AP1000三代核电反应堆冷却剂泵屏蔽电机的技术特点

第三代核电机组AP1000在停堆大修方面的优势应用摘要：AP1000第三代核电机组的先进性体现在使用成熟技术的基础上，在设计上采用了非能动的安全系统，加强了预防和缓解严重事故的措施，提高了电站的安全性；同时，由于非能动技术的使用，使得电站的辅助设备大大减少，减少了故障的概率，提高了安全性；另外，由于核级设备的减少，对核电机组大修安排方面的制约降低，更加灵活的安排核电机组的换料停堆大修，将大幅缩减大修工期。

关键词：AP1000；非能动；换料停堆大修1．前言AP1000为第三代非能动核电站，是目前应用非能动理念的代表者。

鉴于AP1000机组的非能动特性，在设计及电站运营上，必然与第二代核电机组存在较大差异；非能动技术的引入，大幅度简化了系统设备。

根据AP1000机组设计大修时间为17天或更短，因此本文将重点研究AP1000非能动核电机组较传统二代压水堆核电机组（本文以M310为例）在机组停运大修方面的优势。

2．AP1000机组在大修中的优势应用2.1总体设备数量减少AP1000的设计理念简单，厂房规模缩小，系统设置简化，工艺布置简化，管道交叉减少。

相应使设计工作量减少，设计接口更易于控制和管理。

很多动力设备被取消，取消了应急动力电源。

AP1000的简化非能动设计大幅度减少了安全系统的设备和部件，与正在运行的M310电站设备相比，阀门、泵、安全级管道、电缆、抗震厂房容积分别减少了约50%，36%，83%，87%和56%，同样在大修期间的检修项目将大幅度减少；同时便于采购、运行和维护。

2.2 低低水位阀门M310机组低低水位阀门约230个左右，平均每次大修低低水位阀门检修数量为20-30个左右，且即使通过中长期优化某次大修无低低水位，但因阀门、管道等新增缺陷可能性大，所以无低低水位大修在二代核电机组里实现难度较大。

AP1000机组因采用非能动设计理念，阀门数量大幅度减少，其中低低水位阀门数量在60个左右，平均每次大修低低水位阀门检修量为5-7个左右；同时因管道排布、阀门数量少，可以通过冰塞的方式进行低低水位阀门的隔离检修，从而取消堆芯全卸料后的排水到低低水位、低低水位检修和检修后一回路充水的工作。

所有关于AP1000AP1000的设计理念在传统成熟的压水堆核电技术的基础上，安全系统采用“非能动” 设计理念。

“非能动安全系统” 利用自然物理现象-重力、自然循环(蒸发、冷凝和密度差）以及气体蓄能驱动流体流动，带走堆芯余热和安全壳的热量，不需要外部能源。

非能动设计理念已有实际应用，技术是成熟的。

非能动设计理念的引入，使核电站的设计发生了根本的变化：● 系统配置简化，安全支持系统减少，安全级设备和抗震厂房大幅减少，安全等级和质保等级降低，应急动力电源和很多动力设备被取消，大宗材料需求明显降低；● 预防和缓解事故和严重事故的操作简化;● 安全性能显著提高；由于设计简化、系统简化、工艺布置简化、施工量减少、工期缩短、运行和维修简化等一系列效应，最终使AP1000在安全性能显著提高的同时，经济上也具有较强的竞争力。

AP1000总体概括及特点1. 总体概况AP1000是西屋公司开发的一种双环路1000 MW的压水堆核电机组，其主要特点有：采用非能动的安全系统，安全相关系统和部件大幅减少、具有竞争力的发电成本、60年的设计寿命、数字化仪空室、容量因子高、易于建造(工厂制造和现场建造同步进行)等，其设计与性能特点满足用户要求文件（URD）的要求。

西屋公司在开发AP1000之前，已完成了AP600的开发工作，并于1998年9月获得美国核管会（NRC）的最终设计批准（FDA），1999年12月则获得NRC的设计许可证，该设计许可证的有效期为15年。

屋公司投入了大量人力，通过大量的实体试验和众多听证与答辩来确保其设计的成熟性。

AP1000基本上保留了AP600核岛底座的尺寸，但也作了适当的设计改进以提升AP1000的先进性和竞争力：增加堆芯长度和燃料组件的数目；加大核蒸汽供应系统主要部件的尺寸；适当增加反应堆压力壳的高度；采用△125的蒸汽发生器；采用大型密封反应堆主泵（装备有变速调节器）；采用大型的稳压器；增加安全壳的高度；增加某些非能动安全系统部件的容量；增加汽轮机岛的尺寸和容量等。

AP1000第三代核电站主泵RCP
第三代核电 2009-09-29 16:49 阅读52 评论0
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AP1000第三代核电站主泵RCP简介：
1. AP1000：有4台屏蔽主泵。

