蒸汽發生器液位異常原因分析及先期干預

許 諾

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

蒸汽發生器（以下簡稱SG）作為重水堆核電站最核心的設備之一，是連接一/二回路的橋梁，它的水裝量能否和一回路產生的熱量匹配，直接關系到核電廠的安全穩定運行。因此，電站正常運行期間應當盡力維持SG水位在設定值以保證足夠的裝量。

1 SG液位控制原理

每個SG液位控制閥組包含一個小液位控制閥（失效開）和兩個大液位控制閥（失效關）。正常運行期間，一個大液位控制閥開啟調節，另一個大液位控制閥和小液位控制閥處于備用關閉狀態。

電站正常運行時，SG的液位控制是由數字控制計算機X（以下簡稱DCC-X）上的蒸發器液位控制程序（以下簡稱SGLC）根據一系列輸入信號，如寬/窄量程液位信號、SG給水及蒸發器流量、SG熱功率等）自動控制的，數字控制計算機Y（以下簡稱DCC-Y）上的SGLC作為備用。

SGLC的目的是在穩態或瞬態工況，如反應堆線性降功率邏輯觸發（以下簡稱SETBACK）、汽機甩負荷或脫扣等下控制SG液位，使之盡可能接近液位設定值。

2 SG液位異常原因分析及先期干預

電站正常運行時，當SG液位發生異常波動后，主控室操縱員（以下簡稱操縱員）應當根據SG液位變化趨勢的快/慢來做出響應。

假如SG液位變化趨勢是緩慢的，操縱員認為距離SG液位相關的保護動作仍然有足夠的裕量，應立即檢查SG的液位變化趨勢是單個SG變化還是四個SG同步變化、給水流量和蒸汽流量是否匹配、SGLC液位控制閥的要求開度信號響應是否正確、SG的壓力變化、主系統的壓力變化、上充流量的變化等。若有異常報警，則還應當根據報警響應規程進行相應的檢查。假如有了一個初步的結論之后，一方面，操縱員應當在主控室采取相應的干預手段以防止參數的進一步惡化；另一方面，應當派就地值班員根據操縱員的判斷去現場進行相應的檢查。

假如SG液位變化趨勢是迅速的，操縱員可能來不及進行先期干預，SG液位相關的自動保護動作就已經發生了。這種情況下應立即執行《降功率響應及診斷應急運行規程》（以下簡稱EOP-001），并根據故障診斷的結果執行相應規程。

2.1 SG給水系統故障

SG給水系統故障包括給水管線破裂和給水泵運行異常。

2.1.1 給水管線破裂

公共給水管線出現較大破口。

故障現象：

（1）所有SG液位下降，SG給水流量下降；

（2）假如破口在主給水泵入口且無法隔離，則主給水泵會因為凈正吸入壓頭不夠，運行參數快速惡化，并有可能跳泵；假如破口在主給水泵的出口，則主給水泵出口流量上升以補償破口流量的損失，主給水泵的運行電流、軸承溫度和振動將會上升；

（3）凝結水上水流量增加以維持除氧器的液位，假如破口在主給水泵入口且無法隔離，則除氧器液位將會快速下降，并導致主給水泵跳泵；

（4）汽輪機廠房或主給水閥站附近可以發現大量蒸汽。

先期干預：立即手動停堆。

高壓加熱器傳熱管破裂。

故障現象：

（1）SG液位、SG給水流量以及主給水泵出口流量和泵運行參數的變化、凝結水系統的響應同公共給水管線破口時的現象相同；

（2）高加會有高液位報警，急疏閥可能開啟并有相應報警，高加到除氧器疏水流量增加，如果破口較大，高加會由于高液位自動隔離。

先期干預：

立即手動觸發SETBACK到96%滿功率（以下簡稱FP）以下，假如高加沒有自動隔離，則手動打開高加旁路閥，關閉出現泄漏的那一列高加的進出口隔離閥，并根據高加自動隔離的報警響應規程執行剩余的步驟。

非對稱給水管線破裂。

故障現象：

（1）發生泄漏的SG液位較其他三個SG液位下降明顯，故障SG給水流量會由于破口位置的不同而不同（假如破口位于給水流量計下游，則給水流量會明顯增大；若破口位于給水流量計上游，則給水流量會很小）；

（2）主給水泵出口流量上升，凝結水上水流量上升；

（3）假如破口位于反應堆廠房內，反應堆廠房的壓力會升高，而且會有水分探測器報警；

（4）主給水閥站或輔助廠房屋頂發現蒸汽。

先期干預：

在快速自動降功率邏輯以及非對稱給水管線破裂邏輯觸發之前，應當立即手動停堆，并關閉大小液位控制閥前的電動隔離閥，隔離故障SG。

2.1.2 主給水泵運行異常

單臺運行主給水泵故障或跳閘。

故障現象：

（1）所有SG液位下降，SG給水流量下降；

（2）主控出現主給水泵故障報警或是主給水泵斷路器跳閘報警。

先期干預：

（1）若是主給水泵故障導致泵出力不足，則一方面應當手動觸發SETBACK至89%FP，另一面關閉備用泵的出口電動閥，而后手動啟動備用泵，讓其在再循環模式下運行，功率達到89%FP后即可進行泵的切換操作；

（2）若是主給水泵故障跳閘，則應當確認備用給水泵自動啟動，如果備用主給水泵沒有自動啟動，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，SG液位上升。否則，手動觸發SETBACK到50%FP左右，同時手動啟動兩臺輔助給水泵。

