变频电动柱塞泵作为水压试验泵的运行应用

变频电动柱塞泵作为水压试验泵的运行应用

于旭斌

山东电力建设第三工程有限公司   山东    青岛   266000

【摘要】大型核电站使用的潜水试压泵只需独立完成这三项特殊功能。各特殊功能的工作压力要求不同，设计最大试验压力一般需要达到最大24MPa，而工作流量基本不变。因此，有必要开发一种具有上述特殊工作结构特点的新型泵。

【关键词】水压试验泵；变频电动柱塞泵；性能试验

从三相变频电动柱塞泵供水装置系统的主要技术基本原理、结构和运行参数调整实现方式的特点出发，本文试图分析和阐述其具体结构，以及如何实现恒压安注箱在主泵工作时的充、排水三大功能、应急轴压闭水功能和主泵水压试验功能。通过以上三种典型运行调节工况下实现的三种特殊功能参数的模拟试验，可以验证三种典型工况下的运行参数是否完全满足运行工况的要求。对其工作压力进行试验后得到的计算结果，然后对系统进行数值计算或分析计算：当主泵设计的水泵出口工作压力在0-24mpa压力范围内，无异常变化时，流量值可为5.9-6.1m3/h，满足水泵正常充水压力和主泵应急轴封水运行压力要求；通过正确使用升压变频器的调速或调整升压电机的频率，当自动压力达到约0.4MPa/min的最大流量时，系统可以完成自动连续压力保护过程，因此，它可以同时自动实现最大连续自动压力保护，控制在24MPa以上，有效满足液压冲击试验现场安全正常运行的要求。

1压水堆核电厂水压试验泵的功能与某核电厂使用泵的类型

1.1压水堆核电厂水压试验泵功能

压水堆核电站水压试验压力泵通常是两台单缸机组使用的大型公用承压设备。在调试、运行和维护期间，有必要在压力试验压力泵下加压，该压力试验压力泵旨在确保第一个试验反应堆的一回路液压，或者当试验增加到反应堆的最大压力22.9mpa或以下（第一个水压试验压力）时，检查压力试验方法所使用的核电厂各一回路加压系统和各种加压设备及管道系统的安全密封结构材料和安全保护焊接材料的质量，并在承压和运行性能试验中验证反应堆及其系统应具有相应的系统安全密封能力等级和系统运行安全等级指标；同时，为维持反应堆系统正常的安全密封和运行可靠性试验条件，要求向液压安注箱中注入硼水；在水泵可能瞬间失去泵对主泵轴封的正常供水压力的突发事故情况下，注入应急水作为正常应急水压，以供应主泵轴封的供水压力，防止主泵轴封突然损坏，确保主泵一回路密封系统相对正常完整。此时，水泵还具有核压力和安全故障报警保护功能，是一种非常安全实用的设备。

1.2某核电厂参考电厂水压试验泵使用泵的类型

由于压水堆核电站水压试验用泵基本上需要分别满足至少两个及以上的试验目的，且这两个目的的功能要求是需要满足试验目标的不同介质压力水平，且流量要求相对接近，因此，在我国参考电厂系统中，核电水力调节试验最常用、应用最广泛的水泵类型主要是液压驱动的双缸往复式容积泵，它通过调节核液压回路的压力，直接调节核液压系统的输出回路压力。这类试压泵设备大多为国产和进口国产设备，价格昂贵，且整个泵系统的液压回路结构相当庞大复杂，维护和管理难度较大。国际大型核电站水压试验压力泵装置采用国内外最新大功率直流变频电动柱控旋塞泵装置。其液压控制工作原理已相对成熟，结构趋于简单、可靠、性价比高，并具有丰富的运行维护经验。

2变频电动柱塞泵作为水压泵的三种运行模式与控制逻辑
2.1实现中压安注箱补水功能时的运行模式

在该测试模式下，安注系统泵配备的安注罐泵可以自动进行初始预注测试和三次连续的后续预补给水测试。补水试验开始时，泵仅从ptr001ba取水，流量范围约为6m3/h，当两次预补水后初始水压差达到4.7mpa左右时，泵组开始自动停机、断电或停止预注水试验操作，起到储水和保护水泵的作用。当安注箱液位自动恢复到正常高液位时，操作人员将手动控制或停止水压试验泵。此时，在工作状态下，当变频阀43hz基本调节时，电机的输入频率将保持恒定。在该运行模式的工况下，控制系统接收到泵启停信号的输出功率后，依次启动水泵润滑的油泵盖和启动电机的冷却风扇。当起动马达润滑油的泄压过载能力达到0.1MPa或以下的设计最大值时，可进行水泵连锁动作或直接启动高低水压试验泵。

