核電機(jī)組二回路低加液位調(diào)節(jié)優(yōu)化過(guò)程分析

于愛(ài)萍

(江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇連云港222023)

二回路2號(hào)低壓加熱器的液位調(diào)節(jié)器是某核電站主要調(diào)節(jié)器之一，由于該加熱器容量較小，如果來(lái)不及調(diào)節(jié)，就有可能導(dǎo)致因2號(hào)低加液位低于限值而保護(hù)切除所有二級(jí)凝泵，因而使除氧器失去正常的凝結(jié)水補(bǔ)水。如果汽輪機(jī)旁排運(yùn)行，還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)旁排閥門(mén)保護(hù)全關(guān)、大氣釋放閥打開(kāi)[和/或汽輪機(jī)超速]，造成二回路工質(zhì)的損失。因此，2號(hào)低壓加熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工作性能直接關(guān)系著電站的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 2號(hào)低壓加熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)器工作概況

2號(hào)低壓加熱器的液位調(diào)節(jié)器由3個(gè)調(diào)節(jié)閥AA201，AA202，AA203實(shí)現(xiàn)液位調(diào)節(jié)功能， 其中AA202為小流量調(diào)閥，AA201，AA203為大流量調(diào)閥；2個(gè)大流量調(diào)閥的控制規(guī)律是相同的，全部投入自動(dòng)時(shí)，其中一個(gè)作為主調(diào)節(jié)閥，根據(jù)主控制偏差動(dòng)作；另一個(gè)作為輔助調(diào)節(jié)閥，根據(jù)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度動(dòng)作。工藝系統(tǒng)概貌如圖1所示。

圖1 工藝系統(tǒng)概貌圖

以AA201為例說(shuō)明大流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)規(guī)律。機(jī)組正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，2號(hào)低加液位大流量主調(diào)節(jié)閥AA201工作在液位控制模式，其功能是將2號(hào)低加液位保持在520mm。當(dāng)調(diào)節(jié)閥AA201和AA203都工作在閉環(huán)控制模式且主調(diào)節(jié)器的選擇模塊選擇“2”時(shí)，調(diào)節(jié)閥AA203為主調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)2號(hào)低加液位，調(diào)節(jié)閥AA201是輔助調(diào)節(jié)閥，作為AA203調(diào)節(jié)能力不足時(shí)的補(bǔ)充。此時(shí)AA201工作在閥位控制模式，液位控制偏差信號(hào)不起作用，其主要作用是按照主調(diào)節(jié)閥AA203的閥位，控制輔助調(diào)節(jié)閥AA201的閥位。何時(shí)投入輔助調(diào)節(jié)閥，這個(gè)時(shí)機(jī)很重要，投入過(guò)早，不能充分發(fā)揮主調(diào)節(jié)閥的性能；投入過(guò)晚，將使主調(diào)節(jié)閥工作在最優(yōu)調(diào)節(jié)區(qū)域之外，有可能不能滿足工藝系統(tǒng)要求，易導(dǎo)致工藝系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)，威脅機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)輔助調(diào)節(jié)閥的投入時(shí)機(jī)，調(diào)試期間進(jìn)行了多次調(diào)整，最終找到比較滿意的投入時(shí)機(jī)[2]。

2 優(yōu)化過(guò)程

2.1 設(shè)置

在輔助調(diào)節(jié)閥的投入時(shí)機(jī)問(wèn)題出現(xiàn)前，2號(hào)低加液位調(diào)節(jié)器及一級(jí)凝泵備用泵啟動(dòng)條件按如下設(shè)置：

（1）當(dāng)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度小于60%時(shí)，開(kāi)始關(guān)閉輔助調(diào)節(jié)閥，直至輔閥全關(guān)或主閥回調(diào)至63%以上。

（2）當(dāng)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度在60%～80%時(shí)，輔助調(diào)節(jié)閥開(kāi)度給定值為其實(shí)際閥位，此時(shí)偏差為0，限制輔助調(diào)節(jié)閥使其不能打開(kāi)。

