核電廠蒸汽轉換系統安全閥動作原因分析

劉鎮國，蔡二靈

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

核電廠蒸汽轉換系統（STR）用于產生低壓輔助蒸汽，通過輔助蒸汽分配系統（SVA）分配給核島和常規島各用戶。蒸汽轉換器系統主要由蒸汽轉換器（001TX）、疏水箱（001BA）、疏水冷卻器（001RP）、輔助蒸汽除氧器（001DZ）、排污箱（001CW）、給水泵（001PO、002PO）及相應的閥門和管道組成。來自主蒸汽系統（VVP）高壓飽和蒸汽經兩支并聯的降壓調節閥002/005VV降壓到2 MPa.a后，進入蒸汽轉換器001TX進口聯箱，在轉換器殼體內由一束高壓傳熱管將蒸汽熱能傳至周圍的給水，從而產生1MPa.a的輔助蒸汽。當電站兩臺機組正常運行時，輔助蒸汽由其中一臺機組的STR產生，根據生產需要可進行兩臺機組STR的切換。

某核電站在執行2STR切換至1STR帶載過程中，工作人員在SVA有較大負荷的情況下切換，調節系統未能正常響應，導致1STR一次側安全閥1STR007VV動作，反應堆短時功率上升。本文針對該問題展開原因分析。（圖1）

2 事件過程描述

工作人員按指令執行2STR切換至1STR帶載，考慮到熱功率的變化，主控先將電功率降低1MW。系統初態情況為：2STR蒸汽轉換器一次側壓力 6.8bar，二次側 6.6bar；2STR001MP 定值 A bar，2STR002MP 對應定值 6bar；1STR001/002MP定值均為0bar；SVA的核島蒸汽用戶9TEP系統有持續用汽。

現場工作人員按規程進行1STR啟動前在線，將9ASG/9SVA等疏水切換至1STR后，根據2STR001/002MP的定值分別逐步調整1STR001MP至A bar，逐步調整1STR002MP定值至8bar，檢查1STR002VV有開度且穩定，隨后到2STR降低其壓力定值。

主控觀察到熱功率有上升，同時接到電話匯報現場有較大的安全閥動作聲音。主控立即降低電功率，同時要求現場停止1STR投運工作，核島值班員停運9TEP蒸汽用戶。

事后調查，在現場關閉1STR002VV手動隔離閥1STR001/003VV時，觀察到1STR一次側壓力達A+10bar（1STR007VV動作定值A+10.5bar），發現1STR002VV在1STR001MP設定值為零的情況下，該閥門開度較大且有波動。

3 STR控制原理

輔助蒸汽由與蒸汽入口壓力001MP級聯的輔助蒸汽出口壓力002MP進行調節。

降壓調節閥002VV或005VV由蒸汽轉換器的蒸汽入口壓力001MP和輔助蒸汽出口壓力002MP一同控制。輔助蒸汽出口壓力002MP用于控制降壓調節閥以保持蒸汽出口壓力穩定。當主蒸汽入口壓力上升到A+10bar或更高時，該主蒸汽入口壓力信號會超越輔助蒸汽出口壓力信號，并使降壓調節閥關小以保持蒸汽入口壓力在A+10bar或更低。當入口蒸汽壓力降到A+10bar以下時，輔助蒸汽出口的壓力信號又恢復對降壓調節閥的控制。卸壓閥007VV和022VV用來防止在降壓調節閥故障情況下蒸汽轉換器一次側超壓。

根據控制原理，蒸汽入口壓力001MP測量新蒸汽降壓調節閥（002/005VV）下游蒸汽的壓力，002MP測量蒸汽轉換器出口蒸汽的壓力。002MP測量值與PI2調節器給定值比較，差值輸入PI2調節器，PI2調節器輸出值與PI1調節器定值進行比較，取其較小值，再與001MP測量值比較，差值通過PI1調節器去控制002/005VV的開度。

