壓水堆核電站汽機旁路排放系統疏水閥控制邏輯改進

牛云 楊宇奇

【摘 要】針對壓水堆核電站滿功率運行時汽機旁路排放疏水閥意外全開引發超功率問題，論文在結合常規島系統工藝的基礎上，介紹了一種通過修改DCS組態提高信號可靠性的改進方法。

【Abstract】In allusion to the problem of overpower caused by the accidental full opening of turbine bypass drain trap at full power operation in PWR nuclear power plant， this paper introduces an improved method to enhance signal reliability on the basis of conventional island system technology. The method can be realized only by modifying the DCS configuration.

【關鍵詞】旁路疏水閥;壓力開關;單一設備故障

【Keywords】bypass drain trap; pressure switch; single equipment failure

【中圖分類號】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）09-0164-02

1 引言

壓水堆核電站的汽機旁路排放系統至冷凝器管線上的電動旁路疏水閥若在正常運行過程中意外全開會引發一回路超功率事件，控制旁路疏水閥的壓力開關存在單一設備故障問題。本文在結合國內壓水堆核電站常規島系統工藝的基礎上，詳述了旁路疏水閥控制邏輯的改進方法。

2 技術背景

2.1 系統介紹

壓水堆核電站汽機旁路排放系統（以下簡稱“GCT”）的功能是當反應堆功率與汽機負荷不一致時，汽機旁路排放系統通過把多余的蒸汽排向冷凝器、除氧器和大氣，為反應堆提供一個“人為”的負荷，從而避免核蒸汽供應系統中溫度和壓力超過保護閾值，確保電站的安全。

機組在正常運行期間，會有微量蒸汽通過GCT的12條蒸汽排放管線排放至冷凝器。國內部分電站在滿功率運行過程中，曾出現壓力開關故障，導致出現12個旁路疏水閥全開問題，高溫高壓的蒸汽會直接通過旁路疏水閥排放，導致二回路蒸汽使用量增加，引發一回路超功率風險。

2.2 缺陷原因

主蒸汽管道至冷凝器的12條GCT蒸汽排放管線上各設置了1個旁路疏水閥，用于增強蒸汽排放管線的疏水能力，將凝結水疏出至冷凝器。除此之外，每條蒸汽排放管線上還配置有1臺疏水器與1個液位開關。

機組運行期間，GCT的12條蒸汽排放管線通過疏水器進行疏水，當疏水器疏水不暢導致疏水器液位高時，對應的液位開關控制單個旁路疏水閥打開。單個旁路疏水閥的控制邏輯如圖2所示。

自動開：①當主蒸汽壓力<9bar.g時，12個旁路疏水閥同時打開;②當疏水器液位高時，單個旁路疏水閥打開。

自動關：當主蒸汽壓力>9bar.g，且疏水器液位不高時，12個旁路疏水閥同時關閉。

GCT的12個旁路疏水閥全開全關的控制信號僅來自于壓力開關VVP102SP，存在單一設備故障問題。機組正常運行過程中，若VVP102SP誤動作，會導致GCT12個旁路疏水閥全部開啟，高溫高壓蒸汽會通過旁路疏水閥直接排放至冷凝器，引發一回路超功率風險。

VVP102SP壓力信號不僅參與以上GCT旁路疏水閥控制，而且參與VVP系統常規島部分的旁路疏水閥控制。VVP單個旁路疏水閥邏輯簡圖如圖3所示。同樣VVP102SP壓力開關出現單一設備故障問題，會導致這些VVP旁路疏水閥未能及時打開。

3 改進方案

為提高GCT/VVP旁路疏水閥壓力控制信號的可靠性，避免運行期間旁路疏水閥的意外開啟，改進方式可通過新增兩路壓力信號，與VVP102SP采用“三取二”的邏輯設計來代替VVP102SP單一的壓力信號。VVP102SP位于主蒸汽管道，用于測量主蒸汽壓力。結合VVP系統工藝，新增兩路壓力信號可選擇來自同樣位于主蒸汽管道的兩個壓力變送器VVP101/102MP，這個兩個壓力變送器的作用僅為監測主蒸汽管道壓力。該改進方式較新增兩個壓力開關更為簡便，可避免在主蒸汽管道上開孔布置測壓點的難題。

本方案可提高VVP/GCT旁路疏水閥主蒸汽壓力信號的可靠性，疏水閥其他控制邏輯均未改變。在機組運行期間，仍通過疏水器進行疏水，當疏水器疏水不暢導致液位高時，可由液位開關控制單個旁路疏水閥打開。

3.1 邏輯優化

上述GCT/VVP疏水閥控制邏輯優化內容均通過修改DCS組態實現，不涉及硬件修改，具體邏輯優化步驟為：①設置已有信號VVP101/102MP的閾值信號（9bar.g），并在閾值信號中分別加入其“質量好”的限制條件，VVP102SP信號中也加入其“質量好”的限制條件;②對以上三組信號進行“三取二”邏輯處理，用于代替原VVP102SP信號對GCT/VVP旁路疏水閥的控制;③將三組信號的質量位信號取反后，進行“三取一”報警邏輯設計，并把該報警信號送主控報警列表顯示。當任意信號的質量位狀態“不好”時，主控顯示該綜合報警。

改進后的VVP/GCT旁路疏水閥主蒸汽壓力控制信號的邏輯圖如圖4所示。“質量位”作用包括：①模擬量信號：設置質量位可以檢測信號斷線或超量程，同時，監測AI通道是否發生故障;②開關量信號：通過檢測查詢電壓，監測DI通道是否故障，設置質量位，便于發生故障時查找原因，當發生以上故障時，DCS自動剔除故障信號。

3.2 測壓點不同分析

在本文論述的改進方式中存在VVP101/102MP與VVP102SP測壓點不同的情況，“三取二”邏輯設計后可能出現GCT/VVP旁路疏水閥略早于或略晚于9bar.g動作的問題，該問題對機組啟機、停機與運行階段系統疏水造成的影響具體分析如下：①主蒸汽壓力9bar.g是存在于VVP暖管過程中的動態工況。在VVP暖管過程中，主蒸汽管道內為憋壓狀態，氣流微弱，各處壓力近似相等，即VVP101/102MP與VVP102SP處壓力近似相等。②VVP暖管通常在3小時內完成，管內溫度與壓力上升速率較快，VVP101/102MP與VVP102SP不同步動作的時間差非常小。③三電站GCT/VVP運行規程中，“主蒸汽壓力上升到9bar.g或55bar.g需核實GCT/VVP疏水閥的開啟與關閉狀態”，均是以VVP101/102MP的壓力讀數作為依據。④GCT/VVP系統的每個疏水器都設有液位開關，在任何時候，只要疏水器內液位為高，液位開關會控制單個旁路疏水閥打開，及時疏水。

因此，改進后在啟機或停機階段GCT/VVP旁路疏水閥略早或略晚于9bar.g動作，對整個系統疏水無影響。運行階段主蒸汽管道內壓力約為77bar.g，遠高于旁路疏水閥的動作值，對整個系統疏水也無影響。所以VVP101/102MP與VVP102SP測壓點不同問題對VVP/GCT系統疏水能力無影響。

4 結論

本文詳述的汽機旁路排放系統的疏水閥控制邏輯改進方式僅需修改DCS組態，即可提高GCT/VVP旁路疏水閥主蒸汽壓力控制信號的可靠性，避免由于運行期間壓力開關單一設備故障造成超功率問題。本文詳述的改進方式對仍未進行GCT旁路疏水閥控制邏輯改進的電站具有一定的借鑒意義。