（3）當(dāng)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度大于80%時(shí)，開(kāi)始開(kāi)啟輔助調(diào)節(jié)閥，直至輔閥開(kāi)度為100%或主閥回調(diào)至77%以下。

（4）在一級(jí)凝泵出口母管壓力低于0.9MPa時(shí)啟動(dòng)備用泵。

調(diào)試初期，機(jī)組功率較低，2號(hào)低加液位主調(diào)節(jié)閥AA201可以滿足工藝系統(tǒng)的要求，此時(shí)輔助調(diào)節(jié)閥AA203全關(guān)。隨著調(diào)試的進(jìn)展，機(jī)組功率逐漸提高，主調(diào)節(jié)閥逐漸開(kāi)大，在主調(diào)節(jié)閥開(kāi)度超過(guò)80%后，根據(jù)邏輯輔助調(diào)節(jié)閥開(kāi)始開(kāi)啟，在輔助調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟過(guò)程中一級(jí)凝泵出口母管壓力降至低于0.9MPa，聯(lián)鎖啟動(dòng)了備用的一級(jí)凝泵。備用泵啟動(dòng)后系統(tǒng)流量又突然增加，給2號(hào)低加液位調(diào)節(jié)帶來(lái)了較大的擾動(dòng)[3]。

2.2 頁(yè)面影響

分析該事件過(guò)程，AA201作為主調(diào)節(jié)閥時(shí)，輔閥AA203的打開(kāi)或關(guān)閉僅依據(jù)AA201的開(kāi)度，而不考慮液位的狀態(tài)，帶來(lái)的負(fù)面影響：

（1）主調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 CG201＞80%時(shí)，AA203打開(kāi)，引起2號(hào)低加液位回升，在液位高于設(shè)定值、而CG201＞80%仍然滿足時(shí)，AA203還在持續(xù)開(kāi)大，直至AA201關(guān)至80%以下AA203才會(huì)停止開(kāi)大。這樣動(dòng)作的結(jié)果是2號(hào)低加液位超調(diào)量增大，液位比定值高出很多，閉環(huán)調(diào)節(jié)容易震蕩，引起工藝系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

（2） 相反，當(dāng) CG201＜60%時(shí)，AA203 關(guān)閉，引起2號(hào)低加液位下降，在液位低于設(shè)定值、而CG201＜60%仍然滿足時(shí)，AA203還在關(guān)小，直至AA201開(kāi)至60%以上AA203才會(huì)停止關(guān)小。這同樣會(huì)使2號(hào)低加液位的超調(diào)量增大，液位比定值低很多，閉環(huán)調(diào)節(jié)也容易震蕩。

調(diào)試期間AA203在輔助調(diào)節(jié)時(shí) “開(kāi)至過(guò)大再回關(guān)”或“關(guān)至過(guò)小再回開(kāi)”的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。此設(shè)計(jì)的好處是在每次輔閥調(diào)節(jié)時(shí)開(kāi)度變化會(huì)比較大，轉(zhuǎn)而給主調(diào)節(jié)閥引入的調(diào)節(jié)裕量較多，可以避免頻繁切換。但是，考慮到對(duì)工藝系統(tǒng)帶來(lái)的擾動(dòng)，尤其是引起備用泵的頻繁啟動(dòng)，該設(shè)計(jì)需要優(yōu)化。

2.3 第一次優(yōu)化

2.3.1優(yōu)化

一級(jí)凝泵由6 kV的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其壽期內(nèi)啟動(dòng)次數(shù)有嚴(yán)格限制，啟動(dòng)瞬間帶來(lái)的大電流沖擊對(duì)電機(jī)線圈的壽命有非常大的影響，為了減少啟動(dòng)備用泵的次數(shù)，做了如下優(yōu)化：

（1）開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件由＞80%（回差3）改為＞95%（回差30），輔助調(diào)閥閥位目標(biāo)定值由100%改為30%；

