辅助给水泵的运行方式及其安全性论证
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【摘 要】辅助给水系统（ASG）属于核电厂专设安全设施之一。辅助给水泵作为该系统的重要设备，对系统安全功能实现起着极其重要的作用。在任一正常给水系统（由于CVI、CEX、ABP、ARE或APA失效）失效时，辅助给水泵启动导出堆芯余热，直至RRA投入，堆芯余热通过GCT导出。此外辅助给水系统作为失去主给水供应时向蒸汽发生器二回路侧供应给水的后备系统。本文主要介绍了辅助给水泵的设备情况，及在不同的运行工况下如何实现其安全功能。
【关键词】辅助给水泵;安全功能;运行;故障处理
中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0164-003
1 设备描述
辅助给水系统（ASG）是压水堆核电厂专设安全设施之一。为满足单一故障准则，ASG系统设计成双系列2×100%容量。辅助给水系统一个母管对应2台50%容量的电动泵，另一个母管对应2台50%容量的汽动泵。两台电动泵分别为A、B两个系列，两台汽动泵也分别为A、B两个系列。四台泵中的每台泵流量大约为100m3/h。
1.1 电动给水泵
两台50%电动泵是九级卧式离心泵。进水接管和排水接管设有垂直的法兰连接面。泵由6.6kV感应电动机驱动。电动泵是自润滑的。电动泵和电动机由被输送的流体进行冷却。
1.2 ASG汽动泵和汽轮机
两台50%的汽动泵为两级卧式离心泵，由汽轮机驱动。泵的叶片和汽轮机的叶轮做在一根轴上，该轴由2个水润滑径向轴承支撑。ASG的汽动泵从VVP管道分3根管道引入新蒸汽，每一根管道都可以提供足够蒸汽流量。在进行试验期间可以接受SVA来的新蒸汽。每一根管道装有一只气动隔离阀，它能在维修汽轮机时进行双重的隔离，或者在发生一回路/二回路之间的泄漏时隔离被污染的蒸汽管道。汽动阀门137/138VV（并列布置）和237/238VV（并列布置）作为ASG泵的启动隔离阀门。136/236VV被压力控制器用来控制进入汽动给水泵的蒸汽流量，然后调整汽动给水泵的出口压力。
汽轮机为单级汽轮机。汽动泵的转速不需要带电设备或电信号线来控制。通过压差调节器控制调节阀136/236VV的开度来调节流向汽轮机的蒸汽流量使得泵的流量调节以满足运行需求。超速保护装置控制关断阀门135/235VV。
2 辅助给水泵的各种运行工况
2.1 正常运行
定义：当电站正常运行时（定义为反应堆正常运行，汽轮发电机与电网相连接），ASG系统停运并保持备用状态，或者进行不影响系统的最小供水能力的短期试验。
2.1.1 电动泵001PO-002PO
两台电动泵停运，并保持在备用状态，由来自反应堆保护系统的自动信号启动，或者由来自主控室或应急停堆盘的手动信号启动。
2.1.2 汽动泵003PO-004PO
两台汽动泵停运，并保持在备用状态，等待启动信号。其供汽系统一直处于加热状态，加热范围到常关阀门137VV、138VV和237VV、238VV。蒸汽通过疏水阀加热汽轮机和管道直至消音器。位于供气管道前端的气动隔离阀VVP127VV，128VV，129VV是常开的，只有当主蒸汽管线由于蒸汽发生器一次侧与二次侧之间有泄漏而污染时，这些阀才可关闭。分离器001ZE/003ZE投入运行，通过蒸汽疏水器001PU、002PU排出凝结水。这些凝结水和汽轮机等排出的凝结水一样，都通过汽水分离器002ZE、004ZE排向核岛排气和疏水系统。截止阀135VV/235VV开启。调节蒸汽流量用的调节阀136VV/236VV由压力控制器调节。额定转速在制造时预设。
2.1.3 调节阀012VD至017VD
正常情况下这些阀门全开，收到反应堆保护系统的信号后全开，需要复位后才可以手动调节其开度。
2.2 辅助给水泵的启动
2.2.1 失去给水引起的事件
（1）当一台蒸汽发生器的水位通道2/4检测到低低水位以及有关蒸发器的ARE低流量时，ASG的2台电动泵和2台汽动泵同时启动。
（2）若一台蒸汽发生器的水位通道检测到的低低水位保持延时8分钟以后，2台电动泵和2台汽动泵同时启动。
（3）当主给水泵（APA）和启动给水系统（APD）脱扣时，如果RRA没运行（即RRA低流量），ASG的2台电动泵在时间延迟5秒钟后接到一个自动启动信号。 2.2.2 導致失去正常给水的事件
（1）当反应堆冷却剂泵低低转速（2/3）时，ASG的2台汽动泵自动启动。
（2）当CEX泵的供电配电盘至少2/3失去中压电源时，ASG的电动给水泵在延时6秒后自动启动。
2.2.3 造成给水切断的事件
（1）当一台蒸汽发生器的2/4水位通道检测到高高水位时RPR自动关闭主给水管道上的阀门，并使APD和APA泵脱扣， 证实上述动作会启动ASG电动泵。
