重水堆高功率時蒸汽發生器給水流量信號漂移的影響及對策

楊 俊

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 概述

重水堆核電機組一回路對稱布置四臺蒸汽發生器（以下簡稱 SG），二回路設置了 3臺主給水泵和 2臺輔助給水泵向蒸汽發生器供水。堆芯進出口集管上設置了若干個溫度探頭，用于低功率情況下測算反應堆的進出口溫差。每臺蒸汽發生器均配置一套獨立的測量儀表用于測量蒸汽發生器熱功率，包括：1個主蒸汽流量變送器、1個主給水流量變送器和1個主給水溫度變送器。上述儀表均為單點設備，沒有冗余配置。

重水堆核電機組中主給水流量信號參與的控制回路較多，蒸汽發生器給水流量信號漂移會可能引發機組參數變化，對電站的經濟性和反應堆的安全性均會產生重大影響。

1 主給水流量信號的作用

就地變送器測得信號分別送往：給水回路和電站控制計算機DCC。在給水回路中，給水流量信號作為除氧器（D/A）液位的前饋進行除氧器液位控制；在低功率情況下另外還作為處于 “自動位置”主給水泵的自動啟動信號。在電站控制計算機中，給水流量信號除用于顯示外，還用于：在蒸汽發生器液位控制程序（SGLC）中用于計算質量平衡項以控制蒸汽發生器的液位；作為主給水限流邏輯的入口條件；在反應堆功率控制程序（RRS）中用于計算蒸汽發生器熱功率等。

1.1 給水流量信號在 SGLC中的作用

1.1.1 作為液位控制的前饋項

SGLC程序的目的是將蒸汽發生器液位保持在設定值，即保持蒸汽發生器的給水流量與蒸汽流量平衡，這樣就能夠使蒸汽發生器保持質量平衡，使得蒸汽發生器作為電站熱阱帶走反應堆產生的熱量，而不至于“燒干”。給水流量信號與蒸汽流量信號均是它的“干擾信號”，它們一起構成SGLC的前饋項，用于計算質量平衡項（WSF）的以及控制WSF的自動投切。每臺蒸汽發生器獨立計算質量平衡項。

（1）SGLC從4個主蒸汽流量變送器讀取蒸汽流量Wsi。

首先檢查測量信號的有效性，如果測量信號失效則發出相應的報警。如果信號有效，則在Wsi＞20%時，用每一個蒸汽流量和程序計算出的平均蒸汽流量相比較，如果偏差大于±10%，這個蒸汽流量測量信號就被認為是無效信號。然后根據以下原則選擇Wsi進行液位控制：

如果無效信號（包括無效信號和偏差超過10%的信號）＞2個，在 SGLC中不使用質量平衡項；如果無效信號≦2個，使用有效的蒸汽流量信號的平均值代替無效信號；如果沒有無效信號，對于不同的蒸汽發生器使用各自的蒸汽流量信號Wsi。

（2）SGLC分別從4個主給水流量變送器讀取給水流量 Wfi （i=1，2，3，4）,根據與蒸汽流量信號相同原則選擇Wfi進行液位控制。

（3）WSF 的計算：

每個蒸汽發生器根據選擇的Wsi和Wfi獨立計算WSF。如果|WSF|＜0.015，則認為 WSF為 0。這個死區是為了減小給水流量的震蕩。

1.1.2 作為給水限流邏輯的判斷

通過對主給水流量的監測，識別主蒸汽管線破裂的工況，進入給水流量限制模式，將給水流量限制在112.5%額定流量以內，以防止給水泵過流量跳閘。

如果下列的條件1或條件2滿足，進入給水流量限制模式：

條件 1：在 WF1，WF2，WF3和 WF4中至少三個給水流量信號無效；

且蒸發器功率PB大于5%；

且蒸發器壓力信號有效并小于 4.13MPa（g）。

條件 2：在 WF1，WF2，WF3和 WF4中至少有兩個給水流量信號有效并大于112.5%。

進入給水流量限制模式后：發出相關的報警并強制減小蒸汽發生器給水控制閥門開度限制。

1.1.3 蒸發器液位控制閥的開度控制

SGLC程序采用三沖量控制:沖量一，由蒸汽發生器液位偏差計算出比例加積分項構成反饋項；沖量二，由蒸汽流量信號和給水流量信號的差計算出的質量平衡項構成前饋項；沖量三，由反應堆的功率計算出蒸汽發生器液位控制閥的基本開度構成前饋項。由以上三沖量之和構成機組正常工況運行時蒸汽發生器液位控制閥的要求開度控制信號。

給水控制閥的開度還受蒸汽發生器給水限流邏輯和非對稱給水管線破裂邏輯計算的控制閥的開度限值限制。最終的給水控制閥的開度取要求開度控制信號、給水限流邏輯信號、非對稱給水管線破裂邏輯信號三者之間的最小值。

1.2 給水流量信號在 RRS中的作用

（1）首先通過給水流量和蒸汽流量、給水和蒸汽的焓值計算蒸汽發生器功率PB；

（2）由于當反應堆功率處于高功率時，水平布置的燃料通道末端的冷卻劑開始出現蒸汽。因為等壓的飽和蒸汽與飽和水的溫度是相同，但是其焓值卻不同，所以此時通過測量堆芯溫差無法計算出準確的反應堆熱功率PTHM，需要采用蒸汽發生器的功率來確定反應堆熱功率。而在低功率時，蒸汽發生器的蒸汽、給水流量等參數是不夠穩定的，所以在低功率時不宜采用蒸汽發生器的熱功率，應通過測量堆芯溫差確定的反應堆熱功率PRTD。

