某核電廠發(fā)電機(jī)氫水差壓低異常報(bào)警原因分析

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發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)(GST)的功能是通過(guò)一個(gè)閉式的低電導(dǎo)率水的循環(huán)回路帶走發(fā)電機(jī)定子線圈帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)殼體氫氣壓力為5bar，通過(guò)冷卻水調(diào)節(jié)閥(GST027VN)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水壓力，使冷卻水壓力低于氫氣壓力0.4bar。

參考電廠在功率運(yùn)行期間曾多次閃發(fā)氫水差壓低報(bào)警，就地氫水差壓指示值在0.35bar左右，懷疑GST027VN調(diào)節(jié)回路存在異常。本文針對(duì)參考電廠GST027VN調(diào)節(jié)回路進(jìn)行分析，解釋出現(xiàn)閃發(fā)報(bào)警異常的原因。

1 GST027VN調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)

核電廠常規(guī)島發(fā)電機(jī)氫氣冷卻系統(tǒng)(GRV)為發(fā)電機(jī)殼體提供氫氣冷卻，定子冷卻水系統(tǒng)(GST)為發(fā)電機(jī)定子線圈提供水冷卻。發(fā)電機(jī)定子線圈冷卻水壓力通過(guò)調(diào)節(jié)閥(GST027VN)自動(dòng)控制。

發(fā)電機(jī)入口處的定子線圈冷卻水壓力和發(fā)電機(jī)殼體氫氣壓力分別通過(guò)壓力變送器測(cè)量并傳送至PLC控制器，在PLC控制器中，對(duì)這兩個(gè)壓力信號(hào)進(jìn)行比較并運(yùn)算輸出調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)，以確保氫氣壓力高于冷卻水壓力0.4bar。

GST027VN控制回路采用雙通道PLC，通道1在KCO201AR柜，通道2在KCO202AR柜，兩通道的PLC均處于運(yùn)行狀態(tài)。通常情況，由通道1實(shí)際控制GST027VN，當(dāng)KCO201AR機(jī)柜PLC控制器出現(xiàn)異常時(shí)，GST027VN控制自動(dòng)切換至通道2。

對(duì)于每個(gè)通道，氫水差壓的測(cè)量方式有兩種：

計(jì)算差壓，：氫氣壓力、冷卻水壓力分別測(cè)量，在PLC中運(yùn)算得出氫水差壓。

― 通道1：GRV001MP-GST001MP

― 通道2：GRV002MP-GST001MP

測(cè)量差壓，：GST002MP直接測(cè)量氫、水差壓，并同時(shí)送給通道1和通道2

備注：GRV001和GRV002MP變送器測(cè)量GRV氫氣壓力，GST001MP變送器測(cè)量GST冷卻水壓力，GST002MP變送器直接測(cè)量氫、水差壓。

正常情況，計(jì)算差壓和測(cè)量差壓基本一致，比較計(jì)算差壓與設(shè)定值(GST單泵運(yùn)行定值為0.4bar，雙泵運(yùn)行定值為0.1bar)偏差，控制GST027VN開(kāi)或關(guān)動(dòng)作；當(dāng)計(jì)算差壓比測(cè)量差壓高出40 mbar時(shí)，將自動(dòng)切換至測(cè)量差壓方式。當(dāng)氫水差壓值與設(shè)定值的偏差超過(guò)50mbar時(shí)，PLC調(diào)節(jié)回路輸出脈沖信號(hào)(間隔10s輸出1s的4m A或20m A信號(hào))，控制GST027VN關(guān)或開(kāi)動(dòng)作。調(diào)節(jié)回路設(shè)置50mbar調(diào)節(jié)死區(qū)，以避免氫水差壓調(diào)節(jié)頻繁波動(dòng)。詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 GST027VN調(diào)節(jié)原理圖

2 氫水差壓指示偏差與報(bào)警閃發(fā)原因分析

現(xiàn)象1：某日5：58，機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)充排氫結(jié)束，6：02分主控出現(xiàn)氫水壓差低(GST035AA)報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查氫水壓差在0.35Bar左右，主控顯示GST冷卻水流量響應(yīng)緩慢，懷疑L1GST027VN調(diào)節(jié)響應(yīng)滯后。

現(xiàn)象2：運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)巡視，發(fā)現(xiàn)GST003ID基本在0.35-0.4bar范圍內(nèi)波動(dòng)。

