主泵换型后对电厂运行可靠性研究

李小凤 李 静 刘成俊 曾卫新 蒋晓炜

（1.中核核电运行管理有限公司 二厂，浙江 海盐 314300；2.中核集团 海南核电有限公司，海南 海口 570105）

0 概述

海南昌江核电1、2号机组设计是以秦山二期1、2机组为参考电站，其主泵采用德国KSB公司生产的RSR750型主泵。KSB也是为中国第一座核电站（秦山一期）提供主泵，RSR750型主泵与参考电站所采用的日本三菱100D型主泵在结构、控制原理、辅助系统、联锁控制、保护、安全分析等多方面都有很大区别。在厂房土建结构、一回路系统、相关辅助系统、运行参数几乎与参考电站相同的前提下，本文从运行的角度分析了主泵换型后对运行方面的影响。

1 RSR750型主泵与参考电站主泵重要参数对比

1.1 设备本体及系统—总体参数

表1

1.2 设备本体及系统—密封部分

表2

1.3 设备保护停运信号对比

表3

2 主泵换型后对运行可靠性的影响

从上面的对比分析中我们可以看出，主泵的总体性能参数基本没有什么大的变化，但由于其内部结构的变化导致其控制逻辑有了较大的变化，最明显的就是其自动停泵信号增加了很多，这样势必会带来主泵运行可靠性的降低。下面就从这些逻辑变化，来谈谈对运行可靠性方面的影响:

2.1 主泵可控泄漏流量低低或高高跳泵信号对运行可靠性的影响

KSB RSR型反应堆冷却剂泵，采用三道密封系统密封泵轴(如图所示)。通过RCV轴封管线注入密封水。三道流体动力型密封按顺序安装，上部装有停机密封。反应堆冷却剂系统压力通过控制与轴的密封部件一体的旁路系统的泄漏量逐级降低到容控箱的压力。通过轴封简图我们可以看出:海核主泵取消了3#轴封立管；三级密封串级布置，通过节流孔板减压形成每级轴封压力的变化，最终通过3号轴封的可控泄漏和无压泄漏两个通道将泄漏流引出（原先参考电站为一级密封引漏至RCV，二级、三级引漏至RPE）。影响主泵可控泄漏流量变化的因素有哪些呢？

图1

＞RCV088/089VP可控泄漏隔离阀的关闭 (自动关闭信号来自于安全壳隔离信号－CIA）

＞RCV002BA背压的变化

针对第一中情况，主要发生在CIA的时候，由于参考电站主泵轴封结构不一样，未设置轴封泄漏流量异常和温度高跳泵信号，故在发生CIA时主泵不会因为回水管线阀门RCV088/089VP的隔离导致主泵的跳闸，只要轴封温度，注入水流量，主泵振动、轴承温度等参数正常，主泵仍可以保持运行。而海核的主泵设置了轴封可控泄漏流量低停泵信号，可以预见的是，若发生SI时则可能导致两台主泵停运，一回路进入自然循环阶段。发生安注时意味着机组进入了事故工况，主泵的停运势必对机组状态的后撤产生很大的影响（自然循环状态下机组最大只能以28度/小时速率降温；而有主泵时可以达到56度/小时）。尤其是在发生SGTR（蒸发器传热管破裂事故）时保持主泵的运行尤为关键。根据设计院的资料，按照一根传热管剪切断裂来计算，压差在7MPa时的泄漏量在100t/h，也就是说在发生SI后1.75h内不采取任何措施的情况下蒸发器将被灌满。从这个数据可以看出，在发生传热管破裂事故时若不尽快降温降压，蒸发器很容易就被灌满，一回路放射性很可能被排放到环境中。

通过上面描述可以看出，由于增加了可控泄漏流量低停泵问题，导致运行人员对机组状态的控制发生了较大变化，因此有必要对此CIA的设置进行优化，有几种方案建议:

＞RCV088VP上游 （壳内）加一个管线 （引至卸压箱）和阀门***VP，当CIA出现时关闭088、089VP,同时打开***VP保证可控泄漏流量，不会停运主泵。

