海陽核電1號機組汽輪機控制和保護系統儀控調試

田青旺

（國核自儀系統工程有限公司，上海 200241）

海陽核電1號機組汽輪機控制和保護系統儀控調試

田青旺

（國核自儀系統工程有限公司，上海 200241）

通過調試檢驗汽輪機控制和保護系統的設計、制造、安裝質量，使汽輪機控制和保護系統（TCPS）達到在線監測數據準確、保護動作正確、自動控制可靠的安全運行條件，滿足汽輪機安全運行需要。為后續AP1000同類核電機組TCPS的順利調試累積寶貴經驗。

調試；汽輪機控制和保護系統；汽輪機保護遮斷系統；汽輪機電液調節控制系統

海陽核電1號機組主汽輪機采用四缸、單軸、六排汽、凝汽式設計。汽輪機控制和保護系統 （TCPS）由西屋電氣公司 （以下簡稱“西屋”）負責設計，使用Ovation的OCR 400（版本3．3．1）控制，與非安全級主儀控采用一體化平臺。

TCPS的控制系統主要包括7對控制器及9面機柜，沒有單獨的操縱員站。機組設有2個高壓主汽調節聯合閥，分別布置在高壓缸兩側的基礎上。每個主汽調節聯合閥由2個主汽閥（MSV）和2個高壓調節閥 （GV）構成。機組設有6個再熱主汽閥 （RSV）和6個再熱調節閥 （ICV）。

1 調試準備、調試階段及調試范圍

1．1 調試準備

（1）調試文件

調試文件主要指公司調試相關的管理性文件及指導調試大綱、規范和程序。對于TCPS調試人員來說，調試技術文件準備工作主要涉及對供貨商提交設計文件的審查，在供貨商提交文件基礎上編寫部分總體調試程序。通過對設計階段文件審查，使調試技術骨干及早了解所負責調試的系統，做到知其然，也知其所以然。

NB／T 25007—2011 《核電廠調試文件體系編制要求》［5］指出，核電廠調試文件體系應至少包括調試大綱、系統調試大綱、試驗順序程序、通用試驗程序、試驗報告和總結報告。除了上述調試文件外，海陽一期核電站TCPS調試還包括一些專用試驗程序，例如增強型冗余閥位卡eRVP切換試驗等。項目主要編制的調試文件如下：

1）主汽輪機系統調試大綱；

2）主汽輪機控制和診斷系統調試大綱；

3）主汽輪機系統預運行試驗規格書；

4）主汽輪機控制和診斷系統預運行試驗規格書；

5）汽輪機非核蒸汽沖轉試驗規格書；

6）汽輪機沖轉及空負荷試驗規格書；

7）汽輪發電機組閥門活動試驗規格書；

8）主汽輪機系統預運行試驗程序；

9）主汽輪機控制和診斷系統試驗程序；

10）汽輪機非核蒸汽沖轉試驗程序；

11）汽輪機沖轉及空負荷運行試驗程序。

（2）試驗物質準備

調試物質準備主要包括調試臨時設備準備、調試儀器儀表和工具準備、調試備品備件和消耗材料準備3項工作。保證試驗所使用的儀器儀表為有效，從而保證了測量數據的質量。

1．2 調試階段劃分

TCPS調試主要分為單體試驗、預運行試驗、非核沖轉試驗和汽輪機沖轉試驗四大部分。

預運行試驗前，機務需進行一些單體試驗程序，以驗證TCPS相關的單體設備性能滿足設計要求。比如，主機電液調節程序，用以確認電磁閥運行電壓范圍和調整限位開關；TCPS涉及的儀控相關機柜需完成上電及相關測試，以支持后期的試驗。

單體試驗時，相關的支持系統需要完成調試并投運，比如汽機電液調節油系統、主機潤滑油系統和壓縮空氣系統等。

核電廠的TCPS預運行試驗主要發生在冷試 （A1）和熱試 （A2）階段，通過預運行試驗以獲取設備的靜態特性數據，檢驗系統的保護動作、聯鎖、報警等，并考察各項技術指標是否達到設計要求。