在高功率工況下，PB作為RRS程序計算的熱功率PTH，對反應堆鉑探測器功率進行熱功率動態校驗。正常滿功率運行時反應堆熱功率=SG熱功率。

1.3 給水流量信號在D/A液位控制中的作用

除氧器液位控制采用的是三沖量PID調節，凝結水流量及除氧器液位作為反饋信號，4個主給水流量信號作為前饋輸入對除氧器液位進行控制。

2 高功率時主給水流量信號漂移的影響

結合現場實際運行狀態，以假設分析均只考慮單一設備故障的情況。

（1）蒸汽發生器液位的影響：

信號穩定且信號漂移小于10%：信號低漂小于10%時，蒸汽發生器實際給水流量沒有減少，但SGLC正常讀取該低漂流量信號，使得程序讀取流量信號低于真實流量，并進行計算，而蒸汽流量信號正常，導致質量平衡項增大。最終輸出到控制閥的程序要求開度信號增大，使蒸汽發生器液位上升。

當信號高漂小于10%時，將會造成蒸汽發生器液位降低。

（2）限流邏輯的影響：

由于限流邏輯的信號是不經過檢驗模塊的，所以當信號高漂并且至少有2個信號大于112.5%FS時則將觸發限流邏輯，使上水閥的開度減小，反復動作后最終將可能導致反應堆由于蒸汽發生器液位低而停堆，汽輪發電機停機。

信號低漂對該邏輯沒有影響。

（3）反應堆熱功率的影響：

1）信號低漂時的影響：RRS程序讀取該低漂流量信號，并進行蒸汽發生器二次側熱功率計算。由于RRS讀取流量信號低于實際的給水流量，導致計算出的蒸汽發生器熱功率低于實際的熱功率。RRS將升反應堆中子功率。經過計算，一個給水流量信號低漂到最小有效值的情況下下反應堆功率可能上升約4.5%滿功率。因此，當反應堆內功率分布不平衡時可能觸發停堆系統單通道脫扣甚至反應堆停堆。

2）信號高漂時的影響：RRS程序讀取該高漂流量信號，并進行蒸汽發生器二次側熱功率計算。由于RRS讀取流量信號高于實際的蒸汽發生器給水流量，導致計算出的該蒸汽發生器熱功率高于實際的熱功率，則RRS將降反應堆功率。經過計算，在一個給水流量信號高漂到最大有效值的情況下反應堆功率波動較小。

（4）D/A 液位的影響

信號低漂的影響：控制器認為主給水流量變小，于是先減小上水閥的開度，將造成除氧器液位的降低，在信號下降不多的情況下，在液位設定值回路的作用下液位將緩慢回升至正常值。如果信號變化較大且操縱員未干預的情況下則有可能使液位下降導致反應堆自動降功率。

信號高漂的影響：控制器認為主給水流量增大，于是將增大上水閥的開度，而實際上水流量不變，將造成液位的升高，而在液位設定值回路的作用下液位也將下降至正常值。如果主給水流量變化過大可能導致凝結水泵出口壓力過低甚至跳泵。

3 對策

如上一章所分析，高功率下信號漂移有可能對蒸汽發生器的液位和反應堆熱功率有嚴重影響。在滿功率情況下極易引起各個保護系統自動動作，留給操縱員響應的時間不多。因此，在發現給水信號高漂移后首先應該控制蒸汽發生器液位穩定。如前所述，影響蒸汽發生器液位的是質量平衡項，因此在我們判斷出故障后需要立即手動切除質量平衡項，讓液位反饋項作用使液位趨于正常。但是要注意質量平衡項的切除對其他蒸汽發生器液位的影響。

由于用于RRS使用的給水流量信號不經過SGLC的信號校驗，尤其是在信號向下漂移時反應堆熱功率超過過限制。我們可以通過其他參數來輔助判斷真實的反應堆功率：調門開度將變大，發電機功率和堆芯的鉑探測器所監測的讀數將會上升，此時我們需要拔出去電站控制計算機的信號線端子，人為讓該信號變成失效，這樣RRS和SGLC將會忽略該信號，程序恢復正常控制。

除此之外，我們也需要關注除氧器液位的變化情況。

4 總結

通過以上的簡單分析來看，對反應堆而言，主給水流量向上漂移要比向下漂移相對安全。盡管從上面的分析看來，處理給水流量信號漂移思路還是很清楚的，但是難點在于如何判斷和識別出故障點。因此建議：

（1）正常運行時應加強機組參數（如：堆功率，汽機功率，中子儀表）的監視。

（2）建議針對這樣的單點失效的參數增加冗余的變送器配置：可以參考其他一些重要參數進行三個變送器的配置，然后針對三個信號進行有效性選擇（如SG液位的三取中設置），可以大大降低單點失效時的概率和影響。

（3）由于增加變送器只能針對單點失效，對共模故障作用可能不是很明顯，建議增加相關報警提示，以提醒電站操縱員及早做出響應。

［1］98-63710-0M-001，反應堆功率控制運行手冊.

［2］98-63620-OM-001，蒸發器液位控制運行手冊.

［3］98-43230-OM-001，主給水系統運行手冊.

［4］98-63710-0F-01，反應堆功率控制程序流程圖.

［5］98-63620-OF-01蒸發器液位控制程序流程圖.