汽機(jī)旁路系統(tǒng)蒸汽閥反饋波動(dòng)緊急干預(yù)方案

陳 佳

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355200)

0 引言

核電機(jī)組在降功率過(guò)程中，為平衡一回路和二回路功率，汽機(jī)旁路系統(tǒng)(contournement global turbine，GCT)蒸汽排放控制閥將按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)依次開(kāi)啟。GCT121VV反饋波動(dòng)，將導(dǎo)致GCT 121VV投運(yùn)后自動(dòng)控制異常，影響一回路和二回路功率平衡。在核電機(jī)組降功率過(guò)程中，向凝汽器、除氧器排放系統(tǒng)(GCT-c)投運(yùn)前，編制一套針對(duì)GCT121VV反饋波動(dòng)問(wèn)題的干預(yù)方案尤為重要。

1 GCT-c簡(jiǎn)介

GCT在反應(yīng)堆功率與汽機(jī)負(fù)荷不一致時(shí)，把多余的蒸汽排向凝汽器、除氧器和大氣，為反應(yīng)堆提供一個(gè)“人為”的負(fù)荷。

GCT-c向凝汽器排放系統(tǒng)由主蒸汽母管兩端引入兩根排放總管，再由排放總管分出12根排放支管，從兩側(cè)進(jìn)入凝汽器，每根支管上有一個(gè)常開(kāi)的手動(dòng)隔離閥和一個(gè)蒸汽排放控制閥。GCT-c排放系統(tǒng)如圖1所示。

GCT-c蒸汽排放控制閥的開(kāi)啟方式分為調(diào)制開(kāi)啟和快速開(kāi)啟。調(diào)制開(kāi)啟是根據(jù)GCT-c總開(kāi)度信號(hào)的大小，通過(guò)GD函數(shù)使閥門按比例開(kāi)啟;快速開(kāi)啟是通過(guò)快開(kāi)命令使閥門快速全開(kāi)。

GCT-c向凝汽器排放系統(tǒng)的12臺(tái)蒸汽排放控制閥分為三組。

(1) 第一組：GCT121/117/113VV，按照121VV——117VV——113VV的順序依次開(kāi)啟。

(2) 第二組：GCT115/119/123VV，同步開(kāi)啟。

(3) 第三組：GCT114/116/118/120/122/124VV，同步開(kāi)啟。

圖1 GCT-c向凝汽器排放系統(tǒng)示意

GCT-c向冷凝器排放系統(tǒng)的12臺(tái)蒸汽排放控制閥承擔(dān)GCT-c總開(kāi)度的85.2 %，每臺(tái)閥門承擔(dān)7.1 %，具體分布如表1所示。

表1 閥門對(duì)應(yīng)總開(kāi)度信號(hào)區(qū)間

2 問(wèn)題描述

以某核電廠為例，機(jī)組按照計(jì)劃執(zhí)行降功率、停機(jī)解列等操作。在降功率過(guò)程中，GCT-c投運(yùn)前，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)GCT121VV反饋出現(xiàn)波動(dòng)。該問(wèn)題將導(dǎo)致GCT121VV投運(yùn)后其自動(dòng)控制異常，影響一回路和二回路之間的功率平衡，甚至引起跳機(jī)、跳堆等重大事件發(fā)生。

在正常情況下，核電廠機(jī)組降功率過(guò)程中，僅投運(yùn)GCT-c第一臺(tái)蒸汽排放控制閥(即GCT121VV)便可維持一回路和二回路之間的功率平衡。

3 常規(guī)干預(yù)方案存在的問(wèn)題

核電機(jī)組降功率過(guò)程中，GCT-c投運(yùn)前，針對(duì)GCT121VV反饋波動(dòng)問(wèn)題的常規(guī)干預(yù)方案有以下兩種。

(1) 方案一：消除GCT121VV反饋波動(dòng)問(wèn)題。通常方法是檢查GCT121VV閥位反饋器，進(jìn)行修復(fù)或更換，必要時(shí)進(jìn)行閥門校驗(yàn)。

(2) 方案二：隔離GCT121VV，避免閥門非預(yù)期動(dòng)作。因GCT121VV為失氣關(guān)閉型閥門，通常采用關(guān)閉GCT121VV氣源隔離閥，斷開(kāi)其控制氣源，使其處于關(guān)閉狀態(tài)。

兩種方案存在的弊端分析如下。

(1) 方案一。維修時(shí)間長(zhǎng)，影響機(jī)組降功率、停機(jī)解列計(jì)劃。原因分析：根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，蒸汽排放控制閥反饋波動(dòng)的維修時(shí)間需6～12 h，若因備件、閥門驗(yàn)證窗口設(shè)置等各種因素影響，維修時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。

