蒸汽發生器液位波動的原因分析及響應

劉毅

【摘 要】蒸發器連接一、二回路，肩負著冷卻堆芯保證核安全，同時也產生蒸汽用于推動汽輪發電機組，從而將核能轉變為電能，由此蒸發器的液位和壓力控制顯得至關重要，本文介紹功率運行期間蒸發器的液位控制，并簡單分析蒸發器液位波動的原因以及如何診斷和響應。

【關鍵詞】蒸發器;液位控制;診斷與響應

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0135-002

1 蒸發器液位波動的原因及響應概述

蒸發器作為一回路和二回路聯系的紐帶，主要作用是帶出堆芯熱量，保證堆芯的安全，正常運行工況下蒸發器液位控制由蒸發器液位控制程序自動控制，緊急時可手動控制上水小閥開度來維持蒸發器必須的水裝量。正常運行工況下蒸發器液位由反應堆功率、液位偏差以及給水/蒸汽流量來決定，正常功率升降引起的液位變化以及液位偏差不是本文討論的重點，本文將著重從給水/蒸汽流量不匹配的角度并結合實際運行工況對蒸發器液位波動的原因進行分析總結，從而得出正確的響應措施。

2 反應堆功率變化

正常的功率升降工況：堆功率作為蒸發器液位控制的前饋項，功率的變化將會導致液位設定值變化，功率的升降會導致液位跟隨變化，以保證有足夠的裝量來冷卻堆芯，保證熱阱匹配，所以功率變化期間需關注蒸發器液位設定值的改變以及閥門開度的變化，如閥門響應偏離預期需立即現場確認閥門供氣回路是否正常，執行機構有無卡澀。

2.1 給水/蒸汽流量變化

a）主給水泵運行狀態不滿足功率要求

升功率期間，檢查蒸發器液位跟隨液位設定值變化，確認給水泵運行數量滿足功率要求，根據要求，反應堆功率40%FP之前，一臺主給水泵運行;40%FP以上，投運第二臺主給水泵;第三臺主給水泵處于備用狀態，僅當其他主給水泵跳閘時自動啟動。

功率運行期間，單臺運行主給水泵故障跳閘，備用主給水泵沒有自動啟動，或沒有備用主給水泵，操縱員應立即嘗試手動啟動備用主給水泵，確認給水流量恢復，蒸發器液位上升。否則，手動快速降功率到50%FP以下，同時啟動輔助給水泵。

其次，主給水泵再循環閥故障開啟也會導致蒸發器液位下降，此時應立即手動快速降功率，同時啟動輔助給水泵，確認所有蒸發器液位恢復到設定值，然后按照運行規程執行主給水泵切換，再停運輔助給水泵，最后恢復滿功率運行。

b）蒸發器液位控制閥門故障導致上水流量不滿足功率要求

每臺蒸發器配備的液位控制閥組含1個小液位控制閥（失效開）和2個大液位控制閥（失效關）。功率運行期間，小液位控制閥關閉，1個大液位控制閥開啟調節，另1個大液位控制閥關閉且被電動閥隔離。

大液位控制閥組故障，大液位控制閥為失效關氣動閥，入口有電動隔離閥，電動閥全行程動作時間小于21秒，出口有手動閥。

c）給水管線破裂

公共給水管線破裂：公共給水管（從給水泵出口到主給水閥入口）突然出現較大破口，所有蒸汽發生器液位下降，主給水泵出口流量上升，蒸汽發生器給水流量下降，凝結水上水流量增加，后備給水箱液位下降，根據破口位置汽機廠房或主給水閥站附近可以發現大量蒸汽。此時處理原則可根據應急運行規程執行。

高加傳熱管破裂：高壓加熱器正常滿功率疏水路徑為，6號高加疏水到5號高加，5號高加疏水到除氧器，其中只有5號高加疏水到除氧器的管線安裝了流量計，正常滿功率單側約120kg/s的疏水流量。高加傳熱管破裂，會導致5號高加到除氧器疏水流量增加，急疏閥可能開啟并觸發開閥報警，主給水泵出口流量上升，SG液位下降，蒸汽發生器給水流量下降;如果破口較大，高加會由于高高液位自動隔離。處理原則為降低反應堆功率至96%FP，隔離故障高加。

非對稱給水管破裂：非對稱給水管范圍從蒸汽發生器控制閥組到蒸汽發生器為止。故障蒸汽發生器液位明顯下降，可能觸發快速降功率和停堆動作;如果觸發蒸汽發生器液位控制程序程序的“非對稱給水管破裂”邏輯，故障蒸汽發生器的所有液位控制閥全關。

d）蒸發器液位控制程序故障

蒸汽發生器液位控制程序程序雙機失效，蒸汽發生器液位控制程序程序雙機失效，液位控制閥的輸出信號降為零，導致所有的大液位控制閥全關，小液位控制閥全開，滿功率SG液位會迅速下降到快速降功率值，可能觸發停堆系統動作;由于輔液位控制閥全開，機組停運后，SG液位會迅速回升，如果沒有操縱員干預，蒸發器二次側會被充滿水，甚至滿溢到主蒸汽集管。（注，蒸發器高高液位3.02m，只能強制關閉大液位控制閥前電動閥，小液位控制閥前電動閥不受影響）。

當發生雙機失效時，確認發生快速降功率，在執行應急運行規程的同時，嘗試恢復蒸汽發生器液位控制程序C程序，并通過輔助液位控制器手動控制SG液位。如果有必要，可以通過增大排污流量協助降低過高的蒸發器液位。如果已經進入過多冷水蒸發器壓力會下降較快，應及時啟動第2臺上沖泵補充一回路裝量以維持主系統壓力。