2.2主泵轴封具有注入功能时泵的正常运行工作模式

在电站机组失去所有厂房通道内外压差的情况下，水压试验泵将作为电站主泵轴封冷却水的紧急补充注入，为主泵系统提供轴封水压（H3工况）压力。本次水压试验的基本参数，泵由9段lls001ar供电，泵能自动连续启动，保证泵压稳定，在设计要求的试验时间内达到最大18Mpa。当试验压力变化时，通过控制PLC调整增压电机的频率，以确保稳定压力控制在最大18Mpa。此时，泵的流量范围约为6m3/h。该故障工况点属于电厂失去的厂界内外所有电源。紧急情况下，柴油机立即启动电机，送至液压试验泵（9lls001ar）配电柜运行。无论主机控制仪表板上显示的选择控制开关是否处于任何控制开关模式，在短短的15s运行时间内，润滑油泵、冷却风扇单元和水压试验泵均自动或同时启动，并满足额定使用时间工作点的规定要求。

2.3实现水压冲击试验功能时的运行模式

在这种试验压力模式环境下，水压试验泵也通常用于对反应堆冷却剂系统的水力变化进行压力试验。因此，试验泵的使用需要满足在三种以上不同工况的最大试验压力水平下，能够长期持续保持恒定状态的最大试验压力，包括保持在最大压力下的试验压力。水压试验机典型工况参数：泵通道内最大压力，泵排出水额定压力一般为24MPa，输出泵最大出口流量范围一般为0~6m3/h。
3功能试验

3.1中压安注箱补水试验

试验仪器的控制方法：水压试验用泵应自动调整控制试验仪表板上的流量上限和下限，从选择器开关到“I控制回路”－安注箱上的补水状态。启动主润滑油泵电机和冷却风扇。当水泵主电机润滑油压迅速下降，达到0.1MPa以下的最大值时，允许在停机后启动主真空泵和主真空泵电机。电机频率可自动切换至43hz，电动控制阀可完全关闭。调整电动进出口阀可使电机进出口压力值降至4.7mpa左右，运行寿命为5000小时。每次操作前15分钟，系统自动记录上述电机的性能和测试结果。合格产品的最终判定条件和评价依据基本上是对电机上述性能的测试。

3.2主泵轴封水注入试验

试验的运行控制方法：在液压自动试验中启动泵电机，将水泵控制仪表板上开关的流量上下限自动选择和自动调节功能设置恢复到“二次控制回路”——轴封水泵自动注水的运行状态。完全关闭电动控制阀，缓慢稳定地依次关闭启动泵电机和泵出口电动调节阀，使泵进口和出口处的最大输入压力仅降低约18Mpa/s。此时，启动泵电机的正常启动电机频率继续保持在每分钟43hz。运行时间稳定后，自动关闭并断开主电机和正常系统运行控制电源，模拟风机和应急润滑系统同时启动时的运行信号，润滑油泵、风机系统、油泵和主油泵转子电机应能同时安全启动，记录系统出口润滑油压连续达到最大0.1MPa及以上，润滑主油泵系统出口油压连续达到及超过18Mpa及以上时，系统实际最大运行时间。连续记录时间误差不应连续累积，且大于正差负时间15s。在正常试验过程中，变频器还可以调整其工作频率，实现自动停机和维护。

4结论

综上所述，这种变频永磁电动柱塞泵的出水流量与主电机的频率变化成正比，通过改变电机的开关频率变化，间接改变主泵输出的电压特性曲线，以满足我国某核电站水压试验泵流量和压力值动态变化的设计要求。技术参数，由于其成熟实用的技术原理，简单易用的操作结构，良好的运行安全稳定性能和运行可靠性，丰富的系统运行和使用经验，简单快捷的操作提示和日常运行维护，可以保证其完善功能的实现。

【参考文献】

［1］李中玲.水压试验泵运行维护手册.重庆：重庆水泵厂有限责任公司，2012,7,11:12-22.

［2］肖志杰.9RIS011PO水压试验泵机组泵预期性能曲线.重庆：重庆水泵厂有限责任公司，2010,7,22:4.

［3］李中玲.水压试验泵图、配电控制柜设备竣工文件.质量分卷11册.重庆：重庆水泵厂有限责任公司，2013,01,11:6-9,24-40.