（2）安全注入：SI信号APD和APA泵脱扣，关闭主给水管道上的阀门。APD和APA泵的脱扣证实SI信号，SI信号直接启动ASG电动泵。
2.2.4 未能紧急停堆的预期瞬态（ATWT）
当失去二回路排热，而且反应堆脱扣失效时，由（中间量程中子通量两个通道均大于30%Pn和两台蒸汽发生器给水流量<6%Qn）给出的ATWT信号，会使主汽轮机脱扣并自动启动电动和汽动泵。
2.3 特殊稳态运行
2.3.1 蒸汽发生器的充水
利用电动泵来给蒸汽发生器充水，需要的水从贮水箱吸取。箱内的水位通过启动除氧装置或依靠相邻电站机组的抽取泵逐渐进行再调整。 从每台蒸汽发生器的给水管线取给水样品。检查水的化学特性，样品沿着一根单一的管线输送至非放射性实验室，每次当由辅助给水代替主给水时自动地与主给水化学取样管线相连接。
2.3.2 电动启动——反应堆临界
在电站启动时，ASG电动泵或汽动泵可以替代启动给水系统运行以保持蒸汽发生器的水位，这个水位应接近（±5%）零负荷下的推荐水全（窄量程约33%），还用以补偿由于启动操作而引起的二回路水的损耗。
在蒸汽发生器升温的最初时刻，如果二回路侧压力仍很低（1MPa），则应减少控制阀ASG012VD，014VD，016VD的开度，使泵避免超流量运行。
2.4 特殊瞬态运行
2.4.1 汽轮机001/002TC超速
由于突然失去负荷或汽轮机001/002TC调速器运行不正确可能会造成超速状态。最先可供使用的保护手段是通过转速表，它预先整定的值为额定转速的110%，使截止阀135VV、235VV迅速关闭;如果电气式超速保护装置失效，还可通过机械式超速保护装置实现，当汽动泵超速115%时，通过一套机械装置打开锥形阀，也可使截止阀迅速关闭，从而停闭汽动泵;如果两套系统都失效，还可以从控制室、远程停堆站（KPR）或就地手动关闭阀门135VV或235VV。在三种情况的任一情况下，当汽源切断时汽动泵就停运。当故障排除后，就必须复置阀门135/235VV的快速关闭系统复位，可通过两种方法实现：（1）复置超速保护装置;（2）用就地或主控复位按钮将其复位。
2.4.2 泵001PO，002PO，003PO和004PO超流量
当由于故障或误操作而使控制阀全开并且在二回路侧压力低于额定压力下时，就可能有发生泵超流量运行的危险。在电厂启动期间给蒸汽发生器充水时，或在蒸汽发生器的给水或主蒸汽泄漏的情况下，很容易使电动泵超流量运行。 考虑电动泵所需净正吸入压头较低并有余量，可能达到180%额定流量的超流量，从水力学的观点来看通常是可接受的。但是，它导致驱动电机超功率运行，因而有必要检查电动机在这些情况下的负荷，使其不超过保护阈值，因为有过流可能导致辅助给水丧失。一旦超负荷，该机组的值长应减少调节阀012VD、014VD和016VD的开度，使各种参数回到其额定值。
由于当蒸汽发生器压力低时，汽动泵通常是停运的，超流量的风险有所下降，但仍然存在。因为当APD系统不可用时泵用于向冷停堆工况的过渡。在接近过渡到RRA系统投入之前，蒸汽发生器二回路侧的压力约为0.76MPa。调节阀ASG013VD、015VD和017VD事故性地全开会使泵在超流量下运行。 由于供给水泵的主蒸汽压力也是0.76MPa，所以发出的功率、泵子系统的转速和泵的流量都降低了，从而避免了汽蚀的危险。
当发生超流量时：（1）减小ASG流量，即调节012VD至017VD的位置;（2）在控制室或就地降低汽动泵的转速（当其运行时）;（3）停止电动泵或/汽动泵。
3 结语
世界各国的核电站设计中，都不约而同地采用各种有效手段提高辅助给水系统的可靠性。如采用多样性方法，不但有采用电动泵、汽动泵，还有采用柴油机驱动泵的方案。同时还考虑设备的冗余性。其根本目的是通过提高应急给水的可靠性，达到降低堆熔概率的目的。方家山核电工程中，基于上述的目的，采用了辅助给水系统采用两台电动泵和两台汽动泵的四台泵配置的改进，并进行了改进方案的分析。结果显示：采用四台泵方案对提高核电站的安全性有明显效果。
方家山核电工程的两台电动辅助给水泵和两台汽动辅助给水泵在结构及工作原理上不同;在功能上则相同，即在正常给水丧失时，辅助给水泵启动向SG供水，导出堆芯余热，直至RRA投入。降低堆熔概率的目的，保证了核电厂的安全。
【参考文献】
[1]田卫卫.辅助给水系统手册（QFX17ASG002B30745GN C CFC 第2-5章）中國核电工程有限公司，2011年2月.
[2]田卫卫.辅助给水系统手册（QFX17ASG006B30745GN B CFC 第6.1节）中国核电工程有限公司，2011年2月.
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