汽輪發電機組的沖轉是核電廠調試過程中一項具有里程碑性質的試驗。為了及早的暴露和發現問題，從而及時采取糾正措施，為核電站并網發電準備條件，保證汽輪發電機組運行期間的安全穩定，有必要在核燃料添加前對汽輪發電機組進行沖轉試驗。試驗主要方法：在熱態功能試驗的后期，利用反應堆冷卻劑泵和穩壓器電加熱器的能量使一回路冷卻劑升溫升壓，由蒸汽發生器內產生蒸汽來沖轉汽輪發電機組。對汽輪機調節控制系統功能和機械轉動的情況進行檢查確認。

1．3 調試范圍

海陽核電一期汽輪機控制和保護系統的調試范圍主要包括汽輪機保護遮斷系統 （MTP）和汽輪機電液調節控制系統 （MTC）兩個包。

汽輪機保護遮斷系統范圍：電磁閥 （主機的AST電磁閥、LOCKOUT電磁閥、噴油試驗電磁閥、掛閘電磁閥、推力軸承油壓通道試驗電磁閥，軸承潤滑油壓通道試驗電磁閥，凝汽器真空通道試驗電磁閥，及控制柜與電磁閥之間的電纜；現場儀表 （壓力開關等）及核電廠控制系統 （PLS） （DPU022－026）與現場儀表的信號纜；LVDT （線性位移傳感器）及其至MTC之間的信號電纜；行程開關至MTP之間的信號電纜；行程開關至MTC之間的信號電纜；MTP與就地儀表盤中 “WL”之間的信號電纜；伺服閥插頭至MTP的控制電纜；電磁閥線圈至MTP的控制電纜。

汽輪機電液調節控制系統：電磁閥 （A／B／C／D高壓主汽門活動試驗電磁閥，A／B／C／D高壓調門活動試驗電磁閥，A／B／C／D／E／F低壓主汽門活動試驗電磁閥，A／B／C／D／E／F低壓調門活動試驗電磁閥，及控制柜與電磁閥之間的電纜；現場儀表 （行程開關等）及PLS（DPU021、DPU035）與現場儀表的信號纜；與GCB、GIS的信號纜。

2 預運行試驗

三菱公司作為主汽輪機系統 （MTS）的供應商，提交了MTS的試驗程序，MTS試驗程序由機務負責執行，程序中關于儀控相關的試驗由儀控調試執行。儀控調試本身編制了TCPS試驗程序，兩個程序間存在一定的迭代，確保所有試驗項被執行。

調試遵循先單體后回路，先單系統后聯合仿真的原則執行。

調試的先決條件包括：系統已移交調試，移交包簽署完成；本試驗與電廠本系統正在進行的其他試驗無沖突；調試所需文件齊全有效。

2．1 MTP回路檢查

試驗項目主要包括：

（1）PLS投入檢查

包括PLS （MTP） （DPU022－026）控制柜I／O卡件投入檢查及PLS （MTC） （DPU021）控制柜涉及行程開關的I／O卡件投入檢查。在投入OVATION控制柜的I／O卡件時，必須避免或防止強電串入燒壞控制卡件事件發生。投入卡件前，可先用萬用表查證排除無接線回路220VAC、220VDC、線路接地等風險因素。

（2）LVDT檢查

LVDT的回路檢查前，建安公司已將LVDT安裝完成并且牢固，并且LVDT的安裝滿足油動機行程要求。LVDT的回路檢查應重點關注初級線圈接線、次級線圈1、次級線圈2的極性對應性和正確性；并且LVDT回路的接線應壓緊避免接線回路的松動。

（3）電磁閥回路檢查

電磁閥回路的檢查應將電磁閥的對應性及電磁閥線圈電壓等級為核查重點。

（4）伺服閥回路檢查

伺服閥回路的檢查應將伺服閥的對應性及極性為核查重點。

（5）通道信號回路檢查

（6）電磁閥通電檢查

（7）儀表投入檢查

（8）閥門整定

通過使用Ovation系統標準的閥位定值器上傳／下載／校準圖形來查看和修改VP調節常數以執行校準。通過校準順序來確定0% 和100%校準值和解調器增益；通過調整相關常數，確定機械行程的端點，使LVDT達到最佳性能。

