浅谈压水堆核电主给水泵

王圣杰,廖锦

海南核电有限公司 海南省昌江黎族自治县 572733

摘要：现今我国社会科技水平迅速发展，人们的生活质量以及生活水平逐渐提升，用电需求也越来越大，同时我国为早日实现双碳目标对于低碳环保的要求也越来越严格，因此正是在这样的大环境下我国开始大力发展核电。然而随着核电厂的建设数量逐渐增多，核电厂运行的安全性、稳定性、经济性对社会经济发展也越来越起到重要的推动作用。而在压水堆核电系统中，主给水系统起着至关重要的作用，主给水泵配置以及选型会直接影响核电厂的安全、稳定运行及核电工程建设成本和运行的经济性。

关键词：压水堆；核电；主给水泵

引言：

核电分为核岛和常规岛，核岛反应堆冷却剂系统产生热量，通过常规岛主给水系统给蒸汽发生器供水带走热量产生蒸汽推动汽轮机发电。因此主给水系统是常规岛内一个非常的重要系统，而主给水泵则是常规岛主给水系统的核心设备，是常规岛最为重要的泵。本文主要结合国内压水堆核电站进行概述，并不同核电堆型主给水泵的配置方案、选型等进行分析，主要从驱动方式、驱动机构、运行方式等方面对不同核电主给水泵配置特点进行分析。在保证主给水系统设备可靠性的前提下，对主给水泵进行合理的配置有利于提高机组整体可用率，提高核电厂的经济性以及安全性，为核电厂安全稳定运行提供保障。

1压水堆概述

压水堆是一种以加压轻水作为冷却剂和慢化剂且水在堆内不发生沸腾的核反应堆，被公认为目前技术最成熟的、运行安全、经济的堆型。现今各国在建设核电站时大部分会选择压水堆，其装机总容量约占所有核电站各类反应堆总和的60%以上。压水堆的堆芯会放置在大型的压力容器中，通过相关的技术以及安装原理构建成燃料组堆芯，燃料组内要安装合适数量的控制棒，同时要保证能够对反应堆的启动运行以及停止运行进行控制，并按照生产能量需求进行管理。在压水堆系统运行的过程中，主回路的设备要借助钢或者混凝土的安全壳进行密封，防止泄漏，以保障核电站运行安全。

2选型原则

主给水泵的作用是把除氧器水箱内具有一定温度、除过氧的给水，提高压力后经过高压加热器输送给蒸汽发生器，以满足蒸汽发生器用水的需要。选择合适的主给水泵，对核电厂安全稳定运行及保证核电运行的经济性具有重要意义，因此在主给水泵的选择上要遵循安全可靠、经济适用、系统简单、减少备用的原则。

3选型及配置分析

3.1主给水泵的驱动方式

主给水泵的驱动方式主要分为两种，一种是汽轮机驱动，另一种是电机驱动。这两种主给水泵驱动方式的选择主要与电厂选用汽轮机转速有关。如果电厂采用全速汽轮机及3000转/分钟，则主给水泵的选择上一般选择汽动的，而如果电厂选用半数汽轮机即1500转/分钟，则一般选择电动的主给水泵。汽动主给水泵使用汽轮机高压缸抽汽作为驱动汽源，与电动主给水泵相比可以降低厂用电率及消除启动电流过高等问题。国内目前在运核电厂中，如秦山一期、大亚湾、岭澳一期等机组，因采用全速汽轮机，因此主给水泵选型上均为汽动主给水泵，以降低主汽轮机排气损耗，从而提高低压缸末级的效率。M310、华龙一号、玲珑一号等机组，因采用半数汽轮机，且由于核电蒸汽参数降低，汽动主给水泵效率下降，与电动给水泵相比，其运行经济性方面的优势已不明显，所以不需要给水泵汽轮机帮着减轻主汽轮机的负担，因此选择电动主给水泵。除此之外，电动主给水泵系统比汽动主给水泵系统简单，占地面积也相对较小，其在设计、土建、安装和运行维护等的费用上均比汽动主给水泵有较大优势。另外，电动主给水泵的可靠性要略高于汽动主给水泵，事故恢复能力也要比汽动主给水泵高。