蒸汽發生器液位控制程序程序控制異常：

蒸汽發生器液位控制程序程序控制主要由液位反饋比例積分項、功率項、質量平衡項構成。

液位測量為每個蒸發器獨立3通道，取中高值，單一信號故障不會影響比例積分項正確計算;

功率項來自于14組共28個鉑探測器的均值，以及熱功率校正值，因此單一鉑探信號故障不會導致功率計算產生明顯影響，也就不會功率項正確計算;

蒸汽發生器液位控制程序保護邏輯誤觸發：

蒸汽發生器液位控制程序主要有3個直接作用于給水的保護邏輯：給水限流、非對稱給水管線破裂、應急補水。

給水限流由于本身設計問題，正常運行期間存在誤觸發可能，2號機組在切換主給泵時誤觸發了兩次，給水限流邏輯主要針對蒸汽管線大破口，導致蒸汽發生器壓力急劇下降，給水流量急劇上升，蒸汽發生器液位控制程序程序為避免運行的2臺主給水泵過流跳閘需要限制上水閥的開度，由于蒸汽發生器液位控制程序程序預設參數對應的工藝配置為2臺主給水泵運行，當發生3臺主給水泵同時運行時，會發生較大控制偏差，可能導致給水流量超限，觸發給水限流邏輯。一旦給水限流觸發，由于相互干擾，各蒸汽發生器均會不同程度限流，并導致液位不斷下降，最終會有1臺蒸汽發生器液位達到低液位快速降功率。這是一種偏離設計，但機組運行非常可能發生的工況，而且已經發生。目前，針對這一設計不足，通過運行規程修訂，切換主給水泵之前，限定機組降功率到90%FP以下，確保蒸汽發生器瞬時給水流量也不會超限，從工藝上避免觸發給水限流邏輯。

非對稱給水管破裂，由于判斷條件主要來源于蒸汽發生器液位，蒸汽發生器液位窄量程和中量程測量均有A/B/C三個通道取中高值，單一液位測量故障不導致快速降功率和蒸汽發生器液位控制程序對液位的誤判

應急補水觸發條件要求蒸汽發生器液位小于-0.7m且沒有非對稱給水管破裂，但其已經低于快速降功率的零功率限值0.1m，而且功率運行期間，蒸汽發生器液位控制程序和快速降功率的蒸汽發生器液位來源相同，因此功率運行期間，蒸汽發生器液位控制程序程序的應急補水邏輯不會誤動。

蒸發器傳熱管泄漏：

蒸發器傳熱管泄漏時，一回路重水通過傳熱管泄漏至二次側，蒸發器液位上升，通過液位偏差項使閥門要求開度減小，閥門關小，上水流量下降，可通過對比液位和上水流量、蒸汽流量來判斷是否發生蒸汽發生器傳熱管破裂，如確認發生蒸發器傳熱管泄漏事件則按照應急運行規程進行處理。

3 診斷思路及處理

如果機組沒有發生功率變化瞬態，則立即檢查蒸發器壓力，液位及液位設定值，閥門開度以及上水流量，主給泵運行參數和出口流量，蒸汽流量，同時派人現場檢查閥門響應情況，然后根據情況進行故障定位。

3.1 單一蒸汽發生器液位波動

單一蒸汽發生器液位波動表示故障來源于蒸汽發生器液位控制程序程序的質量平衡項異常、控制閥組故障、非對稱給水管破裂、蒸汽發生器傳熱管破裂等非對稱故障。

液位上升，一回路上充流量大量上升，相應蒸發器閥門要求開度減小，蒸發器上水流量減小，為蒸汽發生器傳熱管破裂;

液位下降，閥門開度增大，給水泵出口流量上升或給水閥站附近有大量蒸汽或反應堆廠房高壓，為蒸汽發生器非對稱給水管破裂;

液位下降，閥門開度增大，給水泵出口流量下降，為大液位控制閥故障;此時可根據現場實際情況進行控制閥門的切換操作。

液位波動方向與閥位波動方向相同（即液位升，閥開大;液位降，閥開小），為質量平衡項故障，可根據實際情況及時取消質量平衡項。

3.2 多個蒸汽發生器液位波動

除了由于反應堆功率變化導致的蒸汽發生器液位設定值變化及液位正常響應外，其他情況下的多個蒸汽發生器液位波動表示故障來源于給水泵、公共給水管破裂、蒸汽發生器液位控制程序雙機失效、蒸汽發生器壓力異常、給水限流邏輯觸發、徹底失去儀用壓空等公共故障。

由于公共故障多有報警直接提示，如主給水泵跳閘、蒸汽發生器液位控制程序雙機失效、給水限流邏輯觸發、失去儀用壓空等，這樣剩余的故障診斷如下：

給水泵出口流量降低，再循環流量上升，給水流量下降，為再循環閥故障;

給水泵出口流量增加，給水流量下降，汽機廠房確認蒸汽，為公共給水管破裂;

給水泵出口流量增加，給水流量下降，高加急疏開啟，為高壓加熱器傳熱管破裂;

蒸汽發生器壓力下降，且設定值在下降，為蒸汽發生器壓力控制模式錯誤;

蒸汽發生器壓力下降，且蒸汽流量高于反應堆功率，反應堆廠房高壓或安全殼外或汽機廠房確認蒸汽，為蒸汽管線破裂。

4 結束語

蒸發器液位和壓力控制對電廠安全運行有著重要的意義，本文從日常運行經驗的角度簡單分析了蒸發器液位控制的常見問題及響應，由于本人水平有限，文中難免存在錯誤，敬請指正。

【參考文獻】

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