海陽核電1號機組汽輪機控制和保護系統(tǒng)儀控調(diào)試

田青旺

（國核自儀系統(tǒng)工程有限公司，上海 200241）

海陽核電1號機組汽輪機控制和保護系統(tǒng)儀控調(diào)試

田青旺

（國核自儀系統(tǒng)工程有限公司，上海 200241）

通過調(diào)試檢驗汽輪機控制和保護系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝質(zhì)量，使汽輪機控制和保護系統(tǒng)（TCPS）達到在線監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、保護動作正確、自動控制可靠的安全運行條件，滿足汽輪機安全運行需要。為后續(xù)AP1000同類核電機組TCPS的順利調(diào)試累積寶貴經(jīng)驗。

調(diào)試；汽輪機控制和保護系統(tǒng)；汽輪機保護遮斷系統(tǒng)；汽輪機電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

海陽核電1號機組主汽輪機采用四缸、單軸、六排汽、凝汽式設(shè)計。汽輪機控制和保護系統(tǒng) （TCPS）由西屋電氣公司 （以下簡稱“西屋”）負責(zé)設(shè)計，使用Ovation的OCR 400（版本3．3．1）控制，與非安全級主儀控采用一體化平臺。

TCPS的控制系統(tǒng)主要包括7對控制器及9面機柜，沒有單獨的操縱員站。機組設(shè)有2個高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥，分別布置在高壓缸兩側(cè)的基礎(chǔ)上。每個主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥由2個主汽閥（MSV）和2個高壓調(diào)節(jié)閥 （GV）構(gòu)成。機組設(shè)有6個再熱主汽閥 （RSV）和6個再熱調(diào)節(jié)閥 （ICV）。

1 調(diào)試準備、調(diào)試階段及調(diào)試范圍

1．1 調(diào)試準備

（1）調(diào)試文件

調(diào)試文件主要指公司調(diào)試相關(guān)的管理性文件及指導(dǎo)調(diào)試大綱、規(guī)范和程序。對于TCPS調(diào)試人員來說，調(diào)試技術(shù)文件準備工作主要涉及對供貨商提交設(shè)計文件的審查，在供貨商提交文件基礎(chǔ)上編寫部分總體調(diào)試程序。通過對設(shè)計階段文件審查，使調(diào)試技術(shù)骨干及早了解所負責(zé)調(diào)試的系統(tǒng)，做到知其然，也知其所以然。

NB／T 25007—2011 《核電廠調(diào)試文件體系編制要求》［5］指出，核電廠調(diào)試文件體系應(yīng)至少包括調(diào)試大綱、系統(tǒng)調(diào)試大綱、試驗順序程序、通用試驗程序、試驗報告和總結(jié)報告。除了上述調(diào)試文件外，海陽一期核電站TCPS調(diào)試還包括一些專用試驗程序，例如增強型冗余閥位卡eRVP切換試驗等。項目主要編制的調(diào)試文件如下：

1）主汽輪機系統(tǒng)調(diào)試大綱；

2）主汽輪機控制和診斷系統(tǒng)調(diào)試大綱；

3）主汽輪機系統(tǒng)預(yù)運行試驗規(guī)格書；

4）主汽輪機控制和診斷系統(tǒng)預(yù)運行試驗規(guī)格書；

5）汽輪機非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗規(guī)格書；

6）汽輪機沖轉(zhuǎn)及空負荷試驗規(guī)格書；

7）汽輪發(fā)電機組閥門活動試驗規(guī)格書；

8）主汽輪機系統(tǒng)預(yù)運行試驗程序；

9）主汽輪機控制和診斷系統(tǒng)試驗程序；

10）汽輪機非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗程序；

11）汽輪機沖轉(zhuǎn)及空負荷運行試驗程序。

（2）試驗物質(zhì)準備

調(diào)試物質(zhì)準備主要包括調(diào)試臨時設(shè)備準備、調(diào)試儀器儀表和工具準備、調(diào)試備品備件和消耗材料準備3項工作。保證試驗所使用的儀器儀表為有效，從而保證了測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

