楊洪波　吳煥云　李振鵬

摘 要：給水泵的可靠性對(duì)于核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的影響。鑒于國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有針對(duì)核電廠給水泵軸承溫度保護(hù)方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；與此同時(shí)，根據(jù)在役核電廠的經(jīng)驗(yàn)反饋，軸承溫度測(cè)點(diǎn)有必要進(jìn)行優(yōu)化以進(jìn)一步提高給水泵的可靠性。該文通過(guò)對(duì)于給水泵軸承溫度保護(hù)方案的研究，特別是測(cè)點(diǎn)誤動(dòng)作的原因、測(cè)點(diǎn)的設(shè)置、測(cè)點(diǎn)邏輯處理等方面進(jìn)行分析，并結(jié)合水泵行業(yè)以及核電廠的數(shù)據(jù)，得出適合核電廠給水泵軸承溫度保護(hù)的優(yōu)化方案，旨在為后續(xù)項(xiàng)目給水泵軸承溫度保護(hù)方案提供指導(dǎo)，提高給水泵的可靠性。

關(guān)鍵詞：給水泵 溫度測(cè)點(diǎn) 軸承

中圖分類號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0053-02

電動(dòng)給水泵對(duì)核電廠的安全運(yùn)行具有重要作用。該文著重對(duì)軸承溫度保護(hù)邏輯方案進(jìn)行研究，從定性和定量角度析軸承溫度保護(hù)邏輯方案，并給出適合核電廠的電動(dòng)給水泵軸承溫度保護(hù)邏輯方案。

1 電動(dòng)給水泵系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)功能

核電廠給水系統(tǒng)的主要功能是在不同工況下向蒸汽發(fā)生器提供滿足要求的給水。

電動(dòng)給水泵為給水提供動(dòng)力以滿足核島蒸汽發(fā)生器的壓力要求。該系統(tǒng)功能是配合給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將除氧器中的水抽出、加壓、并經(jīng)過(guò)高壓給水加熱器送到蒸汽發(fā)生器[1]。

1.2 系統(tǒng)組成

典型核電廠電動(dòng)給水泵由前置泵、電動(dòng)機(jī)、液力耦合器或齒輪箱、壓力級(jí)泵組成。

2 電動(dòng)給水泵保護(hù)邏輯方案概述

根據(jù)電動(dòng)給水泵的構(gòu)成，結(jié)合國(guó)際上主流給水泵制造商的原始設(shè)計(jì)方案，電動(dòng)給水泵保護(hù)一般包括以下幾類：

①水泵本體的保護(hù)；

②電機(jī)本體的保護(hù)；

③液力耦合器或齒輪箱的保護(hù)；

④來(lái)自與其他信號(hào)的保護(hù)。

給水泵制造商從自身角度考慮，一方面盡可能減少溫度測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，以降低成本；另一方面，溫度測(cè)點(diǎn)的基本上均設(shè)置成單點(diǎn)跳泵信號(hào)。根據(jù)在建CPR1000機(jī)組統(tǒng)計(jì)，給水泵軸承溫度信號(hào)所引起單點(diǎn)跳泵約占到給水泵所有跳泵信號(hào)總數(shù)的70%。

此外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋，給水泵原始保護(hù)邏輯方案不盡合理，主要表現(xiàn)在：①原始軸承溫度保護(hù)邏輯方案單點(diǎn)跳泵信號(hào)過(guò)多，增加虛假溫度信號(hào)導(dǎo)致給水泵誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)；②對(duì)于重要位置，如推力軸承測(cè)點(diǎn)數(shù)量偏少。

3 給水泵軸承溫度保護(hù)邏輯方案分析

溫度保護(hù)作為熱工自動(dòng)化的重要部分，電動(dòng)給水泵設(shè)置軸承的溫度保護(hù)。但在實(shí)際過(guò)程中，可能由于測(cè)溫元件故障造成被測(cè)溫度突然升高。對(duì)于單個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)就觸發(fā)跳泵信號(hào)的保護(hù)邏輯方案，這種溫度突然升高可引起給水泵誤跳閘，進(jìn)而可能影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 溫度保護(hù)邏輯方案的定性分析

熱電阻是利用金屬導(dǎo)體電阻隨溫度而變化的原理制成的。溫度上升和下降的變化是一個(gè)連續(xù)的且變化小的過(guò)程。

當(dāng)熱電阻斷線以及接線端接觸不良時(shí)，其接觸電阻會(huì)增大，對(duì)于保護(hù)來(lái)說(shuō)其溫度會(huì)發(fā)生突然的升高，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，工程上時(shí)有虛假的、不符合實(shí)際的信號(hào)產(chǎn)生。

因此，從定性分析角度來(lái)看，單個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)虛假信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)于設(shè)備本身而言更為有利，但對(duì)于全廠的可利用率可能會(huì)有影響。因此，溫度保護(hù)邏輯方案需要綜合考慮設(shè)備安全、電廠可利用率、投資等因素進(jìn)行決定。

為盡可能避免上述虛假信號(hào)的產(chǎn)生，工程上可通過(guò)兩大類處理方式：①改變溫度信號(hào)的最終導(dǎo)向，即把溫度信號(hào)修改為僅用于報(bào)警、顯示，而不進(jìn)行相關(guān)的邏輯控制；②處理溫度測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)，即通過(guò)一定的處理方式對(duì)于溫度信號(hào)進(jìn)行處理，盡可能規(guī)避虛假信號(hào)產(chǎn)生的，處理方式主要包括：增加延時(shí)環(huán)節(jié)、增加延時(shí)和壞點(diǎn)檢查、增加速率閾值[2]、采取冗余配置并進(jìn)行邏輯運(yùn)算。