3.2电动主给水泵的调速方式

电动主给水泵的调速方式分为定速、液力耦合器调速、变频器调速。

（1）定速泵由齿轮箱传动,定速主给水泵给水调节系统的实质是主给水泵的特性曲线保持不变,通过调节给水阀门开度的方式来改变给水管路流动阻力损失。

（2）液力耦合器调速是利用一种通过液体介质传递转速的机械设备进行调速，其主动输入轴与电动机相联结，输出轴与主给水泵轴联结，通过调节液力耦合器内液体介质的压力来调节输出轴的转速。

（3）变频器调速是通过整流器将交流电变为直流电，平波回路将直流电平滑，逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电。采用变频器进行调速控制时，由公式n=60f/p，改变频率f 就可改变同步转速n。即直接通过变频器调节电机转速，从而达到调节主给水泵转速的目的。

调速方式	优点	缺点
定速	1、结构简单，设备初投资相对较小	1、调速范围小，导致电厂运行稳定性、经济性差
液力耦合器调速	1、对使用环境要求低，可以在户外、炎热、寒冷、粉尘及潮湿的条件下运行 2、柔性传动，具有减缓冲击、隔离扭振、协调多机均衡驱动等功能，能有限改善传动品质	1、易发生故障，影响生产 2、调速精度较差，转速大，使水泵的压力波动大 3、只能供一台设备使用
变频器调速	1、响应速度快，调速精度一般可达0.1HZ，稳定性好 2、可以一机多用，通过开关切换一台变频器控制多台设备 3、可实现全范围调速	1、电气元件较多，故障率相对较高，使用寿命一般为8-10年，工作时会产生谐波，引起周围设备的干扰和误动作 2、硬性连接，电机和负荷的振动会叠加，加速密封圈和轴承等元件的磨损，并且在安装过程中对轴的对中要求高，安装难度大

3.3常规机组与核电机组的运行特点

核电厂在建设应用中都会选择大容量、高参数的机组，进而在实际运行的过程中对主给水泵的驱动功率有较高的要求，从而提高汽轮机的使用效率，也能够更为高效的满足启动条件，电源切换效率也能够跟上机组运行的标准。另外，也要使用高质量的液力偶合器，也可以根据实际运行需求使用齿轮增速器，从而提高能源生产效率，也能够有效控制生产功率节约成本。通过对核电机组运行特点进行分析总结，利用汽轮机驱动主要有以下几点优势和应用价值。其一，能够减少核电厂的电能消耗，可以提高净功率，生产成本得以控制。其二，汽轮机的运行效率相对较高，能够降低净热耗率。其三，汽轮机驱动在运行的过程中变负荷运行稳定，功率损失情况得到有效控制。其四，核电厂的电压得到控制，变压器以及开关柜的使用数量得以降低，也能够节约其环节的生产成本。其五，能够控制启动电流在合理的范围内。

单元机组的容量以及参数逐渐提升，主给水泵的功率消耗逐渐增加，使用小汽轮机能够对其进行变速驱动，在应用中更能够体现其高效性以及灵活性。现今发电厂的核电机组容量较大，小汽轮机的应用效率较低，能够有效控制生产成本，核电厂的经济收益也得以提高。另外，要对核电机组的运行情况进行掌握，燃料的利用率也要不断提高，可以间隔一年到一年半的时间作为周期对燃料进行更换。在不同运行的负荷下机组的运行成本较为稳定，对此，应该提高核岛运行功率，最好达到满功率运行。其次，核电机组容量增大，系统设计也逐渐凸显双列化、大型化等特点，可以对主给水系统进行简化，以提高控制效率，日常维护作业效率也能够得到提高，系统运行的可靠性以及运行效率都能够得到提高。核电机组在运行的过程中会带有基础荷载，主给水泵变负荷运行要求也逐渐降低，对此，要不断提高系统技术应用的安全性、高效性，核电机组的可靠性逐渐提高，为我国核电行业发展起到良好的推动作用。在压水堆核电厂主给水泵选型招标作业中，要对竞标单位提供热平衡图作为参考，从而保障主给水泵方案制定的合理性、科学性。主给水泵在选型的过程中，要以提高电厂经济性、运行稳定性为主要原则，要想降低系统运行和操作的复杂性 ，可以优先选择电动主给水泵。