1．2 調(diào)試階段劃分

TCPS調(diào)試主要分為單體試驗、預(yù)運行試驗、非核沖轉(zhuǎn)試驗和汽輪機沖轉(zhuǎn)試驗四大部分。

預(yù)運行試驗前，機務(wù)需進行一些單體試驗程序，以驗證TCPS相關(guān)的單體設(shè)備性能滿足設(shè)計要求。比如，主機電液調(diào)節(jié)程序，用以確認電磁閥運行電壓范圍和調(diào)整限位開關(guān)；TCPS涉及的儀控相關(guān)機柜需完成上電及相關(guān)測試，以支持后期的試驗。

單體試驗時，相關(guān)的支持系統(tǒng)需要完成調(diào)試并投運，比如汽機電液調(diào)節(jié)油系統(tǒng)、主機潤滑油系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等。

核電廠的TCPS預(yù)運行試驗主要發(fā)生在冷試 （A1）和熱試 （A2）階段，通過預(yù)運行試驗以獲取設(shè)備的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)，檢驗系統(tǒng)的保護動作、聯(lián)鎖、報警等，并考察各項技術(shù)指標是否達到設(shè)計要求。

汽輪發(fā)電機組的沖轉(zhuǎn)是核電廠調(diào)試過程中一項具有里程碑性質(zhì)的試驗。為了及早的暴露和發(fā)現(xiàn)問題，從而及時采取糾正措施，為核電站并網(wǎng)發(fā)電準備條件，保證汽輪發(fā)電機組運行期間的安全穩(wěn)定，有必要在核燃料添加前對汽輪發(fā)電機組進行沖轉(zhuǎn)試驗。試驗主要方法：在熱態(tài)功能試驗的后期，利用反應(yīng)堆冷卻劑泵和穩(wěn)壓器電加熱器的能量使一回路冷卻劑升溫升壓，由蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽來沖轉(zhuǎn)汽輪發(fā)電機組。對汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)功能和機械轉(zhuǎn)動的情況進行檢查確認。

1．3 調(diào)試范圍

海陽核電一期汽輪機控制和保護系統(tǒng)的調(diào)試范圍主要包括汽輪機保護遮斷系統(tǒng) （MTP）和汽輪機電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) （MTC）兩個包。

汽輪機保護遮斷系統(tǒng)范圍：電磁閥 （主機的AST電磁閥、LOCKOUT電磁閥、噴油試驗電磁閥、掛閘電磁閥、推力軸承油壓通道試驗電磁閥，軸承潤滑油壓通道試驗電磁閥，凝汽器真空通道試驗電磁閥，及控制柜與電磁閥之間的電纜；現(xiàn)場儀表 （壓力開關(guān)等）及核電廠控制系統(tǒng) （PLS） （DPU022－026）與現(xiàn)場儀表的信號纜；LVDT （線性位移傳感器）及其至MTC之間的信號電纜；行程開關(guān)至MTP之間的信號電纜；行程開關(guān)至MTC之間的信號電纜；MTP與就地儀表盤中 “WL”之間的信號電纜；伺服閥插頭至MTP的控制電纜；電磁閥線圈至MTP的控制電纜。

汽輪機電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)：電磁閥 （A／B／C／D高壓主汽門活動試驗電磁閥，A／B／C／D高壓調(diào)門活動試驗電磁閥，A／B／C／D／E／F低壓主汽門活動試驗電磁閥，A／B／C／D／E／F低壓調(diào)門活動試驗電磁閥，及控制柜與電磁閥之間的電纜；現(xiàn)場儀表 （行程開關(guān)等）及PLS（DPU021、DPU035）與現(xiàn)場儀表的信號纜；與GCB、GIS的信號纜。

2 預(yù)運行試驗

三菱公司作為主汽輪機系統(tǒng) （MTS）的供應(yīng)商，提交了MTS的試驗程序，MTS試驗程序由機務(wù)負責(zé)執(zhí)行，程序中關(guān)于儀控相關(guān)的試驗由儀控調(diào)試執(zhí)行。儀控調(diào)試本身編制了TCPS試驗程序，兩個程序間存在一定的迭代，確保所有試驗項被執(zhí)行。