主泵的水力部件如叶轮、扩压片及与扩压片相边的结构直接安装在电机单元上，中间没有联轴器，电机定子和转子均包容在与主回路连通的承压边界内，电机为立式、水冷、鼠笼感应式电机，其定子绕组和转子铜棒均由非磁合金与主冷却剂隔开，形成屏蔽式结构。

电机电源与变频器相连，在232℃以下，主泵转速可调，在232℃以上，变频器被旁路，主泵以恒定转速运转，利于减少启动前的电力消耗，改善电机的启动性能，降低电机启动时对设备寿命的消耗。

2. M310：3台100/D型主泵，轴封式主泵，三级密封，风冷鼠笼三相感应电机，通过联轴器与水泵相连，
水泵推力由电机的推力轴承承受，通过轴封注入水和热屏冷却水冷却主泵轴承和轴封等装置。

3. 主泵部分参数：
参数AP1000 M310
数量 4 3
额定功率 5.15MW 6.5MW
额定流量17880m3/h 23790m3/h
扬程 11.1bar 9.7bar。

AP1000的特点和优势及其在我国的应用南华大学核资院工程学院资勘102班AP1000是西屋公司在已开发的非能动先进压水堆AP600的基础上开发的。

为Advanced Passive PWR的简称，1000为其功率水平（百万千瓦级），该堆型为西屋公司设计的3代核电堆型。

现在对核电站的反应堆分为四代：第一代(GEN-I)核电站是早期的原型堆电站，即1950年至1960年前期开发的轻水堆(light water reactors, LWR)核电站，如美国的希平港(Shipping Port)压水堆(pressurized-water reactor, PWR)、德累斯顿(Dresden)沸水堆(boiling water reactor, BWR)以及英国的镁诺克斯(Magnox)石墨气冷堆等。

第二代(GEN-Ⅱ)核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站，如LWR(PWR，BWR)、加拿大坎度堆(CANDU)、苏联的压水堆VVER/RBMK等。

目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。

第三代(GEN-Ⅲ)是指先进的轻水堆核电站，即1990年后期到2010年开始运行的核电站。

第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统，如先进的沸水堆(advanced boiling water reactors, ABWR)、系统80+(9system 80+)、AP600、AP1000、欧洲压水堆(European pressurized reactor, EPR)等。

第四代(GEN-Ⅳ)是待开发的核电站，其目标是到2030年达到实用化的程度，主要特征是经济性高(与天然气、火力发电站相当)、安全性好、废物产生量小，并能防止核扩散。

美国能源部成立的“近期项目实施组”（NTDG）在2002年提出的“美国2010年部署新核电厂的路线图”评审报告中对已经出笼的GE的ABWR 和ESBWR,西屋的AP600和AP1000和IRIS,Exelin的PBMR.法玛通的SWR1000 ,GA的GT-MHR)从设计深度、获得安全当局批准的能力、现实基础条件的匹配性、安全经济性能能的可信度等进行评价时只有ABWR一种机型评为一级，AP1000及其他机型等为二等[1]。

AP1000核电厂发电机冷却方式设计特点分析作者：赵宏宇来源：《科技视界》2015年第10期【摘要】本文比较详细地介绍了AP1000核电站发电机采用的冷却方式，包括冷却介质的选择，具体的冷却部位和内部通风流道的布置。

此外，也介绍了AP1000核电站如何控制发电机冷却介质的参数以及氢气泄漏控制。

【关键词】AP1000；发电机；冷却方式；冷却介质0 前言众所周知，电机容量的提升主要靠增加电机的线性尺寸和电磁负荷两种途径来实现。

然而增大线性尺寸的同时也会增大损耗（因为电机的损耗与线性尺寸的三次方成正比），这会造成电机效率下降；而增加磁负荷，则会受到磁路饱和的限制。

所以提高电机容量的主要措施在于增加线路负荷。

但是增加线路负荷的同时会增加绕组的铜损耗，线圈的温度会升高，加速绝缘老化，降低电机寿命[1]。

这时就需要采取有效的冷却方式带走发电机的产生的热能，以保证发电机安全可靠的运行。

综上所述，提高发电机的容量，主要是依靠提升发电机的冷却技术实现的。

1 大型汽轮发电机的主要冷却方式目前汽轮发电机采用的冷却方式按冷却介质分类主要包括空冷、氢冷、水冷、油冷以及蒸发冷却（两相流冷却）等；按冷却位置分类包括表面冷却和内部冷却，表面冷却就是通过冷却介质（氢气、空气）和发电机本体进行表面对流换热带走热量，这种方式换热能力相对较差；内部冷却就是将冷却介质（水、油、氢气）通过导线内部，带走热量再与外置的热交换器进行换热，这种方式的换热能力更强。