＞海核现有逻辑保持不变，发生CIA时只用安全阀RCV252VP来保证可控泄漏流量，保证不停运主泵。

＞按福清的方案延时10min，只在发生CIB时使用RCV252VP，从而保证主泵的运行。

图2 福清改造方案逻辑简图

针对这几种方案，我们和设计院进行了讨论，并经设计院计算后最终制定了如下方案:参照福清方案，但取消10min延时，理由如下:

1）经 NPIC 计算，主泵停运后 DNBR 值在（要求大于1.45）2.5 左右（余量挺大），对于CIA改成CIB后对堆芯的影响可以不用考虑。由于安全壳喷淋后主泵电机强制运行10min没有依据，不建议延时10min。

2）轴封回水隔离阀关闭，主泵可运行5min的保证，其前提是环境温度正常。若环境温度变化，厂家无法保证主泵能正常运行。

针对第二点，容积控制箱RCV002BA背压的变化影响因素，涉及我们运行的主要的操作有:RCV002 BA吹扫；执行PT RPA/RPB016(RIS012/013VP开启试验)等。为此，我们应该在这些影响RCV002BA的背压的操作规程中增加注意事项，要求操纵员严密监视主泵可控泄漏流量的变化，操作过程中尽量缓慢，否则存在主泵误跳闸风险。

2.2 主泵飞轮2取1信号停运主泵信号对运行可靠行的影响

海核主泵增加了主泵飞轮位置异常（2取1信号）信号，产生主泵停运信号。若主泵飞轮供电开关异常或限位开关故障等，就容易引起主泵跳泵，从而引发停堆。2取1这种情况误动率较高且误动停泵后不利于反应堆余热的排出。因此从运行可靠性的角度出发，有必要对此停泵信号进行改进。

飞轮异常的原因主要是由于主泵转速超速而引起，根据KSB回函描述:“1E级速度测量表量程为2000rpm，但是飞轮设计在主泵转速为2500rpm时掉下。”，1E级速度测量表的物理量程为2000rpm，查定值手册RCP140/141MC实际使用量程为0－1800rpm，那么使用比1800rpm低的一个转速值（如1750rpm）加到飞轮位置异常逻辑中，这样即可以防止误动，又可以防止拒动，提高了主泵运行的可靠性。

因此建议修改为:飞轮位置异常二取一 （RCP120SM(L20)或121SM(L21)异常）与主泵转速高二取一(RCP140MC或141MC转速高)同时存在时再跳泵。具体修改逻辑见图3所示:

图3

这里的RCP140/141MC可以设定一个比1800rpm低的一个转速值（如1750rpm）加到飞轮位置异常逻辑中。相当于飞轮位置异常二取一，主泵转速也是二取一，若这两个信号同时存在停运主泵。

这样修改的原因:

1）完全可以避免飞轮位置限位单纯故障而引发的误动作导致的停堆。另外任何一个限位异常还能触发报警，主控操纵员可通过转速、主泵电流等看飞轮是否异常。

2）飞轮异常的原因主要是由于主泵转速超速而引起的，所以加入主泵转速高信号也更能及时准确的反应飞轮是否异常。另外单纯转速高也不会引起误跳泵。

3）解决了RCP120/121SM需增加不间断供电的问题。原设计这两个限位开关由LNE供电，若LNE局部失电就会导致主泵停运，不得不考虑后备的并且是可连续切换的电源。按此修改后RCP140MC是由LNA供电，而RCP141MC是由LNC供电，即使LNE失电也不会引起主泵停运。

2.3 RRI151/153MD流量高信号对主泵运行可靠性的影响

根据目前的主泵跳闸信号分析，RRI151/153MD产生如下主泵停运信号:

＞RRI侧流量高 （26m3/h）隔离高压冷却器的 RRI225VN和RCP171/172VP(针对 RCP001PO)信号（无延时）

＞RRI流量高（26m3/h）直接跳主泵信号（无延时）

＞高压冷却器设冷水流≤5m3/h，且密封注入水流量≤0.5m3/h

设置高压冷却器RRI流量高隔离RRI侧和RCP侧的目的，主要是针对在发生高压冷却器冷却盘管有破口时，防止高压的冷却器流向RRI侧，由于RRI侧设计成不承压管线，为防止大量冷却剂流失，将两侧流体的阀门实施隔离。跟据参考电站秦山二期实际机组的反馈，在进行RRI泵倒列期间经常会触发流量高信号，导致RRI225/226VN关闭（触发此高信号是短时的）。针对此问题秦山二期进行了原因分析，仪控反馈可能原因为RRI倒列期间由于两侧压差短时的变化导致变送器输出增加。因此秦山二期RRI倒列操作中增加了切换前将RRI225/226VN置于手动的操作，防止阀门误关闭，倒列完毕后才将RRI225/226VN置于自动。而目前海核的主泵停运逻辑中（以RCP001PO为例）只要RRI151 MD流量高信号触发就会导致RRI225VN关闭，RCP171/172VP关闭，主泵会因为可控泄漏流量低或者轴封注水流量低+高压冷却器RRI流量低停运。可以预见的是，此停运信号的存导致主泵误停运的风险大大增加，其运行的可靠性得不到保证。

另外，在参考电站中由于未设置主泵高压冷却器的相关保护，所以机组若处于功率运行期间发生LHA/LHB单母线失电，机组不会因此而停堆。根据参考电站的故障规程，立即需要操作的是，将失电的应急母线段相关运行设备倒列到有电列，并将充电器进行切换至正常供电段。随后的稳定操作根据应急母线段的恢复时间来决定是否机组是否退防。而在海核机组上由于存在高压冷却器的相关保护，若当时RRI和RCV泵处于同列运行且对应的6kV应急母线失电时，则反应堆会因为高压冷却器RRI侧流量低+轴封注入水流量低信号而停堆。虽然主控操纵员执行DEC后可以引导到ILHA/LHB001中，但由于目前的判据中存在主泵运行的判别，则最后操纵员会被引导到I4A/I4B（厂外电源丧失且A/B列柴油机不可用）中，使故障处理复杂化（因为实际是上游LGC/LGD母线是有电的）。

图4

针对这些情况，从保证设备可靠性的角度出发，我们建议:

（1）由于参考电站出现流量高信号为短时信号，若在海核的流量高信号中加上适当延时，则可以避免因为仪表故障或者倒列操作时的瞬态引起的不必要的主泵停运和反应堆停堆。另外根据目前的模拟图知道RRI151/153MD为NC设备，其供电电源应为LNE供电，可靠性不高，建议将RRI151/153MD改为级别更高的供电电源，保证流量计的可靠运行。

（2）针对在实际的机组运行过程中尽量安排RCV泵的运行列和RRI泵的运行列相反（RCV泵和RRI泵都分为A/B列），换句话说若RRI A列在带负荷，则安排RCV泵B列运行，实际操作过程中运工可以根据定期切换周期的触发时间来错开安排RCV泵和RRI泵的运行。若期间碰到RRI泵有检修，RRI会切换到另外一列运行，则运工可以根据实际情况调整RCV泵的运行时间，保证和检修列同列即可。在此基础上建议将ILHA001/LHB001规程的判据进行修改，增加“反应堆是否已停”堆判据，若已停堆则进行停堆确认操作，同时二回路操纵员需增加“是否已停机”判据，若已停机则进行停机后的确认操作。同时上面提到的主泵是否运行判据，个人认为可以取消，否则进入I4A/I4B后规程只能参考执行，不能完全执行，增加执行难度。

3 结论

通过上面的分析我们可以看出:由于主泵的换型，逻辑的变更，导致主泵运行的可靠性大大降低，给机组的运行带来很多影响。基于目前海核仍处于建设阶段，一方面，我们需要积极与设计院沟通，从设计上进行优化，以提高我们运行的可靠性；另一方面，根据目前主泵相关的设计变更，将我们的运行规程和事故规程进行升版，同时针对主泵的设计变更，对操纵员实施专项的培训和训练，以达到更好的控制机组状态。