[实用新型]压水堆核电站主泵电磁飞轮

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种压水堆核电站主泵结构，尤其是涉及一种压水堆核电站主泵电磁飞轮。

背景技术

水冷堆核电站中，主泵用于提供反应堆冷却剂循环动力，保证堆芯热量的有效导出。作为缓解电厂失去外电源事故的关键手段，主泵设置有较大质量的飞轮，为主泵提供足够的断电后惰转时间。传统设计是将一个机械式飞轮直接与主泵轴机械连接，增大轴系转动惯量，以满足对惰转时间的要求。但这也造成了一些问题：

对泵轴及各个轴承的制造要求变得更苛刻。压水堆主泵容量很大，运行环境恶劣，维护困难。这导致对其轴系的设计制造要求极高。质量很大的机械飞轮附加在轴系上，进一步增加了设计制造的难度；

由于各种原因，主泵的安装空间受到限制。机械飞轮需要占用较大空间。这给主泵及其飞轮的设计制造带来了极大的困难。例如AP1000系列核电厂的主泵飞轮设计就遇到了极大的挑战；

高速运转的大质量飞轮，不可避免地增加了轴系的震动能量。由于主泵与冷却剂压力边界的刚性连接，这直接增加了LOCA（loss of coolant accident，失去冷却剂装量事故）的风险；

机械飞轮大幅度增加了主泵轴系的转动惯量，进而大幅度增加了主泵启动时间，这极大地增加了主泵电机设计制造和运行的限制和困难；

主泵启动时会造成其电源母线电压明显下降，影响周边设备的正常运转；

由于上述各项问题的存在，主泵飞轮的储能容量受到较大限制。这就造成对电站堆芯物理热工设计方面的限制，并可能进一步导致电站整体造价的上升。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的由于各种原因导致的对飞轮储能容量限制、对主泵轴系制造要求高、轴系震动能量大、主泵启动时间长、主泵启动时功率高等的技术问题，提供一种可以延长主泵惰转时间、降低主泵轴系的制造要求、减轻主泵轴系震动、缩短主泵启动时间、减少主泵启动过程对电源母线电压影响的压水堆核电站主泵电磁飞轮。

本实用新型设计了一种压水堆核电站主泵电磁飞轮装置，以解决上述技术问题。所述装置包括机械飞轮、同步电机、直流启动电机、启动控制单元、同期控制单元。同期控制单元连接有同期开关。机械飞轮与同步电机的转动轴及直流启动电机的转动轴机械连接。同步电机出口通过同期开关与主泵电机入口连接，启动控制单元连接直流启动电机和同步电机。同期控制单元控制同期开关的同期合闸过程。依据同步电机的出口频率和操作人员的指令，启动控制单元控制同步电机的启动升速过程。在反应堆正常运行时，同步电机与主泵电源母线同步运行。当主泵电源母线失电时，同步电机将作为同步发电机运行，并通过同步电机定子磁场、转子磁场的耦合以及主泵电机的定子磁场、转子磁场的耦合，将电磁飞轮所储存的转动动能传输给主泵转子，延长主泵惰转时间，有效导出堆芯余热。

作为优选，压水堆电站主泵电磁飞轮还包括交流变压器、整流电源，交流变压器的输入端和电源母线之间串联有一个直流启动电机电源开关，交流变压器的输出端通过整流电源与直流启动电机电连接，启动控制单元连接整流电源。交流变压器和整流电源在启动控制单元的控制下向直流启动电机供电。

作为优选，压水堆核电站主泵电磁飞轮还包括无功指示仪表，无功指示仪表与同步电机电连接。无功指示仪表检测并指示同步电机出口的无功输出，并在同步电机的无功输入/输出异常时报警。

作为优选，压水堆核电站主泵电磁飞轮还包括内部环境为真空的外壳，同步电机、飞轮和同步电机都设置在外壳内。真空环境可以减少飞轮转动时的动力损耗，并降低对材料的要求。

作为优选，启动控制单元通过电磁飞轮出口频率仪表连接同步电机。启动控制单元通过电磁飞轮频率仪表获取飞轮的转速，从而发出适当的控制信号来控制飞轮的转速。

作为优选，主泵电机和电源母线之间串联有第一进线开关和第二进线开关，同期开关与主泵电机的连接点在第一进线开关和第二进线开关之间。第一进线开关和第二进线开关可以增加电磁飞轮运行的灵活性。

本实用新型带来的有益效果是，飞轮和主泵轴系机械分离，解决了安装空间、电气系统容量、轴系震动等外部环境对飞轮转动惯量的限制，可以大幅度提高主泵惰转时间，提高反应堆运行的安全性；可以杜绝飞轮震动能量向主泵及冷却剂系统的传输，降低LOCA风险；提供了自由的飞轮安装空间，降低主泵设计制造过程中处理力学问题和机械问题的代价；提供单独的飞轮启动系统，有效减少主泵启动过程对电源母线的扰动和启动过程中主泵电机线圈过热的问题；飞轮与主泵轴系物理分离，方便维护和检修。

附图说明

图1是本实用新型的一种系统示意图；