（2）關(guān)閉輔助調(diào)閥的條件由＜60%（回差3）改為＜30%（回差35），且增加15 s的延時(shí)，輔助調(diào)閥閥位目標(biāo)定值仍為-5%；

（3）開(kāi)啟輔助調(diào)閥的速率則是由每分鐘的5%改為10%。

2.3.2邏輯分析

（1）開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件為＞95%，停止開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件為＜65%，動(dòng)作區(qū)間很大，由于主調(diào)節(jié)閥是依據(jù)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)的，可能會(huì)關(guān)得比較慢，而這段時(shí)間輔助調(diào)閥比較快的開(kāi)到30%，這可能會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)比優(yōu)化前更大的擾動(dòng)。

（2）關(guān)閉輔助調(diào)閥的條件為＜30%，停止關(guān)閉輔助調(diào)閥的條件為＞65%，動(dòng)作區(qū)間較大，也可能會(huì)帶來(lái)比優(yōu)化前更大的擾動(dòng)。

（3）由于開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件＞95%與關(guān)閉輔助調(diào)閥的條件＜30%相差很大，可以避免頻繁開(kāi)關(guān)輔助調(diào)閥給系統(tǒng)帶來(lái)的擾動(dòng)。

2.3.3調(diào)節(jié)器工作情況

相比優(yōu)化前調(diào)節(jié)品質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的曲線如圖2、圖3所示。但在機(jī)組接近滿功率、輔閥AA203全關(guān)、AA201開(kāi)至在94.06%時(shí)啟動(dòng)過(guò)一次備用泵。因此還需進(jìn)一步優(yōu)化。

圖2 第一次優(yōu)化后的曲線（開(kāi)方向）

圖3 第一次優(yōu)化后的曲線（關(guān)方向）

2.4 第二次優(yōu)化

2.4.1優(yōu)化

基于第一次優(yōu)化的效果，進(jìn)行了第二次優(yōu)化。優(yōu)化的內(nèi)容如下：

（1）開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件由＞95%（回差30）改為＞97%（回差30），輔助調(diào)閥閥位目標(biāo)定值仍為30%；

（2）關(guān)閉輔助調(diào)閥的條件仍為＜30%（回差35）及15 s的延時(shí)，輔助調(diào)閥閥位目標(biāo)定值仍為-5%；

（3）開(kāi)啟輔助調(diào)閥的速率KPL由每分鐘10%改為8%；

（4）啟動(dòng)一級(jí)凝泵備用泵的條件由出口母管壓力＜0.9MPa改為＜0.87MPa。

2.4.2邏輯分析

與第一次優(yōu)化相比，開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件

由＞95%改為＞97%；另外，將啟動(dòng)一級(jí)凝泵備用泵的條件由＜0.9改為＜0.87，增加了泵的工作裕量，這對(duì)避免頻繁啟動(dòng)備用泵是一項(xiàng)最有效的優(yōu)化內(nèi)容。

2.4.3調(diào)節(jié)器工作情況

第二次優(yōu)化后，在調(diào)節(jié)器主輔閥狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中沒(méi)有再出現(xiàn)過(guò)啟動(dòng)備用一級(jí)凝泵的情況，優(yōu)化效果顯著。曲線記錄如圖4、圖5所示。

圖4 第二次優(yōu)化后的曲線（開(kāi)方向）

圖5 第二次優(yōu)化后的曲線（關(guān)方向）

2次優(yōu)化前后調(diào)節(jié)器工作情況的主要參數(shù)如表1所示。

分析表1數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化前后，AA201作為主調(diào)節(jié)閥在開(kāi)至大開(kāi)度后開(kāi)啟輔助調(diào)閥時(shí)，2號(hào)低加液位正的超調(diào)量增加、負(fù)的超調(diào)量減小；而AA201在關(guān)至小開(kāi)度后關(guān)閉輔助調(diào)閥時(shí)，正的超調(diào)量減小、負(fù)的超調(diào)量增加。