當(dāng)GST單泵正常運(yùn)行時(shí)，氫水差壓控制定值為0.4bar，調(diào)節(jié)死區(qū)為50mbar，因此，穩(wěn)定狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)GST003ID的氫水差壓指示值應(yīng)在0.35-0.4bar間。懷疑GST027VN調(diào)節(jié)或氫水差壓測(cè)量回路存在異常。

通過(guò)PLC監(jiān)視終端，監(jiān)視KCO201/202AR中的GST027VN調(diào)節(jié)回路各參數(shù)：

― GST002MP測(cè)量差壓在KCO201AR中比計(jì)算差壓(GRV001MPGST001MP)略微偏高15-20mbar左右，GST002MP測(cè)量差壓值與GST003ID顯示數(shù)值基本一致。

― 由于GST027VN調(diào)節(jié)回路存在50mbar調(diào)節(jié)死區(qū)，當(dāng)計(jì)算差壓在0.35-0.45bar范圍時(shí)，GST027VN閥門(mén)不動(dòng)作，氫水差壓的變化取決于GRV和GST系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)在0.35-0.45bar之間滑動(dòng)，因此，氫水差壓較長(zhǎng)時(shí)間維持在0.35-0.4bar是可能的。

― 儀控工程師多次監(jiān)視比對(duì)GST003ID和PLC調(diào)節(jié)回路中的氫水差壓，發(fā)現(xiàn)氫水差壓值有時(shí)在0.35-0.4bar范圍波動(dòng)，有時(shí)在0.4-0.45bar范圍波動(dòng)。

通過(guò)上述比對(duì)分析，可以判斷GST003ID氫水差壓指示是準(zhǔn)確的。

進(jìn)一步監(jiān)視KCO201/202AR中兩個(gè)PLC通道氫水差壓測(cè)量數(shù)據(jù)，見(jiàn)記錄表1記錄。

表1 穩(wěn)定狀態(tài)PLC通道壓力值記錄

備注：計(jì)算差壓參與調(diào)節(jié)，并穩(wěn)定調(diào)節(jié)在0.4bar，分別觀察KCO201/202AR機(jī)柜得到相關(guān)數(shù)據(jù)。因?yàn)闊o(wú)法同時(shí)監(jiān)視兩個(gè)通道，表中數(shù)據(jù)存在一定的時(shí)間偏差，只作定性分析使用。

從表1數(shù)據(jù)來(lái)看，通道2中的GRV002MP-GST001MP的氫水差壓值比通道1中的GRV001MP-GST001MP值偏小30-35mbar左右。即，GST027VN實(shí)際調(diào)節(jié)的通道1的GRV001MP-GST001MP值在0.35-0.45bar范圍波動(dòng)時(shí)，通道2的GRV002MP-GST001MP值大致在0.315-0.415bar之間波動(dòng)。儀控人員跟蹤GRV系統(tǒng)排、充氫過(guò)程，監(jiān)視到的參數(shù)變化見(jiàn)表2記錄。

表2 GRV系統(tǒng)排、充氫過(guò)程氫水差壓及閥位記錄

排、充氫過(guò)程，氫水差壓波動(dòng)幅度有所擴(kuò)大，由20mbar擴(kuò)大到70mbar左右。排、充氫操作前，如氫水壓差偏小(接近0.35bar或更低)，則在排、充氫操作過(guò)程，實(shí)際氫水壓差會(huì)向下波動(dòng)到0.32bar左右；此時(shí)，通道2的氫水壓差則可能向下波動(dòng)到0.29-0.295bar。而且由于GST027VN的開(kāi)、關(guān)調(diào)節(jié)為脈沖信號(hào)，且存在50mbar死區(qū)，因此，實(shí)際壓差達(dá)恢復(fù)到0.35bar以上時(shí)，控制GST027VN關(guān)閉的脈沖信號(hào)消失；如此時(shí)，實(shí)際差壓恢復(fù)并穩(wěn)定在略微高于0.35bar，則在整個(gè)過(guò)程，通道2中的差壓測(cè)量值會(huì)在0.29-0.32bar之間的范圍波動(dòng)，并且可能在0.3bar以下，觸發(fā)氫水差壓低報(bào)警(GST035AA)。

儀控工程師校驗(yàn)GRV001/002MP變送器，確認(rèn)GRV002 MP比GRV001MP偏小了32mbar，印證了上述分析。

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析，可以判斷：①GST003ID氫水差壓指示是準(zhǔn)確的；②GST027VN調(diào)節(jié)回路以及閥門(mén)響應(yīng)正常；③GRV002MP比GRV001MP偏小30-35mbar左右，是導(dǎo)致氫水差壓低報(bào)警閃發(fā)的原因。