圖2 蒸汽降壓調節閥（002/005VV）控制原理圖

4 事件原因分析

事件發生后，從人員、工作程序、設備故障等角度分析可能的原因。

4.1 人員

對于STR啟動等不常見的運行操作，運行值重視程度不夠，針對不同工況下的風險分析及應對措施存在不足。

由于對STR調節器準確性認識不足，在9TEP持續用汽的情況下，降低2STR二次側壓力，運行值也沒有組織安排足夠人力現場持續跟蹤1STR002VV的響應情況。帶負荷切換STR，使PI2調節器超出調節范圍，PI1調節器的取小環節失去作用，壓力異常時未能及時干預。

4.2 工作程序

現場使用的工作程序S1STR001對啟動過程風險提示不足，需要現場操作員憑經驗進行操作。

4.3 設備情況

咨詢儀表人員得知，1/2STR001/002MP不是準確的控制器，其設定值與實際控制效果并不完全吻合，根據2STR參數設置1STR001/002MP的定值并不恰當，應該根據一/二次側實際壓力對定值進行緩慢調節。

由于SVA系統持續有用戶使用蒸汽，現場降低2STR二次側壓力后，使得1STR002MP測量值低于其整定值，1STR002VV開度增大，一次側壓力1STR001MP逐漸升高。待1STR001MP一次側壓力高于整定值約16bar時，1STR001MP設定值與1STR002MP實際輸出取小后，與1STR001MP實測值比較。如果1STR001MP輸出信號正確的話，可以控制1STR002VV開度減小，限制一次側壓力1STR001MP繼續升高。但調節系統未能正確響應，1STR002VV的繼續開大，最終導致安全閥1STR007VV動作。

經實地調查驗證，在1STR001/003VV關閉，1STR001MP整定值為0的情況下，設置1STR002MP整定值與實測值有偏差，PI2有持續輸出信號的情況下，1STR803VA安全閥動作排氣后，1STR002VV仍會逐漸全開，PI2的輸出與PI1整定值的取小環節未能起作用，未能實現調節系統的限制保護作用。

另外，1STR002MP內的整定值旋到接近8bar時，1STR002MP輸出壓力表才開始有讀數，這時整定值與二次側實測值1STR005LP相差1bar，遠遠大于設計值。因此，由于1STR002MP設整定值的旋鈕指示偏差太大，運行人員只能根據實測值1STR005LP指示和閥門開度來判斷設定整定值，不能根據1STR002MP設整定值旋鈕上的指示設定，極易造成設定值過高，導致閥門開度過大。

4.4 事件原因

綜上所述，STR調節系統響應異常是事件的直接原因。STR系統調節粗糙，設定值偏差較大，1STR001MP和1STR803VA設備故障，未能有效控制STR002VV閥門開度，導致蒸汽轉換器入口壓力超過安全閥定值。

由于系統設計缺陷，在SVA系統有較大負荷的情況下切換STR，給1STR引入較大的系統擾動，這是安全閥動作的根本原因。規程風險提示不到位，工作人員經驗不足是此次STR安全閥動作的促成因素。

5 糾正措施

結合本次事件的原因分析，制定相應的糾正措施如下：①在STR啟動時應根據系統實際響應情況設置STR001/002MP的定值，相鄰機組的參數不能作為設置的主要依據；②機組間STR負荷切換過程中，確認本機組STR帶載后，方可進行相鄰機組STR減載，同時必須有人連續跟蹤STR001/002MP的響應情況，必要時進行干預；③在STR啟動期間，暫停SVA重大蒸汽用戶，如TEP/TEU/ASG等；由于帶負荷切STR，使PI2調節器超出調節范圍，PI1調節器的取小環節失去作用。據儀表專業建議，應控制STR002MP內的輸出小壓力表指示最大不超0.7bar；④優化STR啟動規程，加強培訓提高操作技能；⑤對STR系統進行改造，增強調節系統穩定性。