運行主給水泵的再循環閥故障開啟。

故障原因：

（1）主給水泵的出口流量計故障或儀表閥關閉而使出口流量計未投運，這導致再循環流量控制器認為主給水泵的出口流量降至零，故要求再循開啟環閥；

（2）再循環流量控制器由于失電導致黑屏或是顯示異常，再循環閥由于是反向控制而導致其全開；

（3）再循環閥由于失氣或是電/氣轉換器故障導致閥門全開。

故障現象：

（1）所有SG液位下降，SG給水流量下降；

（2）故障泵的出口流量比另一臺運行泵要明顯減少，而且故障泵有再循環流量；

（3）主控室會出現再循環閥故障的報警。

先期干預：

立即手動SETBACK到90%FP或更低，同時手動啟動兩臺輔助給水泵，確認所有SG液位恢復到設定值。

2.2 SG液位控制閥故障

2.2.1 處于控制的大液位控制閥發生卡澀

故障現象：

如果閥門卡死在比要求開度大的位置，則單個SG液位上升，而且該SG的液位控制閥要求開度明顯小于其他SG，但其給水流量明顯大于其他SG且保持不變；如果閥門卡死在比要求開度小的位置，現象則相反。

先期干預：

（1）對于第一種情況，則應當直接通過液位控制閥切換手柄進行切換，確保SG液位在切換過程中不會上升至2.96米。

（2）對于第二種情況，則應當先將故障液位控制閥的電動隔離閥置于“開”位置，然后通過液位控制閥切換手柄進行切換，確保SG液位在切換過程中不會降得過低導致快速降功率邏輯（以下簡稱STEPBACK）觸發。

2.2.2 處于控制的大液位控制閥突然全關

故障原因：失氣、失電、電/氣轉換器故障、SGLC控制信號輸出失效。

故障現象：

單個SG液位下降，而且該SG的液位控制閥要求開度明顯大于其他SG，其給水流量接近為0kg/s。

先期干預：

（1）如果SG液位變化緩慢，應及時切換大液位控制閥，并觀察給水流量是否恢復，假如給水流量沒有恢復，則很有可能是給水流量計和液位控制閥之間的管線存在大破口，應立即停堆；

（2）如果SG液位變化太快，STEPBACK或是非對稱給水管線破裂邏輯已經觸發，則應執行EOP-001，而后根據就地值班員的匯報來決定進入《失去蒸汽發生器給水應急運行規程》或是通過控制器手動開啟小液位控制閥，恢復SG液位后，退出非對稱給水管線破裂邏輯。

2.2.3 小液位控制閥突然開啟

故障原因：失氣、失電、電/氣轉換器故障。

故障現象：單個SG液位上升，其給水流量較其他三個SG偏大，而且大液位控制閥的要求開度較其他三個SG減小，出現小液位控制閥故障的報警。

先期干預：立即關閉小液位控制閥上游的電動隔離閥，確認給水流量下降，SG液位恢復正常。

2.3 SG傳熱管破裂

故障現象：

（1）單個SG液位上升，其給水流量較其他三個SG偏小，大液位控制閥的要求開度較其他三個SG減小；

（2）主系統上充流量增加，穩壓器液位有可能下降。先期干預：手動停堆，執行《蒸汽發生器傳熱管破裂應急運行規程》。

2.4 SGLC故障

2.4.1 DCC-X和DCC-Y上的SGLC均失效

故障現象：

（1）主控室出現DCC-X/DCC-Y程序失效的相關報警；

（2）SGLC的程序執行燈不再閃爍；

（3）SG液位迅速下降，可能觸發STEPBACK或停堆系統動作；

（4）所有SG的大液位控制閥全關，小液位控制閥全開。

先期干預：

（1）嘗試手動復位一臺DCC上的SGLC；

（2）若停堆系統動作，則執行EOP-001，手動控制小液位控制閥來保證SG液位在合理的范圍內。

2.4.2 SG蒸汽流量信號或給水流量信號漂移

本文以SG蒸汽流量信號向下漂移為例來闡述。SG給水流量信號漂移時的故障現象與之相同或相反，先期干預措施也相同，故不再贅述。

故障現象：

（1）單個SG液位下降：由于蒸汽流量讀數緩慢減少，質量平衡項會緩慢減小，閥門開度變小，出現正的液位偏差，積分項向正的積累。如果積分項不能補償質量平衡項，那么SG液位將持續下降；

（2）反應堆功率升高：由于蒸汽流量信號參與反應堆功率控制程序（以下簡稱RRS）中SG熱功率的計算，它的減少將導致SG熱功率的減少。而SG熱功率又用于校正反應堆功率，故SG校正后的反應堆功率也將下降。在RRS的控制下，又將使校正后的反應堆功率升高；

（3）發電機功率升高：由于反應堆功率升高，使得蒸發器壓力上升，蒸發器壓力控制程序增加了汽輪機的調門開度，使得發電機功率升高。

先期干預：

立即手動清除質量平衡項，確認蒸發器液位恢復穩定。之后應當盡快將故障蒸汽流量信號輸入DCC的端子斷開，因為SG蒸汽流量信號仍在參與RRS中SG熱功率的計算，可能導致發電機功率的再次波動。

3 結語

導致SG液位異常的原因有很多，而且在短時間就有可能觸發SG液位相關的自動保護動作。在重水堆核電站的運行中也發生了多起由于SG液位異常導致的停堆停機事件。因此，操縱員應當深刻理解SG液位控制的原理，熟悉導致SG液位異常的原因，并且對相應的先期干預做到心中有數，以爭取在短時間內能夠做出正確的判斷，穩定SG液位，或是將機組置于安全的狀態，從而確保核安全。