(2) 方案二。機(jī)組參數(shù)波動(dòng)范圍大，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行裕度。原因分析：GCT-c總開(kāi)度信號(hào)在0.0 %～7.1 %區(qū)間時(shí)無(wú)法開(kāi)啟GCT-c蒸汽排放控制閥，導(dǎo)致一回路和二回路功率無(wú)法平衡，一、二回路功率偏差進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)GCT-c總開(kāi)度信號(hào)超過(guò)7.1 %后，GCT117VV開(kāi)啟，使一、二回路功率偏差降低。當(dāng)GCT-c總開(kāi)度信號(hào)降低到7.1 %以下后，GCT117VV關(guān)閉，GCT-c蒸汽排放控制閥再次無(wú)法平衡一、二回路功率，周而復(fù)始，使機(jī)組參數(shù)出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)。

4 基于數(shù)字化儀控系統(tǒng)的干預(yù)方案改進(jìn)

自田灣核電、嶺澳核電成功引入DCS后，DCS在國(guó)內(nèi)后續(xù)新建核電機(jī)組上得到廣泛應(yīng)用。隨著DCS引入，給現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的解決或緊急干預(yù)提供了更多的選擇。

4.1 GCT-c控制原理及數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方式

某核電廠采用MELTAC+MACS全數(shù)字化儀控系統(tǒng)，GCT-c向冷凝器排放系統(tǒng)的控制邏輯在非安全級(jí)DCS (MACS平臺(tái))中實(shí)現(xiàn)。

GCT-c總開(kāi)度信號(hào)經(jīng)過(guò)5個(gè)折線函數(shù)分別控制 GCT121VV，GCT117VV，GCT113VV，GCT第二組閥(GCT115/119/123VV)，GCT第三組閥(GCT114/116/118/120/122/124VV)。

4.2 改進(jìn)方案

通過(guò)對(duì)GCT-c蒸汽排放控制閥的排放能力、控制邏輯進(jìn)行分析，GCT121VV和GCT117VV兩者具備相互替代的條件。

(1) GCT121VV和GCT117VV具有相同排放能力，且對(duì)稱分布在冷凝器兩側(cè)。

(2) GCT121VV和GCT117VV相關(guān)反饋信號(hào)參與的控制邏輯相同。

(3) GCT121VV和GCT117VV快速開(kāi)啟的條件相同。

(4) GCT121VV和GCT117VV調(diào)制開(kāi)啟方式相同，接受同一信號(hào)(GCT-c總開(kāi)度信號(hào))，通過(guò)折線函數(shù)計(jì)算閥門控制指令。僅因不同的開(kāi)啟順序要求選擇不同的折線函數(shù)計(jì)算閥門的控制指令。

綜上所述，GCT121VV和GCT117VV兩者在功能上可以相互替代。結(jié)合GCT121VV和GCT 117VV在數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的邏輯組態(tài)實(shí)現(xiàn)方式，可以通過(guò)對(duì)調(diào)GCT121VV和GCT117VV的控制信號(hào)，完成緊急情況下GCT117VV對(duì)GCT121VV的臨時(shí)替代，實(shí)現(xiàn)GCT121VV反饋波動(dòng)引起閥門不可用的緊急干預(yù)。

基于MACS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)GCT-c控制邏輯組態(tài)的某核電廠改進(jìn)方案，實(shí)施過(guò)程如下。

(1) 使用組態(tài)編輯軟件打開(kāi)DCS控制站工程。

(2) 修改GCT121VV和GCT117VV調(diào)制開(kāi)啟信號(hào)組態(tài)，即在組態(tài)中將中間點(diǎn)GCTA02A02和中間點(diǎn)GCTA02A03對(duì)調(diào)。修改后的組態(tài)。

(3) 保存工程。

(4) 下裝工程。

(5) GCT-c蒸汽排放控制閥為失氣關(guān)閉型閥門，關(guān)閉GCT121VV氣源隔離閥，防止GCT-c投運(yùn)后因GCT121VV反饋波動(dòng)而引起GCT 121VV動(dòng)作。

5 結(jié)束語(yǔ)

GCT121VV反饋波動(dòng)緊急干預(yù)方案，能夠快速有效地完成GCT117VV對(duì)GCT121VV的功能替代，保證機(jī)組降功率及停機(jī)解列按照計(jì)劃及外部(比如電網(wǎng))要求順利進(jìn)行，并避免機(jī)組參數(shù)出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

該方案已在國(guó)內(nèi)某核電廠機(jī)組降功率過(guò)程中成功應(yīng)用，效果明顯。該方案可供同行業(yè)相關(guān)人員參考與借鑒。