調(diào)試遵循先單體后回路，先單系統(tǒng)后聯(lián)合仿真的原則執(zhí)行。

調(diào)試的先決條件包括：系統(tǒng)已移交調(diào)試，移交包簽署完成；本試驗與電廠本系統(tǒng)正在進行的其他試驗無沖突；調(diào)試所需文件齊全有效。

2．1 MTP回路檢查

試驗項目主要包括：

（1）PLS投入檢查

包括PLS （MTP） （DPU022－026）控制柜I／O卡件投入檢查及PLS （MTC） （DPU021）控制柜涉及行程開關(guān)的I／O卡件投入檢查。在投入OVATION控制柜的I／O卡件時，必須避免或防止強電串入燒壞控制卡件事件發(fā)生。投入卡件前，可先用萬用表查證排除無接線回路220VAC、220VDC、線路接地等風(fēng)險因素。

（2）LVDT檢查

LVDT的回路檢查前，建安公司已將LVDT安裝完成并且牢固，并且LVDT的安裝滿足油動機行程要求。LVDT的回路檢查應(yīng)重點關(guān)注初級線圈接線、次級線圈1、次級線圈2的極性對應(yīng)性和正確性；并且LVDT回路的接線應(yīng)壓緊避免接線回路的松動。

（3）電磁閥回路檢查

電磁閥回路的檢查應(yīng)將電磁閥的對應(yīng)性及電磁閥線圈電壓等級為核查重點。

（4）伺服閥回路檢查

伺服閥回路的檢查應(yīng)將伺服閥的對應(yīng)性及極性為核查重點。

（5）通道信號回路檢查

（6）電磁閥通電檢查

（7）儀表投入檢查

（8）閥門整定

通過使用Ovation系統(tǒng)標準的閥位定值器上傳／下載／校準圖形來查看和修改VP調(diào)節(jié)常數(shù)以執(zhí)行校準。通過校準順序來確定0% 和100%校準值和解調(diào)器增益；通過調(diào)整相關(guān)常數(shù)，確定機械行程的端點，使LVDT達到最佳性能。

2．2 MTP／MTC報警試驗

MTP／MTC報警試驗需要與電廠控制系統(tǒng)畫面和AP1000報警顯示系統(tǒng) （APS）配合檢查。確保報警點不但在報警監(jiān)視畫面上正確顯示，還應(yīng)在APS上正確報警。

2．3 MTP聯(lián)鎖試驗

在屏蔽MTP跳閘條件時，對采取措施（短接或解線）接線回路的線號進行保護以防脫落，以便恢復(fù)接線回路時正確接線。

為防止在做MTP聯(lián)鎖遮斷保護試驗中，頻繁打閘／掛閘對汽輪機閥門 （MSV、RSV、GV、ICV）造成損壞，應(yīng)選擇1－2次遮斷保護項目，來檢驗汽機遮斷保護功能的正確性。其余遮斷項目，采用關(guān)閉RSV、GV、ICV的進油針型閥的措施后，并且掛閘后不采取EH AUTO方式，進行掛閘／遮斷試驗。

在未采取關(guān)閉MSV、RSV、GV、ICV的進油針型閥的措施，進行掛閘／打閘遮斷試驗前應(yīng)做好示警TEST牌，以免汽機閥門開關(guān)或打閘傷人事故發(fā)生，并且在模擬遮斷前，應(yīng)建立三段式溝通，確認汽機遮斷保護動作不會造成閥門傷人風(fēng)險，方可模擬遮斷保護動作。

2．4 MTP遠方通道試驗

真空低通道試驗的先決條件是凝汽器已建立真空；此試驗在凝汽器建立真空后擇時進行。

2．5 MTP噴油試驗

本試驗的試驗?zāi)康脑谟跈z驗機械超速（MOST）的邏輯功能，并不涉及檢驗撞擊子的動作功能。驗收準則是噴油試驗功能正確可靠，滿足設(shè)計要求。

在做MOST試驗時，汽機掛閘／打閘前應(yīng)做好示警TEST牌，和建立三段式溝通確認無傷人風(fēng)險，以免汽機閥門開關(guān)或打閘傷人事故發(fā)生。

