大亞灣核電站蒸汽發生器水位調節分析

陳 罡

(大亞灣核電運營管理有限責任公司生產部 廣東 深圳 518124)

1 蒸汽發生器水位的調節原理

蒸汽發生器水位需維持在需求的整定值上。

水位不能過高，否則將造成出口蒸汽含水量超標，加劇汽輪機的沖蝕現象，影響機組的壽命甚至使機組損壞。而且，水位過高還會使得蒸汽發生器內水的質量裝量增加， 在蒸汽管道破裂的事故工況下，對堆芯產生過大的冷卻而導致反應性事故的發生。

水位也不能過低，否則，將會導致U 型管頂部裸露，甚至可能導致給水管線出現水錘現象。 這樣，堆芯余熱的導出功能將惡化。

對于每臺蒸汽發生器而言，其水位的調節是通過控制進入該蒸汽發生器的給水流量來完成的。每臺蒸汽發生器的正常給水回路設置有兩條并列的管線：主管線上的主給水調節閥用于高負荷運行工況下的水位調節，旁路管線上的旁路調節閥則是應用于低負荷及啟、停階段的運行工況，其調節原理如圖1 所示。

1.1 主給水調節回路

主給水調節閥的調節包括一個閉環調節通道和一個開環調節通道。

1.1.1 水位整定值

蒸汽發生器水位定值隨負荷而變，負荷是指蒸汽發生器總的蒸汽負荷，它包括三部分：

1）以汽輪機高壓缸進汽壓力為代表的汽輪機進汽流量；

2）ADG 調節信號代表的進入ADG 的新蒸汽流量；

3）GCT-C 的調節信號代表的排往冷凝器的新蒸汽流量。

在20%負荷以下，水位定值隨負荷增加而提高。 這是因為在負荷減小時，由于蒸汽發生器中汽泡數目減少，使蒸汽發生器中水的密度增加（降低比容），為了使水位不下降到低水位保護動作，水位隨負荷增加而線性增加。 在20%-100%負荷時，水位定值維持在50%水位不變。

圖1 蒸汽發生器水位調節原理圖

1.1.2 開環調節通道

在開環調節回路中，實測給水流量與經過校正后的蒸汽流量相比較，給出汽水失配信號。 該信號與水位調節器輸出信號在加法器中求和后，被傳送到流量調節器中。 采用汽水失配信號反映水位變化的趨勢比水位誤差信號靈敏，是一種前饋。 它的引入增加了給水流量調節的速度。

閉環通道的水位調節器產生的給水流量信號與開環通道產生的汽/水失配信號疊加后作為流量調節器的輸入信號， 后者輸出對應的主給水調節閥的開度信號， 經一手/自動控制器產生出相應的閥門開度模擬信號，控制調節閥的執行機構用以調節閥門的開度，從而改變給水流量以控制蒸汽發生器的水位。

1.2 旁路調節回路

每個主給水調節閥都有一根旁路管線。 在低負荷時，測量流量的節流裝置兩端壓差太小，使得流量測量不精確，信噪比也變得較差。此外，在低負荷時，如果采用主給水閥，它在比較小的開度下頻繁運行會引起閥座過度磨損，且在較小開度下其調節性能很差。 因此在負荷低于18.5%Pn 時，主給水調節閥關閉，只使用旁路給水調節閥。

2 瞬態過程中的蒸汽發生器水位控制策略

2.1 機組啟動時，SG 水位的控制

當堆功率在12-20%FP 范圍時，SG 水位參考值與負荷的關系是非線性的，負荷、蒸汽流量的變化均會造成SG 水位大波動，尤其是在大小閥切換時。 因此：

2.1.1 大小閥切換時， 應注意： 最好只保持一臺給水泵運行，APP 或APA。APA 泵較APP 泵好，因為APA 泵不像APP 泵那樣為調△P 使得用汽量變化，影響SG 水位控制。另外，水位控制應保持在自動狀態（必要時手動干預）。