2．2 MTP／MTC報警試驗

MTP／MTC報警試驗需要與電廠控制系統畫面和AP1000報警顯示系統 （APS）配合檢查。確保報警點不但在報警監視畫面上正確顯示，還應在APS上正確報警。

2．3 MTP聯鎖試驗

在屏蔽MTP跳閘條件時，對采取措施（短接或解線）接線回路的線號進行保護以防脫落，以便恢復接線回路時正確接線。

為防止在做MTP聯鎖遮斷保護試驗中，頻繁打閘／掛閘對汽輪機閥門 （MSV、RSV、GV、ICV）造成損壞，應選擇1－2次遮斷保護項目，來檢驗汽機遮斷保護功能的正確性。其余遮斷項目，采用關閉RSV、GV、ICV的進油針型閥的措施后，并且掛閘后不采取EH AUTO方式，進行掛閘／遮斷試驗。

在未采取關閉MSV、RSV、GV、ICV的進油針型閥的措施，進行掛閘／打閘遮斷試驗前應做好示警TEST牌，以免汽機閥門開關或打閘傷人事故發生，并且在模擬遮斷前，應建立三段式溝通，確認汽機遮斷保護動作不會造成閥門傷人風險，方可模擬遮斷保護動作。

2．4 MTP遠方通道試驗

真空低通道試驗的先決條件是凝汽器已建立真空；此試驗在凝汽器建立真空后擇時進行。

2．5 MTP噴油試驗

本試驗的試驗目的在于檢驗機械超速（MOST）的邏輯功能，并不涉及檢驗撞擊子的動作功能。驗收準則是噴油試驗功能正確可靠，滿足設計要求。

在做MOST試驗時，汽機掛閘／打閘前應做好示警TEST牌，和建立三段式溝通確認無傷人風險，以免汽機閥門開關或打閘傷人事故發生。

2．6 MTC回路檢查

電磁閥回路檢查：電磁閥接線回路正確、類型正確，符合設計要求。

通道信號回路檢查：信號回路正確，并滿足以下精度要求：電流 （mA），基本誤差：±0．2%；熱電偶 （mV），基本誤差：±0．3%。

MTC電磁閥通電試驗：電磁閥通電后皆能正確勵磁，符合設計要求。

2．7 檢查、試驗、分析和驗收準則 （ITAAC）

根據AP1000設計控制文件，針對主汽輪機系統，共用以下四項試驗需要納入ITAAC，在預運行試驗階段完成。國家核安全局需要對涉及的ITAAC項進行檢查。

1）在主控跳閘汽輪發電機組；

2）收到保護和安全監測系統 （PMS）的信號之后，汽輪發電機組跳閘；

3）主汽輪發電機在收到來自多樣化驅動系統 （DAS）的信號之后跳閘；

4）兩種獨立的電超速試驗。

2．8 非核蒸汽沖轉試驗

本試驗目的是確認汽輪發電機組在沖轉升速和運行時各個狀態參數正常，沖轉過程中進行的試驗主要包括調節控制系統功能相關的試驗和部分保護裝置試驗。

非核沖轉試驗涉及的試驗程序主要包括：

1）汽輪機非核蒸汽沖轉試驗程序；

2）非核沖轉前聯鎖試驗程序；

3）機組沖轉前的邏輯閉鎖程序；

4）汽輪發電機組振動監測和動平衡試驗程序。

驗證各調節控制系統和聯鎖保護功能的正確，具體項目包括：MSV控制機組升速功能、MSV穩定機組轉速功能、機組轉速自平衡功能、PMS聯鎖跳汽輪機功能、DAS聯鎖跳汽輪機功能、TOP、COP聯鎖啟動功能、閥切換功能、GV轉速控制功能、OPC試驗功能。

