善，但UPS 主板故障等重大隱患始終沒有解決，這就要求我們組織力量盡快查出問題根源，根治缺陷。 但是在問題沒有最終解決之前，我們不能坐以待斃，等著出了事之后再想辦法，而是應該有所行動，不遺余力地完善改造方案，讓機組更可靠。