2.1.2 汽機沖轉、并網最好在堆功率為11-12%FP 時完成，因為堆功率在12-20%FP 之間，SG 水位參考值與堆功率為非線性，如果在此范圍機組并網，由于并網后立即帶負荷，SG 水位波動很大。

2.2 停機過程中SG 的水位調節

2.2.1 100%→20%Pn 時，密切監視SG 水位，波動異常時暫停降負荷，先進行手動干預，待恢復正常后再繼續降負荷。

2.2.2 在20%Pn 時，將GCT-c 由T 模式切至P 模式前需確保GCT-c全關，否則造成SG 水位波動，在18%→10%Pn 過程中，觀察給水主/旁路閥能否順利切換，當主給水調節閥全關后，可將其手動置0%開度，并觀察SG 水位變化趨勢，以判斷主給水調節閥是否內漏。

2.2.3 核功率≤2%Pn 后，盡可能晚些切到ASG+GCT-a 運行模式，因為ARE 給水溫度較ASG001BA 的水溫高許多， 有利于SG 的水位調節。

2.3 變工況下SG 的水位調節

對大亞灣核電站而言， 機組正常升降負荷時， SG 水位自動調節性能整體上是滿意的。下面只重點介紹給水泵轉速快速下降到基準轉速，給水調節閥針型閥漏氣或其過濾器堵塞，及高（低）負荷時ARE 主（旁路）給水調節閥故障卡開等異常工況下的SG 水位調節。

2.3.1 機組為高負荷時（>76%Pn）若一臺APP 泵轉速下降到基準轉速，雖然另一臺APP 泵可以自動地增大轉速承擔負荷，但不足以提供足夠的給水以維持高負荷下的SG 水位，并且此故障又不能觸發APA泵自啟動。

發生此類故障，一般可采納以下兩種手動干預途徑：

1）手動跳閘故障的APP 泵使APA 泵自啟動，若APA 泵自啟動不成功，再嘗試手動啟動APA 時可能來不及，十有八九發生停堆。

2）手動啟動APA 泵，并讓其迅速帶負荷，（但APA 馬達有過電流的風險），當SG 水位返回正常后，再將APA 投自動。

2.3.2 給水調節閥的針型閥漏氣或其過濾器堵塞

通常此故障只會引起該調節閥緩慢關閉直至全關，對于機組在高低負荷時所引發的結果及干預措施有所不同。

1）高負荷工況

若主給水的調節閥卡澀在比需求開度小的位置， 可采取改變水/汽壓差△p 整定值來控制SG 水位，也可以適當地降低一些負荷，直至汽、水流量平衡；若針型閥漏氣或過濾器堵塞，當不改變△P 整定值時，給水流量逐漸減少，這時可以提高水/汽壓差△P 整定值而增大給水流量，若維持不了，可嘗試手動調大故障SG 的主給水調節閥的設定開度，直到95%以上，若還無法使該SG 水位回升，則趕緊在上位機快速降些負荷直到足可以維持該SG 水位為止。

2）低負荷工況（主給水回路未開啟）

在確認是旁路給水調節閥的針型閥漏氣或過濾器堵塞造成該調節閥逐漸關小時，可先提高△P 整定值，并監視另兩臺SG 水位變化趨勢，若不行則可考慮打開該SG 主給水隔離閥，并手動調主給水調節閥開度，以維持該SG 水位。 當然也可以考慮將機組帶至熱備用，選擇ASG+GCT-a 模式，待故障處理好后，再提升核功率。

2.3.3 高負荷運行時，主給水調節閥故障開啟

當準確判斷某蒸汽發生器的主給水調節閥故障開啟，則立即采取以下干預措施：

1）手動關小故障SG 的旁路調節閥，直致該SG 的汽、水流量平衡、水位不再上升。

2）若全關旁路調節閥后，故障SG 水位仍上升，則應降低汽水壓差△p 整定值，以求故障SG 汽、水流量平衡（過程中不得使另兩臺SG 主給水調節閥指示開度達100%），待水位回落正常后，可再調△P。