當(dāng)前的閥位控制策略如下：

（1）輔助調(diào)節(jié)閥的閥門(mén)開(kāi)度給定值根據(jù)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度而變化，當(dāng)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度小于30%時(shí)，開(kāi)始關(guān)閉輔助調(diào)節(jié)閥，直至輔閥全關(guān)或主閥開(kāi)度回調(diào)至85%以上。

（2）當(dāng)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度在30%～97%時(shí)，輔助調(diào)閥閥門(mén)開(kāi)度給定值為其實(shí)際閥位，此時(shí)偏差為0，輔閥不能打開(kāi)。

（3）當(dāng)主調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度大于97%時(shí)，開(kāi)始開(kāi)啟輔助調(diào)節(jié)閥，直至輔閥開(kāi)度為30%或主閥開(kāi)度回調(diào)至67%以下。

3 改進(jìn)建議

雖然當(dāng)前的閥位控制策略可以滿足工藝系統(tǒng)要求，并經(jīng)過(guò)了電站各個(gè)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的考驗(yàn)，但是2號(hào)低加液位調(diào)節(jié)器仍有改進(jìn)的空間。

（1）針對(duì)輔助調(diào)閥開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程中帶來(lái)的擾動(dòng)偏大的問(wèn)題，建議在輔助調(diào)閥的邏輯中增加液位條件。即：① 開(kāi)啟輔助調(diào)閥的條件中增加“2號(hào)低加液位＜設(shè)定值”的條件，避免在液位高于設(shè)定值時(shí)繼續(xù)開(kāi)啟輔助調(diào)閥、增加液位的超調(diào)量。② 關(guān)閉輔助調(diào)閥的條件中增加“2號(hào)低加液位＞設(shè)定值”的條件，避免在液位低于設(shè)定值時(shí)持續(xù)關(guān)閉輔助調(diào)閥、增加液位的超調(diào)量。

（2）主調(diào)節(jié)閥開(kāi)度大于97%時(shí)輔助調(diào)節(jié)閥將直接開(kāi)至30%，這會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)比較大的擾動(dòng)，同時(shí)輔助調(diào)節(jié)閥開(kāi)至30%后在自動(dòng)調(diào)節(jié)下將不能開(kāi)啟至更大開(kāi)度，特殊工況下不能滿足工藝系統(tǒng)更大的需求。建議適當(dāng)降低開(kāi)啟輔閥的主閥開(kāi)度值，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化邏輯實(shí)現(xiàn)輔閥分步開(kāi)啟至30%或更大開(kāi)度。比如將97%改為85%，在主調(diào)節(jié)閥第一次開(kāi)至85%時(shí)，先將輔助調(diào)節(jié)閥開(kāi)至10%；在主調(diào)節(jié)閥第二次開(kāi)至85%時(shí)，再將輔助調(diào)節(jié)閥開(kāi)大10%，以此類(lèi)推，逐步開(kāi)大輔助調(diào)節(jié)閥。在關(guān)閉輔助調(diào)節(jié)閥的過(guò)程中也可以采用同樣的方法。這樣做的好處一方面是可以減小開(kāi)啟輔助調(diào)節(jié)閥對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)，另一方面也可以充分發(fā)掘輔助調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能。

表1 2次優(yōu)化前后調(diào)節(jié)器工作情況的主要參數(shù)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2號(hào)低加液位調(diào)節(jié)器的優(yōu)化過(guò)程的分析，得到了主輔調(diào)節(jié)閥較好的配合契合點(diǎn)，并對(duì)當(dāng)前的控制策略給出了建議，對(duì)2號(hào)低加液位調(diào)節(jié)器的優(yōu)化有一定的借鑒意義；同時(shí)，通過(guò)再次梳理優(yōu)化流程，也加深了對(duì)閉環(huán)調(diào)節(jié)的理解，對(duì)后續(xù)工作起到很大的幫助。

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