2．6 MTC回路檢查

電磁閥回路檢查：電磁閥接線回路正確、類型正確，符合設(shè)計要求。

通道信號回路檢查：信號回路正確，并滿足以下精度要求：電流 （mA），基本誤差：±0．2%；熱電偶 （mV），基本誤差：±0．3%。

MTC電磁閥通電試驗：電磁閥通電后皆能正確勵磁，符合設(shè)計要求。

2．7 檢查、試驗、分析和驗收準則 （ITAAC）

根據(jù)AP1000設(shè)計控制文件，針對主汽輪機系統(tǒng)，共用以下四項試驗需要納入ITAAC，在預(yù)運行試驗階段完成。國家核安全局需要對涉及的ITAAC項進行檢查。

1）在主控跳閘汽輪發(fā)電機組；

2）收到保護和安全監(jiān)測系統(tǒng) （PMS）的信號之后，汽輪發(fā)電機組跳閘；

3）主汽輪發(fā)電機在收到來自多樣化驅(qū)動系統(tǒng) （DAS）的信號之后跳閘；

4）兩種獨立的電超速試驗。

2．8 非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗

本試驗?zāi)康氖谴_認汽輪發(fā)電機組在沖轉(zhuǎn)升速和運行時各個狀態(tài)參數(shù)正常，沖轉(zhuǎn)過程中進行的試驗主要包括調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)功能相關(guān)的試驗和部分保護裝置試驗。

非核沖轉(zhuǎn)試驗涉及的試驗程序主要包括：

1）汽輪機非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗程序；

2）非核沖轉(zhuǎn)前聯(lián)鎖試驗程序；

3）機組沖轉(zhuǎn)前的邏輯閉鎖程序；

4）汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測和動平衡試驗程序。

驗證各調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖保護功能的正確，具體項目包括：MSV控制機組升速功能、MSV穩(wěn)定機組轉(zhuǎn)速功能、機組轉(zhuǎn)速自平衡功能、PMS聯(lián)鎖跳汽輪機功能、DAS聯(lián)鎖跳汽輪機功能、TOP、COP聯(lián)鎖啟動功能、閥切換功能、GV轉(zhuǎn)速控制功能、OPC試驗功能。

在機組升速過程中，監(jiān)測汽輪發(fā)電機組各軸承的振動情況，實機組測臨界轉(zhuǎn)速。

檢查汽輪機組的安裝與運行情況，確認機組在升速期間和額定轉(zhuǎn)速空負荷情況下各項參數(shù)符合設(shè)計要求。具體項目包括：機組摩擦檢查、400r／min機組參數(shù)檢查、1 060r／min機組參數(shù)檢查、1 500r／min機組參數(shù)檢查。

檢查確認汽輪發(fā)電機組主油泵與液壓保安系統(tǒng)工作正常，具體項目包括：就地停機試驗、遠方停機試驗、主油泵工作情況檢查、就地注油試驗。

針對靜態(tài)特性試驗期間發(fā)現(xiàn)的閥門反饋非線性問題，在非核蒸汽沖轉(zhuǎn)期間進一步驗證。

3 調(diào)試中主要問題及建議

3．1 調(diào)試中出現(xiàn)的主要問題及解決方法

（1）LVDT行程不匹配問題

在進行 “MTP回路檢查”檢查試驗時，發(fā)現(xiàn)E－ICV對應(yīng)的冗余RVP模件在閥門正常動作時繁發(fā)生控制模件主控和副控切換。經(jīng)過多次分析和試驗，先后排除了控制系統(tǒng)模件故障、版本不匹配和就地LVDT本身故障，最后將故障鎖定在兩個LVDT行程在過程中反饋偏差大，超過平臺要求的1．5%要求。通過調(diào)整就地LVDT安裝行程，問題得以解決。