在機組升速過程中，監測汽輪發電機組各軸承的振動情況，實機組測臨界轉速。

檢查汽輪機組的安裝與運行情況，確認機組在升速期間和額定轉速空負荷情況下各項參數符合設計要求。具體項目包括：機組摩擦檢查、400r／min機組參數檢查、1 060r／min機組參數檢查、1 500r／min機組參數檢查。

檢查確認汽輪發電機組主油泵與液壓保安系統工作正常，具體項目包括：就地停機試驗、遠方停機試驗、主油泵工作情況檢查、就地注油試驗。

針對靜態特性試驗期間發現的閥門反饋非線性問題，在非核蒸汽沖轉期間進一步驗證。

3 調試中主要問題及建議

3．1 調試中出現的主要問題及解決方法

（1）LVDT行程不匹配問題

在進行 “MTP回路檢查”檢查試驗時，發現E－ICV對應的冗余RVP模件在閥門正常動作時繁發生控制模件主控和副控切換。經過多次分析和試驗，先后排除了控制系統模件故障、版本不匹配和就地LVDT本身故障，最后將故障鎖定在兩個LVDT行程在過程中反饋偏差大，超過平臺要求的1．5%要求。通過調整就地LVDT安裝行程，問題得以解決。

（2）閥門自由行程不線性問題

在閥門自由行程標定時發現，4個高壓主汽門 （MSV）、四個高壓調節門 （GV）和6個低壓調節汽門 （ICV）的指令與LVDT反饋出現非線性偏差，最大偏差達到4%。

西屋作為控制系統的供應商，其TCPS出廠報告顯示eRVP卡工作正常，但是其試驗為純仿，沒有和三菱真實的油動機一起聯調。三菱公司的出廠報告顯示，其采用的 “Servo count card”進行測試顯示，LVDT線性度滿足要求。

現場搭建了試驗平臺，首先對RVP模件這一側進行測試，查找原因。試驗證明，改變eRVP供給LVDT初級線圈勵磁源的電壓和頻率 （包括甚至取消eRVP上的供電固件），采用第三方勵磁源，均不能改善LVDT線性度。本試驗排除了是線路或eRVP模件引起LVDT線性度不準確的可能。

經過了LVDT De－modulator對直流感應電壓進行過濾。現場實際接線中，西屋是將反饋的感應電壓接到了RVP模件上。三菱此前將其出廠的配置發給過西屋，但是沒有引起對De－modulator作用的重視。

最后，通過在邏輯中對反饋進行函數修正，解決了此問題。

（3）閥門關閉時間

汽輪機主汽閥及調節汽閥關閉的快慢，直接決定了機組甩負荷時調節系統控制下機組的最高飛升轉速以及在超速時危急遮斷器動作后機組的實際飛升轉速［6］。

按照 《電力建設施工及驗收技術規范》［4］（DL 5011—92），100MW 以上汽輪機組主汽閥關閉時間不大于500ms，調節汽閥則沒有要求。按照DL／T 711－1999，《汽輪機調節控制系統試驗導則》［3］的要求，高、中壓調節汽閥和高、中壓主汽閥油動機的總關閉時間t為關閉過程中的動作延遲時間t1和關閉時間t2之和。針對600MW以上機組，試驗導則建議的總關閉時間小于0．3s。

海陽一期項目三菱汽機額定功率大于1 000MW，其汽閥關閉時間計算公式為t＝t1＋t2／2，不同于試驗導則要求，但是其RSV和ICV的關閉時間均同樣要求小于0．3s，理論上不滿足 《汽輪機調節控制系統試驗導則》的要求。

3．2 控制平臺與工藝系統不協調問題

傳統上，汽機轉速信號先接到OPC控制器，再輸出到MTC。這種情況下，OPC控制器一旦故障，需要設計成聯鎖跳機。海陽一期TCPS的汽機轉速信號分配方案為特殊設計，不需要將OPC控制器故障作為聯鎖跳機條件。