結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先推薦采用改變溫度信號(hào)導(dǎo)向以及冗余配置加邏輯運(yùn)算的方式來(lái)避免虛假信號(hào)的產(chǎn)生。

對(duì)于改變溫度信號(hào)導(dǎo)向的方式，核心的問(wèn)題是確定可以采取這種方式的范圍，通過(guò)與制造商進(jìn)行交流、比較國(guó)內(nèi)外核電項(xiàng)目的具體工程方案、結(jié)合核電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于給水泵徑向軸承，推薦采取改變溫度信號(hào)導(dǎo)向的方式，即徑向軸承的溫度信號(hào)僅用于報(bào)警即顯示，不作為給水泵跳泵信號(hào)。

此外，對(duì)于推力軸承，推薦采用冗余配置加邏輯運(yùn)算的方式進(jìn)行處理，下文從定量的角度對(duì)該方式進(jìn)行分析。

3.2 測(cè)點(diǎn)冗余設(shè)置的定量分析

給水泵推力軸承一般包括數(shù)塊扇形的瓦塊，呈分散分布，根據(jù)給水泵制造商的反饋，給水泵推力軸承單側(cè)（內(nèi)側(cè)或是外側(cè)）安裝的溫度測(cè)點(diǎn)不宜超過(guò)3個(gè)。下面對(duì)3個(gè)以內(nèi)的溫度測(cè)點(diǎn)的不同邏輯運(yùn)算進(jìn)行進(jìn)一步分析。

邏輯系統(tǒng)故障模式有兩種，拒動(dòng)故障和誤動(dòng)故障，前者是指邏輯的某些輸入通道存在拒動(dòng)性故障而可能引起邏輯的拒動(dòng)性故障，這是一個(gè)危險(xiǎn)性故障，將導(dǎo)致不能正常啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作；后者是指某些輸入通道產(chǎn)生虛假信號(hào)而引起邏輯的誤動(dòng)性故障，將導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，降低了電廠的可用性。

通過(guò)邏輯運(yùn)算可知，三取二邏輯運(yùn)算在拒動(dòng)和誤動(dòng)方面都有相對(duì)較低的概率。

4 給水泵軸承溫度保護(hù)推薦方案

4.1 推薦方案描述

綜上所述，對(duì)于給水泵徑向軸承，溫度測(cè)點(diǎn)僅用報(bào)警，不進(jìn)行邏輯控制，考慮到在線檢修的需要，設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，配置雙支熱電阻；對(duì)于給水泵推力軸承，在推力軸承的內(nèi)側(cè)及外側(cè)，分別設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行三取二邏輯運(yùn)算后得出最終的輸出信號(hào)。

4.2 推薦方案可行性分析

4.2.1 徑向軸承方案分析

對(duì)于徑向軸承，給水泵徑向軸承溫度高通常在缺少潤(rùn)滑油的工況下發(fā)生，由于給水泵配有專門的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)具有主油泵、輔助油泵，此外潤(rùn)滑油系統(tǒng)還設(shè)置潤(rùn)滑油壓力低的保護(hù)，能保證給水泵運(yùn)行時(shí)徑向軸承得到良好的潤(rùn)滑，徑向軸承溫度較為可控。即便出現(xiàn)潤(rùn)滑不暢的情況，徑向軸承溫升速率也比較小。將該保護(hù)邏輯修改為報(bào)警，適當(dāng)?shù)亟档蛨?bào)警溫度，在報(bào)警信號(hào)發(fā)出后，操作人員可及時(shí)進(jìn)行必要的處理。

關(guān)于徑向軸承溫度測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，由于徑向軸承測(cè)點(diǎn)數(shù)量較少，目前的徑向軸承較為容易布置，在DCS中也較為容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。因此，徑向軸承修改為報(bào)警的方式在技術(shù)上是可行的。

4.2.2 推力軸承方案分析

對(duì)于推力軸承，由于轉(zhuǎn)子推力盤與轉(zhuǎn)子軸心線的垂直度誤差，會(huì)造成推力軸承的部分軸瓦受力大；如果軸瓦平面度不好，其偏差超過(guò)了最小油膜厚度，將會(huì)破壞軸瓦與推力盤之間的油膜；若軸瓦安裝的相對(duì)高差大，也會(huì)導(dǎo)致部分推力瓦受力大。推力軸承一旦磨損，溫度上升速度較快，若不設(shè)置自動(dòng)停泵，可能會(huì)損壞給水泵相關(guān)設(shè)備。

同時(shí)，在DCS中，應(yīng)用三取二邏輯運(yùn)算的系統(tǒng)很多。因此，推力軸承同時(shí)進(jìn)行三取二運(yùn)算也是可行的。此外，火力發(fā)電廠的鍋爐給水泵相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于軸承溫度測(cè)點(diǎn)也推薦采用三取二冗余配置[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于核電廠電動(dòng)給水泵軸承溫度保護(hù)邏輯方案，徑向軸承推薦設(shè)置單個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，且配備雙支熱電阻；推力軸承推薦每側(cè)均設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，并采用三取二邏輯運(yùn)算。從技術(shù)角度看，這種方案既可以保證給水泵設(shè)備本體的安全，也可以提高系統(tǒng)乃至機(jī)組的可靠性；從經(jīng)濟(jì)角度看，相比較給水泵制造商的原始方案，僅增加了數(shù)個(gè)熱電阻，投資費(fèi)用并未大幅提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳濟(jì)東.大亞灣核電站系統(tǒng)及運(yùn)行[M].北京：原子能科學(xué)技術(shù)，1995.

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[3] DL/T 592-2010，火力發(fā)電廠鍋爐給水泵的檢測(cè)與控制技術(shù)條件[S].2010.