（2）閥門自由行程不線性問題

在閥門自由行程標定時發(fā)現(xiàn)，4個高壓主汽門 （MSV）、四個高壓調(diào)節(jié)門 （GV）和6個低壓調(diào)節(jié)汽門 （ICV）的指令與LVDT反饋出現(xiàn)非線性偏差，最大偏差達到4%。

西屋作為控制系統(tǒng)的供應(yīng)商，其TCPS出廠報告顯示eRVP卡工作正常，但是其試驗為純仿，沒有和三菱真實的油動機一起聯(lián)調(diào)。三菱公司的出廠報告顯示，其采用的 “Servo count card”進行測試顯示，LVDT線性度滿足要求。

現(xiàn)場搭建了試驗平臺，首先對RVP模件這一側(cè)進行測試，查找原因。試驗證明，改變eRVP供給LVDT初級線圈勵磁源的電壓和頻率 （包括甚至取消eRVP上的供電固件），采用第三方勵磁源，均不能改善LVDT線性度。本試驗排除了是線路或eRVP模件引起LVDT線性度不準確的可能。

經(jīng)過了LVDT De－modulator對直流感應(yīng)電壓進行過濾。現(xiàn)場實際接線中，西屋是將反饋的感應(yīng)電壓接到了RVP模件上。三菱此前將其出廠的配置發(fā)給過西屋，但是沒有引起對De－modulator作用的重視。

最后，通過在邏輯中對反饋進行函數(shù)修正，解決了此問題。

（3）閥門關(guān)閉時間

汽輪機主汽閥及調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉的快慢，直接決定了機組甩負荷時調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制下機組的最高飛升轉(zhuǎn)速以及在超速時危急遮斷器動作后機組的實際飛升轉(zhuǎn)速［6］。

按照 《電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范》［4］（DL 5011—92），100MW 以上汽輪機組主汽閥關(guān)閉時間不大于500ms，調(diào)節(jié)汽閥則沒有要求。按照DL／T 711－1999，《汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗導(dǎo)則》［3］的要求，高、中壓調(diào)節(jié)汽閥和高、中壓主汽閥油動機的總關(guān)閉時間t為關(guān)閉過程中的動作延遲時間t1和關(guān)閉時間t2之和。針對600MW以上機組，試驗導(dǎo)則建議的總關(guān)閉時間小于0．3s。

海陽一期項目三菱汽機額定功率大于1 000MW，其汽閥關(guān)閉時間計算公式為t＝t1＋t2／2，不同于試驗導(dǎo)則要求，但是其RSV和ICV的關(guān)閉時間均同樣要求小于0．3s，理論上不滿足 《汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗導(dǎo)則》的要求。

3．2 控制平臺與工藝系統(tǒng)不協(xié)調(diào)問題

傳統(tǒng)上，汽機轉(zhuǎn)速信號先接到OPC控制器，再輸出到MTC。這種情況下，OPC控制器一旦故障，需要設(shè)計成聯(lián)鎖跳機。海陽一期TCPS的汽機轉(zhuǎn)速信號分配方案為特殊設(shè)計，不需要將OPC控制器故障作為聯(lián)鎖跳機條件。

Ovation平臺采用控制器計算轉(zhuǎn)速信號后再送出動作OPC電磁閥，控制器計算本身需要比較長的周期，加上模件輸出，OPC響應(yīng)時間比硬件回路方式更長。主機廠計算后給出了能接受的最大OPC響應(yīng)時間值，在項目的出廠驗收試驗中，發(fā)現(xiàn)有超限情況。實際運行中，OPC超限可能導(dǎo)致汽機超速。

調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)RVP舊版型號無法識別初級線圈回路斷線 （因為在中間位置時，LVDT電壓輸出在基本為0V）。經(jīng)過升版固件，解決了這個問題，但是又發(fā)現(xiàn)喪失了廠家說明書上的電壓外輸出功能。

3．3 經(jīng)驗總結(jié)

