电动给水泵轴承温度保护逻辑方案研究

杨洪波　吴焕云　李振鹏

摘 要：给水泵的可靠性对于核电机组的安全稳定运行有着重要的影响。鉴于国内尚没有针对核电厂给水泵轴承温度保护方面的标准和规范；与此同时，根据在役核电厂的经验反馈，轴承温度测点有必要进行优化以进一步提高给水泵的可靠性。该文通过对于给水泵轴承温度保护方案的研究，特别是测点误动作的原因、测点的设置、测点逻辑处理等方面进行分析，并结合水泵行业以及核电厂的数据，得出适合核电厂给水泵轴承温度保护的优化方案，旨在为后续项目给水泵轴承温度保护方案提供指导，提高给水泵的可靠性。

关键词：给水泵 温度测点 轴承

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0053-02

电动给水泵对核电厂的安全运行具有重要作用。该文着重对轴承温度保护逻辑方案进行研究，从定性和定量角度析轴承温度保护逻辑方案，并给出适合核电厂的电动给水泵轴承温度保护逻辑方案。

1 电动给水泵系统介绍

1.1 系统功能

核电厂给水系统的主要功能是在不同工况下向蒸汽发生器提供满足要求的给水。

电动给水泵为给水提供动力以满足核岛蒸汽发生器的压力要求。该系统功能是配合给水流量调节系统，将除氧器中的水抽出、加压、并经过高压给水加热器送到蒸汽发生器[1]。

1.2 系统组成

典型核电厂电动给水泵由前置泵、电动机、液力耦合器或齿轮箱、压力级泵组成。

2 电动给水泵保护逻辑方案概述

根据电动给水泵的构成，结合国际上主流给水泵制造商的原始设计方案，电动给水泵保护一般包括以下几类：

①水泵本体的保护；

②电机本体的保护；

③液力耦合器或齿轮箱的保护；

④来自与其他信号的保护。

给水泵制造商从自身角度考虑，一方面尽可能减少温度测点的设置，以降低成本；另一方面，温度测点的基本上均设置成单点跳泵信号。根据在建CPR1000机组统计，给水泵轴承温度信号所引起单点跳泵约占到给水泵所有跳泵信号总数的70%。

此外，根据经验反馈，给水泵原始保护逻辑方案不尽合理，主要表现在：①原始轴承温度保护逻辑方案单点跳泵信号过多，增加虚假温度信号导致给水泵误动作的风险；②对于重要位置，如推力轴承测点数量偏少。

3 给水泵轴承温度保护逻辑方案分析

温度保护作为热工自动化的重要部分，电动给水泵设置轴承的温度保护。但在实际过程中，可能由于测温元件故障造成被测温度突然升高。对于单个温度测点就触发跳泵信号的保护逻辑方案，这种温度突然升高可引起给水泵误跳闸，进而可能影响机组的稳定运行。

3.1 温度保护逻辑方案的定性分析

热电阻是利用金属导体电阻随温度而变化的原理制成的。温度上升和下降的变化是一个连续的且变化小的过程。

当热电阻断线以及接线端接触不良时，其接触电阻会增大，对于保护来说其温度会发生突然的升高，导致保护动作。根据以往工程经验，工程上时有虚假的、不符合实际的信号产生。

因此，从定性分析角度来看，单个温度测点虚假信号的产生对于设备本身而言更为有利，但对于全厂的可利用率可能会有影响。因此，温度保护逻辑方案需要综合考虑设备安全、电厂可利用率、投资等因素进行决定。

为尽可能避免上述虚假信号的产生，工程上可通过两大类处理方式：①改变温度信号的最终导向，即把温度信号修改为仅用于报警、显示，而不进行相关的逻辑控制；②处理温度测点产生的信号，即通过一定的处理方式对于温度信号进行处理，尽可能规避虚假信号产生的，处理方式主要包括：增加延时环节、增加延时和坏点检查、增加速率阈值[2]、采取冗余配置并进行逻辑运算。

