功率運行主蒸汽隔離閥關閉的影響及運行響應

常亞飛 張振鵬

摘 要：國內外核電廠近年出現了功率運行期間一臺主蒸汽隔離閥（MSIV）關閉導致機組停機停堆甚至安注啟動的事件，對電廠的運行造成了很大的經濟損失，也帶來了一定的安全隱患。本文通過對幾起事件進行討論，分析了福清核電廠功率運行期間MSIV誤關可能導致的后果，并制定了相應的措施，以最小程度減少電廠的損失。

關鍵詞：主蒸汽隔離閥；核電；安注

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.193

1 前言

福清核電的主蒸汽隔離閥連接蒸汽發生器和汽輪機，用于在發生SGTR或MSLB等事故時，將一二回路的蒸汽回路隔離，避免事故擴大。但是實際運行中出現了閥門誤關事件。通過對同行電廠幾起事件分析，可以看到功率運行閥門關閉后，將對立式蒸汽發生器水位產生較大影響，進而導致停堆停機。在特定的運行工況或瞬態下，有導致安注動作的可能。本文主要分析功率運行一臺MSIV關閉的后果及運行影響策略。

幾起典型事件：

（1）國內某1089MW電廠核功率52.2%Pn，清潔人員誤碰其關限位開關而導致閥門關閉觸發1 號蒸汽發生器水位低疊加汽水失配反應堆自動停堆，1號蒸汽發生器安全閥起跳。

（2）國內某900MW電廠，滿功率，清潔工清潔MSIV閥座上的灰塵，誤碰2號閥門關限位開關，導致閥門關閉。2號蒸汽發生器低低水位，反應堆自動停堆，并引起2號蒸汽發生器出口4個安全閥起跳。

（3）法國Bugey 2，滿功率，壽期末延伸運行期間，在實行反應堆保護監督試驗時3號蒸汽發生器MSIV關閉，導致蒸汽壓力低和大量蒸汽流向1、2號蒸汽發生器，因為瞬態導致反應堆緊急停堆，蒸汽管線壓力低觸發安注。

（4）國內某650MW電廠，滿功率，2號MSIV意外關閉，1號蒸汽發生器管道壓力低&蒸汽流量高，觸發安注。

（5）模擬機驗證滿功率運行，1號MSIV意外關閉，觸發停機停堆信號。

2 MSIV故障關閉導致安注動作的理論分析

2.1 滿功率時MSIV故障關閉對所在環路的影響

同行某900MW核電廠滿功率時一個MSIV誤關，導致該環路4個VVP安全閥開啟，機組因蒸發器水位低低停堆停機。在瞬態過程中，4個VVP安全閥開啟和GCTA開啟時，最大蒸汽流量為：486*4+450=2394t/h<2442t/h，即理論上，仍未觸發該環路蒸汽流量高的信號。因此，在緊急停堆瞬間不會引起安注。通過國內兩個高功率電廠一臺閥門關閉后的響應，也可印證該現象。

但如果安全閥開啟后無法回座，在緊急停堆后，安全閥持續排熱，故障環路蒸汽壓力持續下降，將很可能出現故障蒸發器所在環路蒸汽管線間壓差高或蒸汽流量高和一回路平均溫度低低觸發安注信號觸發將使安注啟動。因此，如果安全閥無法回座，需立即采取措施使安全閥強制回座，并向一回路注硼并后撤，避免安注風險。

2.2 滿功率時MSIV故障關閉對其他環路的影響

某同行650MW機組因一個MSIV意外關閉導致發生安注、機組非計劃停堆。該650MW機組采用兩個環路，即2個蒸汽發生器，在一個環路MSIV關閉的一瞬間，另一個環路蒸汽流量由50%變為100%，觸發蒸汽流量高&蒸汽管線壓力低信號符合，導致安注系統動作。因為其為兩環路電廠，其保護回路設計與我廠不完全相同，我廠無此問題。

根據SG水位控制特點，一臺MSIV關閉后，蒸發器水位會快速下降，在10秒左右達到停堆值。機組停機停堆后，用汽大幅下降，相鄰環路的GCT-c會快速開啟帶走反應堆熱量，可以將機組控制在安全可控范圍內。因此，在滿功率運行時，不觸發相鄰環路安注動作。但是，在停堆前的瞬間，汽機仍在滿功率運行，一臺MSIV關閉后，需要另外兩個環路蒸汽流量大幅增加，帶走反應堆的熱量，很可能會觸發蒸汽流量高信號，如果此時疊加一回路壓力低或者溫度低，有一定的安注觸發風險。

法國 Bugey 2卻在一臺MSIV誤關閉時，導致了安注信號動作。原因為何？因為其屬于壽期末延伸運行階段。延伸運行階段，一回路溫度會降低，二回路的蒸汽壓力、蒸汽溫度也偏低，汽機效率下降，滿功率運行所需蒸汽流量增加，一旦出現一臺MSIV關閉的瞬態，另外兩個環路蒸汽流量大幅增加，導致安注風險也成倍增加。國內電廠對延伸運行研究較少，但是此部分風險需要充分關注。

2.3 低功率MSIV故障關閉后的影響

如反應堆在17%以下功率，根據GCT-a排放量324/1936*100%=

16.7%，即在該功率水平下，一個GCT-a的開啟理論上足以維持SG的壓力，帶走反應堆熱量，不會導致VVP安全閥的開啟，甚至可能不會導致停堆。

但此時，需要立即進行降功率操作，減少故障蒸發器GCT-A排熱。同時調整GCT-a使3個環路SG壓力盡可能一致。如果不干預，故障蒸汽發生器的GCT-A可能持續開大，導致蒸汽壓力持續下降，如果其壓力比另外兩臺蒸汽發生器低0.7MPa，可導致安注動作。

3 100%功率平臺全范圍模擬機試驗

手動關閉MSIV002VV，蒸汽發生器壓力快速上漲，最高到達8.31Mpa，從開始關閥到停堆中間間隔11秒，由于蒸汽發生器水位低低停堆。另外兩臺蒸汽發生器壓力最低降至6.4MPa，未觸發安注系統動作。由于兩臺蒸汽發生器用于帶走反應堆熱量，蒸汽流量快速增加，瞬間超過蒸汽流量高定值，但未觸發安注動作。

4 結論

通過上述分析，可知，一個MSIV故障關閉的安注風險是非常大的。高功率一臺MSIV關閉后，壓水效應馬上顯現，很大概率會很快觸發緊急停堆，機組狀態自動穩定。但如果機組處于延伸運行，安全裕量不足，很可能出現安注的工況。如果機組在低功率水平，MSIV突然關閉后，GCT-A旁排閥會快速開大，將導致該環路蒸汽壓力下降。如果不及時平衡三臺蒸發器壓力，很可能觸發安注系統動作，此時需要手動干預GCT-A，穩定環路蒸汽壓力，并盡快降功率。作為運行人員，清楚MSIV的動作原理，在故障初期快速干預，確保機組安全運行。

作者簡介：常亞飛（1987-），男，河南濮陽人，本科，工程師，研究方向：核電廠運行。