目前大容量发电机的冷却方式一般不只通过单一的手段，多是内外冷却相结合，多种介质相结合。

对于不同的部位（定子铁芯、定子绕组、发电机壳体、转子绕组等）采用相适应的的方式，以达到最好的冷却效果。

2 AP1000核电厂发电机冷却方式2.1 AP1000核电厂发电机的冷却方式概述我国首座AP1000核电站的发电机是从日本三菱电机公司引进的技术，采用“水氢氢”的冷却方式。

发电机采用整体全封闭、内部氢气循环、定子绕组水内冷、定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙氢气内冷的冷却方式[2]。

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald141三门核电一号机是全球首台A P1000机组，其电厂循环冷却水采用一次循环冷却供水方式，循环水取自三门湾，经过热交换器后排入三门湾。

该系统采用2×50％循环水泵配置，单台循环水泵流量139 800 m 3/h，扬程16.2 m，转速164 r p m，轴功率7700 kW，进口直径4800 m m，出口直径4100 m m，如果一台循环水泵停运或跳闸，在设计海水温度的情况下，机组出力下降到96％额定功率。

循环水泵由日本三菱高砂制作所设计制造，为立式混流泵，且叶片角度可调，在国内核电厂尚属首例。

叶片角度可调实现了冬季循环水泵可以在较小流量下运行，从而降低了泵的功率，减少厂用电量，从而达到节能的目的。

该文将简单介绍循环水泵机构特点，保证机组今后的经济安全运行。

1 循环水泵结构概况该循环水泵是单级、浸入式、可调叶片角度的立式混流泵，其结构主要包括吸入口，出口弯管，出口管，泵轴，叶片及径向轴承、轮毂及联轴器，循环水泵结构如图1所示。

泵轴及电动机周均为空心，其中电机顶部装有控制杆。

电动机轴装有连杆，用于叶片角度控制的叶片控制单元安装在电动机的顶部，如图2所示。

液压油系统由油单元、叶片控制单元、叶片控制机构及附属管路组成。

联轴器联接电机与泵，其被活塞及活塞环分成上下两个油室。

活塞的下部连接在控制杆上，活塞的上部连接有电机连接杆及油管。

叶片控制单元的油使控制杆作向上或向下运动从而调整叶片角度，推力轴承安装在电动机上，机架承受电动机及泵转子自重及运行时产生的轴向力，泵的转子径向力由橡胶导轴承承担。

2 叶片安装角调整的液压油系统组成液压油系统由油单元、叶片控制单元、叶片控制机构及附属管路组成。

2.1 油单元油单元安装在电机附近由油箱、冷油器、安全阀、过滤器及油泵组成。

油单元供应液压油至叶片控制单元。

AP1000屏蔽泵的应用分析摘要：AP1000屏蔽泵作为当下拥有最大容量的飞轮式屏蔽泵，在核电领域拥有重要的应用意义。

笔者从AP1000的基本构造入手，分析了AP1000的主要不足和优势，进而对其实际应用提出几点看法。

关键词：AP1000；屏蔽泵；应用分析AP1000屏蔽泵作为我国第三代核电技术的主要代表之一，以其百万千瓦级的功率水平，表现出宽广的应用前景。

但就现阶段AP1000屏蔽泵的应用而言，尚未形成完整、科学的应用体系。

AP1000系统由两个并联环路构成，各搭配两个主泵，具有安全性高、噪声低、结构稳定等优点，但也有效率低、飞轮惯量较小等不足，故而对其进行应用分析，具有重要的现实意义。

一、AP1000屏蔽泵结构概述AP1000屏蔽泵在结构上与传统泵有很大的差异，其结构如图一所示。

主要包括屏蔽式感应电机（由封闭的转子和定子、屏蔽套组成）、单级离心泵、热屏（用于防止泵壳内部热量传递至电机内部）、3个轴承（1个双向推力轴承和2个径向轴承，采用水润滑）、2个飞轮（安装于电机上下两侧，用以增加转动惯量，延长惰转时间，辅助建立自然循环）等部件，以及冷却主泵各组件的两个设备冷却水回路。

图一 AP1000屏蔽泵结构简图二、AP1000屏蔽泵特点概述就AP1000屏蔽泵整体而言，具有安全性高、结构紧凑、运行平稳、占地空间少、噪声小、启动电流小等特点，主要体现于以下几点。

第一，采用变频器驱动。

一般感应电动机启动电流是正常工作电流的5-7倍，而AP1000主泵采用变频器驱动，降低冷态工况时电机功率，从而最大限度地缩小电机尺寸，由于变频器具备制动再生功能，允许主泵倒转时直接启动，并向所连接母线反馈电能的优势。

第二，AP1000在泵的结构组成方面进行了简化处理，反应堆冷却剂通过热屏与泵壳之间迷宫式密封进入电机内部，在辅助叶轮推动下，循环冷却电机，整个回路都处于压力边界内，因此不需要轴密封系统，减少了因轴密封装置失效，导致冷却剂泄漏造成小LOCA的事故，同时减少了维修工作量，又杜绝了机组对中偏差等问题, 同时取消了维持轴密封的补水流反应和密封水收集系统,。