Ovation平臺采用控制器計算轉速信號后再送出動作OPC電磁閥，控制器計算本身需要比較長的周期，加上模件輸出，OPC響應時間比硬件回路方式更長。主機廠計算后給出了能接受的最大OPC響應時間值，在項目的出廠驗收試驗中，發現有超限情況。實際運行中，OPC超限可能導致汽機超速。

調試中，發現RVP舊版型號無法識別初級線圈回路斷線 （因為在中間位置時，LVDT電壓輸出在基本為0V）。經過升版固件，解決了這個問題，但是又發現喪失了廠家說明書上的電壓外輸出功能。

3．3 經驗總結

汽機轉速信號必須單獨使用一根帶屏蔽層的雙絞線進行傳輸，不允許與其他傳輸信號共用一根電纜，包括其他的轉速信號，以免受到干擾。

為最大限度減少損壞TCPS控制模件、模件通道及通道保險，TCPS調試時要求安裝公司查線后將TCPS控制側端接頭浮空；等調試人員試驗到相關設備或系統時，調試人員再次查線后由調試逐一端接。在后期的現場變更實施或消缺時，都采用這一原則，就地拆除或更換設備，TCPS控制側的接線先解除，線纜重新查證后重新恢復。

調試中，還應收集存檔TCPS系統軟件的版本信息、硬件部件的部件號和序列號，定期與DCS平臺的召回信息核對。

4 結束語

核安全法規 HAF 103［1］中要求核電廠調試的實施情況應分階段審查，在完成對前階段調試試驗所得結果的評價和監查，并確認已實現了全部目標和滿足了全部核安全管理要求之后才允許進行下一階段的調試試驗工作。海陽核電站的調試管理中設立試驗審查委員會來實施上述法規要求。

核電廠安全導則HAD103－02《核電廠調試程序》［2］對核電廠調試主要階段進行了詳細描述，海陽一期核電站TCPS調試各階段的內容符合HAD103－02的要求。

空負荷試驗后，TCPS還需要進行帶負荷試驗，以獲取調節系統在有蒸汽作用下的醅汽機構特性、調節汽閥重疊度特性和提升特性等特性，以及驗證負荷穩定性及汽機性能等試驗。

通過對海陽核電1號機組TCPS的成功調試，積累了Ovation控制系統與三菱主機的調試經驗，可以為后續同型機組的調試提供一定的參考。

［1］國家核安全局 ．核動力廠運行安全規定：HAF 103［S］．北京：2004．

［2］國家核安全局 ．核電廠調試程序：HAD103－02［S］．北京：1987．

［3］電力行業電站汽輪機標準化技術委員會 ．汽輪機調節控制系統試驗導則：DL／T 711—1999 ［S］．北京：1998．

［4］中國電力企業聯合會基建工作部 ．電力建設施工及驗收技術規范：DL 5011—92 ［S］．北京：1992．

［5］國家能源局 ．核電廠調試文件體系編制要求：NB／T 25007—2011 ［S］．北京：2011．

［6］黨原健．蒲城電廠1號汽輪機主汽閥及調節汽閥靜態關閉時間測試及分析 ［J］．西北電力技術，2003（3）：23－24．

I＆C Commissioning for the Turbine Control and Protection System of Haiyang Unit 1

TIAN Qing－wang
（State Nuclear Power Automation System Engineering Company，Shanghai 200241，China）

Through commissioning of turbine control and protection system，the design，manufacture，and installation quality of the system are validated，with an aim to achieve accurate on－line monitoring data，correct protection act，and reliable automatic control of the TCPS，and to meet normal and abnormal operating requirements of the main turbine system．

commissioning；turbine control and protection system；steam turbine protection interrupt system；electro－hydraulic turbine control system．

TM623．7 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0320－06

TM623．7

A

1674－1617 （2017）03－0320－06

10．12058／zghd．2017．03．320

2017－05－26

田青旺 （1979—），男，河南南陽人，學士，工程師，現主要從事AP1000儀控相關工作 （E－mail：tianqingwang＠snpas．com．cn）。

（責任編輯：白佳）