李明

摘 要：核電站主給水系統(tǒng)是核電站常規(guī)島的重要系統(tǒng)，而主給水泵是主給水系統(tǒng)的核心設(shè)備，該文結(jié)合國內(nèi)外常規(guī)電站與核電站的主給水泵配置方案，從驅(qū)動方式、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、備用泵設(shè)置及運行臺數(shù)等方面對多個核電站主給水泵配置特點進(jìn)行了詳細(xì)分析，在主給水系統(tǒng)設(shè)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(jī)組整體可用率，同時，主給水泵作為核電站常規(guī)島部分主要的輔助機(jī)械設(shè)備，其配置方式對核電站工程造價和運行的經(jīng)濟(jì)性也有著顯著的影響。

關(guān)鍵詞：主給水泵 給水泵配置 利弊

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

核電站主給水系統(tǒng)為核島的蒸汽發(fā)生器提供合格的主給水，是核電站常規(guī)島的重要系統(tǒng)，而主給水泵是該系統(tǒng)的核心，對核電廠安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行有非常重要的作用。

1 主給水泵驅(qū)動方式的比較

主給水泵的驅(qū)動方式主要有蒸汽汽輪機(jī)驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動兩種。汽動給水泵使用高壓缸抽汽作為驅(qū)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(guī)火電機(jī)組蒸汽參數(shù)高且均為全速機(jī)，使用汽動泵作為驅(qū)動給水泵，效率較高，長期運行較為經(jīng)濟(jì)，而對于核電站來說，主蒸汽參數(shù)低，蒸汽汽輪機(jī)驅(qū)動的效率較常規(guī)火電低得多。

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

采用半速汽輪機(jī)的核電機(jī)組，不需要給水泵汽輪機(jī)幫著減輕主汽輪機(jī)的負(fù)擔(dān)。由于核電蒸汽參數(shù)降低，汽動給水泵效率下降，與電動給水泵相比，其運行經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢已不明顯[1]。

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

2 主給水泵傳動機(jī)構(gòu)的比較

國內(nèi)核電站電動給水泵的傳動機(jī)構(gòu)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(diào)速泵。

定速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實質(zhì)是給水泵特性曲線保持不變，通過調(diào)整給水閥門開度方式來改變給水管路流動阻力損失。

調(diào)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(zhuǎn)速來改變給水泵特性曲線，實現(xiàn)調(diào)節(jié)給水流量、控制蒸汽發(fā)生器水位的目的。調(diào)速泵的揚程特性曲線隨給水泵轉(zhuǎn)速變化，當(dāng)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(zhuǎn)速的下降而下降[2-3]。

將兩種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行對比，分析如下。

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

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

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

3 備用泵設(shè)置與否的比較

國內(nèi)的1000 MWe級核電站，如CPR1000、M310改進(jìn)型和VVER1000機(jī)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(nèi)備用泵即可達(dá)到最大轉(zhuǎn)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(lián)啟失敗的情況時，EPR1000核電站和VVER1000電站因為運行給水泵臺數(shù)更多，單臺給水泵容量較小，單泵跳閘對蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)帶來的沖擊小[5]。

國外有較多未采用備用泵的機(jī)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(dān)100%機(jī)組負(fù)荷。

部分三代核電站主給水系統(tǒng)沒有設(shè)置備用泵，且主給水泵的裕量也不大，一旦出現(xiàn)單泵故障跳閘，通過調(diào)整給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)SG的水位，同時降負(fù)荷運行。該設(shè)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(fù)能力，即電動給水泵故障幾率較小，即使出現(xiàn)故障了也可以在降負(fù)荷運行期間將泵快速修復(fù)，以及時恢復(fù)滿負(fù)荷運行，所以不設(shè)置備用泵，以降低建設(shè)投資和運維費用[6]。

4 主給水泵正常運行臺數(shù)的比較

理論上運行給水泵的臺數(shù)越多，在100%負(fù)荷范圍內(nèi)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(diào)節(jié)過程中節(jié)流損失較大的缺點。

同時，泵臺數(shù)的增加還降低了單泵跳閘對蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)帶來的沖擊，減少了蒸汽發(fā)生器因低-低水位跳閘停堆的風(fēng)險，增加了反應(yīng)堆運行的安全性。但泵的臺數(shù)也并非越多越好，并聯(lián)泵臺數(shù)越多，給水泵配置總投資就越高，運行控制也越復(fù)雜。

5 結(jié)語

主給水泵是核電站常規(guī)島的主要設(shè)備之一，合理地選擇主給水泵的驅(qū)動方式、傳動機(jī)構(gòu)、備用泵及運行泵的臺數(shù)，對核電站的經(jīng)濟(jì)、安全、高效運行起著至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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[6] 程亮，徐智淵.AP1000核電給水泵系統(tǒng)設(shè)計及改進(jìn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013，42（2）：42-46.

[7] 郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：水利電力出版社，2001.