核電機組汽輪機進氣閥門開度控制原理與常見故障分析

商海東 何六一 劉思男

摘 要：本文主要闡述目前通用的壓水堆核電站汽輪機的閥門開度控制原理，以及對開度控制環節導致的常見故障分析。

關鍵詞：核電汽輪；機閥門；控制故障；

中圖分類號：T-0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-02-00-01

核電站的原理是將反應堆發出的熱量通過汽輪機帶動發電機，而汽輪機調節系統（簡稱GRE）的功能是通過調節汽機進汽閥對機組實施功率控制、頻率控制、壓力控制和應力控制，并對機組的負荷和轉速實施超速、超加速、負荷速降和蒸汽流量限制，使機組安全和經濟地運行于各種工況，滿足供電的質與量的要求，本文就是對核電機組汽輪機控制系統中的進氣閥門開度計算單元原理與常見故障類型分析。

汽輪機進氣閥門的開度工作原理如上圖所示，閥位需求依靠調占空比輸出驅動器轉化成經過調制的閥門驅動直流電流。這個驅動電流饋送到比例電-液定位器，后者產生一個與驅動電流成線性關系的運動。其主要控制設備為定位器裝置，其功能是使GRE閥門能按接收到的控制信號按比例開啟和關閉。定位器由伺服馬達（ServoValve）、先導閥（PilotValve）、閥位傳感器（LinearVariableDifferentialTransformer）、先導活塞（PilotRam）反饋連桿等主要部分組成。伺服馬達的功能是將控制系統發出的電流信號的變化轉換成先導活塞兩端的液壓信號的變化；先導活塞有兩個功能，一是將先導活塞兩端壓力的變化轉化成位移的變化，另一個作用是作為定位器反饋的支點；先導閥的功能是將先導活塞閥的位移轉換成閥門兩端動力油壓力的變化，使汽輪機進氣閥門根據控制系統發出的控制信號而改變其開度。LVDT的功能是將閥門開度的位移轉換成電信號輸出，電信號輸出與其分離式鐵芯的位移成正比。

Positiontrim的含義為：閥門LVDT測量位置和閥門模塊指令位置的偏差超過模塊內部整定定值，每秒鐘積分1%閥門開度。每50MS進行一次計算，并進行正負累加。Currenttrim的含義為：閥門模塊驅動電流指令值和閥門模塊驅動電流反饋測量值的偏差，每50MS進行一次計算，并進行正負累加。

閥門模塊A7故障即驅動電流修正值超限（EXCESSCURRENTTRIMERROR）。閥門模塊終端單元反饋過來的驅動電流測量值與閥門模塊上一程序循環產生的驅動電流指令值相比較，其差值乘以一個修正因子產生的數值進行積分后的值即是驅動電流修正值，當驅動電流修正值超過閥門模塊內部設定的閾值時，閥門模塊產生A7故障，關閉對應的GRE/GSE蒸汽閥門。

閥門模塊A8故障即閥位修正值超限（EXCESSPOSITIONTRIMERROR）。閥門伺服機構上的LVDT反饋過來的閥位測量值與閥門模塊上一程序循環周期的閥位指令值進行比較，若其差值超過閥門模塊內部設定的閾值時，則每秒積分1%閥門開度.而當積分值大于設定值時，閥門模塊產生A8故障，關閉對應的GRE/GSE蒸汽閥門。

閥門模塊A9故障即LVDT偏差（LVDTERROR）。LVDT的兩個次級線圈的輸出電壓之和應是一個定值（2.4V左右），如果閥門模塊接收的LVDT的兩個次級線圈的輸出電壓之和超過閥門模塊內部設定的閾值時，閥門模塊產生A9故障，關閉對應的GRE/GSE蒸汽閥門。

根據A7故障產生的原理，有可能引發A7故障的原因有：閥門模塊故障、閥門特性發生變化、閥門機械卡澀、閥門伺服機構故障、ZM驅動線圈/LVDT閥位反饋線圈、接口單元故障、GFR油系統故障、電纜接線、接頭接觸故障。

A8故障原因：LVDT閥位測量回路故障：當指令閥位與LVDT的輸出比較的差值大于系統設定的閾值時，就可能產生一定的積分，從而產生A8故障代碼。閥門刻度嚴重失真：在校驗閥門過程中，若GRE閥門存在較大的回差，會導致機組在正常運行過程中使Positiontrim變大，或者在閥門運行的過程中實際閥門與閥門理論“開度-電流”曲線不一致，也會使Positiontrim變大。定位器內部卡澀或定位器特性發生漂移：定位器是一種精密的電-液轉換裝置，其動靜部分的間隙都在微米級，任何內部的微小異物均可能導致定位器出現卡澀、工作特性漂移、回差增大等異?，F象，也可能會使Positiontrim變大，可能引發A8故障。

A9故障的產生理論上只有三個來源：端子接觸故障、線圈老化或損壞、閥門模塊故障。

A7、A8、A9故障都將導致對應的閥門關閉，當汽輪機組出現A7、A8、A9故障時都需要根據具體問題進行及時的分析和處理，盡快恢復故障的閥門，來按照電網要求的功率進行安全的發電。

參考文獻：

[1]大亞灣核電操縱人員取照必讀中國電力出版社

[2]大亞灣核電站高級運行

[3]大亞灣核電站系統及運行

[4]GRE系統維修張立國