汽機旁路系統(tǒng)蒸汽閥反饋波動緊急干預方案

陳 佳

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355200)

0 引言

核電機組在降功率過程中，為平衡一回路和二回路功率，汽機旁路系統(tǒng)(contournement global turbine，GCT)蒸汽排放控制閥將按照系統(tǒng)設計依次開啟。GCT121VV反饋波動，將導致GCT 121VV投運后自動控制異常，影響一回路和二回路功率平衡。在核電機組降功率過程中，向凝汽器、除氧器排放系統(tǒng)(GCT-c)投運前，編制一套針對GCT121VV反饋波動問題的干預方案尤為重要。

1 GCT-c簡介

GCT在反應堆功率與汽機負荷不一致時，把多余的蒸汽排向凝汽器、除氧器和大氣，為反應堆提供一個“人為”的負荷。

GCT-c向凝汽器排放系統(tǒng)由主蒸汽母管兩端引入兩根排放總管，再由排放總管分出12根排放支管，從兩側進入凝汽器，每根支管上有一個常開的手動隔離閥和一個蒸汽排放控制閥。GCT-c排放系統(tǒng)如圖1所示。

GCT-c蒸汽排放控制閥的開啟方式分為調制開啟和快速開啟。調制開啟是根據(jù)GCT-c總開度信號的大小，通過GD函數(shù)使閥門按比例開啟;快速開啟是通過快開命令使閥門快速全開。

GCT-c向凝汽器排放系統(tǒng)的12臺蒸汽排放控制閥分為三組。

(1) 第一組：GCT121/117/113VV，按照121VV——117VV——113VV的順序依次開啟。

(2) 第二組：GCT115/119/123VV，同步開啟。

(3) 第三組：GCT114/116/118/120/122/124VV，同步開啟。

圖1 GCT-c向凝汽器排放系統(tǒng)示意

GCT-c向冷凝器排放系統(tǒng)的12臺蒸汽排放控制閥承擔GCT-c總開度的85.2 %，每臺閥門承擔7.1 %，具體分布如表1所示。

表1 閥門對應總開度信號區(qū)間

2 問題描述

以某核電廠為例，機組按照計劃執(zhí)行降功率、停機解列等操作。在降功率過程中，GCT-c投運前，運維人員發(fā)現(xiàn)GCT121VV反饋出現(xiàn)波動。該問題將導致GCT121VV投運后其自動控制異常，影響一回路和二回路之間的功率平衡，甚至引起跳機、跳堆等重大事件發(fā)生。

在正常情況下，核電廠機組降功率過程中，僅投運GCT-c第一臺蒸汽排放控制閥(即GCT121VV)便可維持一回路和二回路之間的功率平衡。

3 常規(guī)干預方案存在的問題

核電機組降功率過程中，GCT-c投運前，針對GCT121VV反饋波動問題的常規(guī)干預方案有以下兩種。

(1) 方案一：消除GCT121VV反饋波動問題。通常方法是檢查GCT121VV閥位反饋器，進行修復或更換，必要時進行閥門校驗。

(2) 方案二：隔離GCT121VV，避免閥門非預期動作。因GCT121VV為失氣關閉型閥門，通常采用關閉GCT121VV氣源隔離閥，斷開其控制氣源，使其處于關閉狀態(tài)。

兩種方案存在的弊端分析如下。

(1) 方案一。維修時間長，影響機組降功率、停機解列計劃。原因分析：根據(jù)歷史經(jīng)驗，蒸汽排放控制閥反饋波動的維修時間需6～12 h，若因備件、閥門驗證窗口設置等各種因素影響，維修時間會更長。

(2) 方案二。機組參數(shù)波動范圍大，影響系統(tǒng)安全運行裕度。原因分析：GCT-c總開度信號在0.0 %～7.1 %區(qū)間時無法開啟GCT-c蒸汽排放控制閥，導致一回路和二回路功率無法平衡，一、二回路功率偏差進一步擴大。當GCT-c總開度信號超過7.1 %后，GCT117VV開啟，使一、二回路功率偏差降低。當GCT-c總開度信號降低到7.1 %以下后，GCT117VV關閉，GCT-c蒸汽排放控制閥再次無法平衡一、二回路功率，周而復始，使機組參數(shù)出現(xiàn)較大幅度波動。

4 基于數(shù)字化儀控系統(tǒng)的干預方案改進

自田灣核電、嶺澳核電成功引入DCS后，DCS在國內后續(xù)新建核電機組上得到廣泛應用。隨著DCS引入，給現(xiàn)場問題的解決或緊急干預提供了更多的選擇。

4.1 GCT-c控制原理及數(shù)字化實現(xiàn)方式

某核電廠采用MELTAC+MACS全數(shù)字化儀控系統(tǒng)，GCT-c向冷凝器排放系統(tǒng)的控制邏輯在非安全級DCS (MACS平臺)中實現(xiàn)。

GCT-c總開度信號經(jīng)過5個折線函數(shù)分別控制 GCT121VV，GCT117VV，GCT113VV，GCT第二組閥(GCT115/119/123VV)，GCT第三組閥(GCT114/116/118/120/122/124VV)。

4.2 改進方案

通過對GCT-c蒸汽排放控制閥的排放能力、控制邏輯進行分析，GCT121VV和GCT117VV兩者具備相互替代的條件。

(1) GCT121VV和GCT117VV具有相同排放能力，且對稱分布在冷凝器兩側。

(2) GCT121VV和GCT117VV相關反饋信號參與的控制邏輯相同。

(3) GCT121VV和GCT117VV快速開啟的條件相同。

(4) GCT121VV和GCT117VV調制開啟方式相同，接受同一信號(GCT-c總開度信號)，通過折線函數(shù)計算閥門控制指令。僅因不同的開啟順序要求選擇不同的折線函數(shù)計算閥門的控制指令。

綜上所述，GCT121VV和GCT117VV兩者在功能上可以相互替代。結合GCT121VV和GCT 117VV在數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的邏輯組態(tài)實現(xiàn)方式，可以通過對調GCT121VV和GCT117VV的控制信號，完成緊急情況下GCT117VV對GCT121VV的臨時替代，實現(xiàn)GCT121VV反饋波動引起閥門不可用的緊急干預。

基于MACS平臺實現(xiàn)GCT-c控制邏輯組態(tài)的某核電廠改進方案，實施過程如下。

(1) 使用組態(tài)編輯軟件打開DCS控制站工程。

(2) 修改GCT121VV和GCT117VV調制開啟信號組態(tài)，即在組態(tài)中將中間點GCTA02A02和中間點GCTA02A03對調。修改后的組態(tài)。

(3) 保存工程。

(4) 下裝工程。

(5) GCT-c蒸汽排放控制閥為失氣關閉型閥門，關閉GCT121VV氣源隔離閥，防止GCT-c投運后因GCT121VV反饋波動而引起GCT 121VV動作。

5 結束語

GCT121VV反饋波動緊急干預方案，能夠快速有效地完成GCT117VV對GCT121VV的功能替代，保證機組降功率及停機解列按照計劃及外部(比如電網(wǎng))要求順利進行，并避免機組參數(shù)出現(xiàn)大幅波動。

該方案已在國內某核電廠機組降功率過程中成功應用，效果明顯。該方案可供同行業(yè)相關人員參考與借鑒。