3.4主给水泵配置分析

对于大型压水堆核电厂建设中，主给水泵配置应该根据实际情况进行确定，通过对以往主给水泵使用的数据分析以及经济收益探讨，核电机组都应该使用三台主给水泵并备用一台，要保障机组运行安全的同时也能够提高经济收益。

3.5主给水系统设计分析

变速主给水泵在应用的过程中，能够在短时间内进行给水调节，如若需要长时间对流量进行控制调整，可以利用泵组开展工作，使用定速主给水泵能够简化工作内容，流量调节可以通过调节站进行，更利于提高工作效率。

3.6主给水调节阀的运行压力变化范围分析

在系统运行的过程中，对给水系统进行流量调节主要是以调节主给水泵进行控制，给水调节阀要保障其压力数值处于规定的范围内，并保持核定，其方法适用变速主给水泵的应用。定速主给水泵应用到给水系统中，其流量的控制主要是利用阻力完成，也应该将调节阀的压力控制在合理的数值范围内。

3.7主给水泵裕量设计分析

主给水泵在裕量设计环节中要考虑一下几点内容。其一，制造厂要按照系统运行的要求进行生产制造，并对计算、制造、安装等误差范围进行掌握，以保障主给水泵的稳定运行。其二，变速主给水泵在实际应用中可以利用转速对裕量进行控制，对此，设计环节可以减少裕量的预留量，从而提高水泵的运行效率。其三，定速主给水泵的裕量需要利用给水阀门进行控制抵消，进而对其裕量进行设计中要充分预留裕量。

3.8给水系统其他方面的分析

3.8.1电动机启动与过载保护

液力偶合器技术在应用的过程中技术人员要对其特点进行掌握，要在主给水泵处于空载时启动，逐渐提高偶合器的充油量，确保主给水泵能够逐渐进入稳定运行中，一方面能够提高水泵启动的安全性，另一方面也能够有效控制水泵启动的电能消耗。其方法也能够预防传动零件的损坏，有效控制闷车安全事故的产生概率。

3.8.2运行的灵活性

液力偶合器在应用的过程中具有无极调速的特点，能够对不同运行流量的需求，电动机的功率也能够自主调节变化，电能得到节约的同时也能够控制运行成本。

3.9投资费用分析

3.9.1初投资分析

变速主给水泵在投资应用的过程中要配备液力偶合器，对比定速主给水泵的成本要相对增加。

3.9.2维修费用分析

变速主给水泵的维修费用会有所增加，但定速主给水泵在使用的过程中磨损问题较为严重，后期的维修费用也会增加。

3.9.3运行可靠性分析

变速主给水泵在我国核电厂广泛应用，使用状态稳定。定速主给水泵通过应用状况了解，存在一些问题，在扩建机组中将定速主给水泵更换成变速主给水泵。

3.9.4运行费用分析

定速主给水泵的裕量相对大，其运行效率较低，变速主给水泵的经济性更高。

结束语：

通过以上内容详细对压水堆核电主给水泵进行分析，发现主给水泵的配置方案选择极为重要，会影响核电站的运行效率、生产成本以及设备的使用寿命，对此，要根据核电站实际情况合理选择主给水泵类型，以保障压水堆安全、稳定、低成本运行。

参考文献：

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[2] 郑孝珠,陈湛杨.福清核电主给水泵转速控制系统单点失效分析与改进[J].商品与质量.2019,(7)：4.