结合工程经验，优先推荐采用改变温度信号导向以及冗余配置加逻辑运算的方式来避免虚假信号的产生。

对于改变温度信号导向的方式，核心的问题是确定可以采取这种方式的范围，通过与制造商进行交流、比较国内外核电项目的具体工程方案、结合核电机组的运行经验，对于给水泵径向轴承，推荐采取改变温度信号导向的方式，即径向轴承的温度信号仅用于报警即显示，不作为给水泵跳泵信号。

此外，对于推力轴承，推荐采用冗余配置加逻辑运算的方式进行处理，下文从定量的角度对该方式进行分析。

3.2 测点冗余设置的定量分析

给水泵推力轴承一般包括数块扇形的瓦块，呈分散分布，根据给水泵制造商的反馈，给水泵推力轴承单侧（内侧或是外侧）安装的温度测点不宜超过3个。下面对3个以内的温度测点的不同逻辑运算进行进一步分析。

逻辑系统故障模式有两种，拒动故障和误动故障，前者是指逻辑的某些输入通道存在拒动性故障而可能引起逻辑的拒动性故障，这是一个危险性故障，将导致不能正常启动保护动作；后者是指某些输入通道产生虚假信号而引起逻辑的误动性故障，将导致保护误动作，降低了电厂的可用性。

通过逻辑运算可知，三取二逻辑运算在拒动和误动方面都有相对较低的概率。

4 给水泵轴承温度保护推荐方案

4.1 推荐方案描述

综上所述，对于给水泵径向轴承，温度测点仅用报警，不进行逻辑控制，考虑到在线检修的需要，设置1个测点，配置双支热电阻；对于给水泵推力轴承，在推力轴承的内侧及外侧，分别设置3个测点，并进行三取二逻辑运算后得出最终的输出信号。

4.2 推荐方案可行性分析

4.2.1 径向轴承方案分析

对于径向轴承，给水泵径向轴承温度高通常在缺少润滑油的工况下发生，由于给水泵配有专门的润滑油系统，润滑油系统具有主油泵、辅助油泵，此外润滑油系统还设置润滑油压力低的保护，能保证给水泵运行时径向轴承得到良好的润滑，径向轴承温度较为可控。即便出现润滑不畅的情况，径向轴承温升速率也比较小。将该保护逻辑修改为报警，适当地降低报警温度，在报警信号发出后，操作人员可及时进行必要的处理。

关于径向轴承温度测点的设置，由于径向轴承测点数量较少，目前的径向轴承较为容易布置，在DCS中也较为容易实现报警功能。因此，径向轴承修改为报警的方式在技术上是可行的。

4.2.2 推力轴承方案分析

对于推力轴承，由于转子推力盘与转子轴心线的垂直度误差，会造成推力轴承的部分轴瓦受力大；如果轴瓦平面度不好，其偏差超过了最小油膜厚度，将会破坏轴瓦与推力盘之间的油膜；若轴瓦安装的相对高差大，也会导致部分推力瓦受力大。推力轴承一旦磨损，温度上升速度较快，若不设置自动停泵，可能会损坏给水泵相关设备。

同时，在DCS中，应用三取二逻辑运算的系统很多。因此，推力轴承同时进行三取二运算也是可行的。此外，火力发电厂的锅炉给水泵相关标准对于轴承温度测点也推荐采用三取二冗余配置[3]。

5 结语

对于核电厂电动给水泵轴承温度保护逻辑方案，径向轴承推荐设置单个温度测点，且配备双支热电阻；推力轴承推荐每侧均设置3个测点，并采用三取二逻辑运算。从技术角度看，这种方案既可以保证给水泵设备本体的安全，也可以提高系统乃至机组的可靠性；从经济角度看，相比较给水泵制造商的原始方案，仅增加了数个热电阻，投资费用并未大幅提高。

参考文献

[1] 陈济东.大亚湾核电站系统及运行[M].北京：原子能科学技术，1995.

[2] 李威.电动主给水泵温度保护逻辑的优化[J].沿海企业与科技，2010（10）：105-106.

[3] DL/T 592-2010，火力发电厂锅炉给水泵的检测与控制技术条件[S].2010.