核電廠蒸汽轉換系統安全閥動作原因分析

劉鎮國 蔡二靈

【摘 要】某核電廠在進行蒸汽轉換系統切換時由于操作經驗不足和設備故障導致一次側安全閥動作，針對這一事件，論文從人員、設備和工作程序三個角度展開原因分析，并提出改進措施，為解決同類問題提供參考。

【Abstract】In a nuclear power plant， the action of primary side safety valve is caused due to the insufficient operation experience and equipment failure when the steam conversion system is switched. In view of this incident， the paper analyzes the causes from the perspective of personnel， equipment and work procedures， and puts forward improvement measures， so as to provide reference for solving similar problems.

【關鍵詞】核電廠；蒸汽轉換器；安全閥

【Keywords】nuclear power plant； steam transformer system； safety value

【中圖分類號】TM63 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0182-02

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。

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。