汽機轉(zhuǎn)速信號必須單獨使用一根帶屏蔽層的雙絞線進行傳輸，不允許與其他傳輸信號共用一根電纜，包括其他的轉(zhuǎn)速信號，以免受到干擾。

為最大限度減少損壞TCPS控制模件、模件通道及通道保險，TCPS調(diào)試時要求安裝公司查線后將TCPS控制側(cè)端接頭浮空；等調(diào)試人員試驗到相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)時，調(diào)試人員再次查線后由調(diào)試逐一端接。在后期的現(xiàn)場變更實施或消缺時，都采用這一原則，就地拆除或更換設(shè)備，TCPS控制側(cè)的接線先解除，線纜重新查證后重新恢復(fù)。

調(diào)試中，還應(yīng)收集存檔TCPS系統(tǒng)軟件的版本信息、硬件部件的部件號和序列號，定期與DCS平臺的召回信息核對。

4 結(jié)束語

核安全法規(guī) HAF 103［1］中要求核電廠調(diào)試的實施情況應(yīng)分階段審查，在完成對前階段調(diào)試試驗所得結(jié)果的評價和監(jiān)查，并確認已實現(xiàn)了全部目標和滿足了全部核安全管理要求之后才允許進行下一階段的調(diào)試試驗工作。海陽核電站的調(diào)試管理中設(shè)立試驗審查委員會來實施上述法規(guī)要求。

核電廠安全導(dǎo)則HAD103－02《核電廠調(diào)試程序》［2］對核電廠調(diào)試主要階段進行了詳細描述，海陽一期核電站TCPS調(diào)試各階段的內(nèi)容符合HAD103－02的要求。

空負荷試驗后，TCPS還需要進行帶負荷試驗，以獲取調(diào)節(jié)系統(tǒng)在有蒸汽作用下的醅汽機構(gòu)特性、調(diào)節(jié)汽閥重疊度特性和提升特性等特性，以及驗證負荷穩(wěn)定性及汽機性能等試驗。

通過對海陽核電1號機組TCPS的成功調(diào)試，積累了Ovation控制系統(tǒng)與三菱主機的調(diào)試經(jīng)驗，可以為后續(xù)同型機組的調(diào)試提供一定的參考。

［1］國家核安全局 ．核動力廠運行安全規(guī)定：HAF 103［S］．北京：2004．

［2］國家核安全局 ．核電廠調(diào)試程序：HAD103－02［S］．北京：1987．

［3］電力行業(yè)電站汽輪機標準化技術(shù)委員會 ．汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗導(dǎo)則：DL／T 711—1999 ［S］．北京：1998．

［4］中國電力企業(yè)聯(lián)合會基建工作部 ．電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范：DL 5011—92 ［S］．北京：1992．

［5］國家能源局 ．核電廠調(diào)試文件體系編制要求：NB／T 25007—2011 ［S］．北京：2011．

［6］黨原?。殉请姀S1號汽輪機主汽閥及調(diào)節(jié)汽閥靜態(tài)關(guān)閉時間測試及分析 ［J］．西北電力技術(shù)，2003（3）：23－24．

I＆C Commissioning for the Turbine Control and Protection System of Haiyang Unit 1

TIAN Qing－wang
（State Nuclear Power Automation System Engineering Company，Shanghai 200241，China）

Through commissioning of turbine control and protection system，the design，manufacture，and installation quality of the system are validated，with an aim to achieve accurate on－line monitoring data，correct protection act，and reliable automatic control of the TCPS，and to meet normal and abnormal operating requirements of the main turbine system．

commissioning；turbine control and protection system；steam turbine protection interrupt system；electro－h(huán)ydraulic turbine control system．

TM623．7 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0320－06

TM623．7

A

1674－1617 （2017）03－0320－06

10．12058／zghd．2017．03．320

2017－05－26

田青旺 （1979—），男，河南南陽人，學(xué)士，工程師，現(xiàn)主要從事AP1000儀控相關(guān)工作 （E－mail：tianqingwang＠snpas．com．cn）。

（責(zé)任編輯：白佳）