重水堆高功率時(shí)蒸汽發(fā)生器給水流量信號(hào)漂移的影響及對(duì)策

楊俊

【摘 要】秦山三廠兩臺(tái)重水堆自商運(yùn)以來，發(fā)生過多次主蒸汽流量信號(hào)漂移事件。針對(duì)主蒸汽流量漂移的問題已經(jīng)由較為成熟的分析和應(yīng)對(duì)方法，而對(duì)于主給水流量信號(hào)漂移導(dǎo)致的影響，還未曾系統(tǒng)的分析。本文就蒸汽發(fā)生器主給水流量信號(hào)漂移對(duì)機(jī)組的影響進(jìn)行針對(duì)性分析，并提出主給水流量信號(hào)漂移后的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器；給水流量；漂移

中圖分類號(hào)： TK24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）02-0145-002

【Abstract】Since the commercial operation of two heavy water reactors in Qinshan No.3 factory，many main steam flow signal drift events occurred.The main steam flow drift problem has been more mature analysis and response methods，and for the main feed water flow signal drift caused by the impact of the system has not yet been analyzed. In this paper，the main steam generator feed water flow signal drift on the impact of the unit targeted analysis and proposed the main feed water flow signal drift countermeasures.

【Key words】Steam generator；Feed water flow；Drift

0 概述

重水堆核電機(jī)組一回路對(duì)稱布置四臺(tái)蒸汽發(fā)生器（以下簡(jiǎn)稱SG），二回路設(shè)置了3臺(tái)主給水泵和2臺(tái)輔助給水泵向蒸汽發(fā)生器供水。堆芯進(jìn)出口集管上設(shè)置了若干個(gè)溫度探頭，用于低功率情況下測(cè)算反應(yīng)堆的進(jìn)出口溫差。每臺(tái)蒸汽發(fā)生器均配置一套獨(dú)立的測(cè)量?jī)x表用于測(cè)量蒸汽發(fā)生器熱功率，包括：1個(gè)主蒸汽流量變送器、1個(gè)主給水流量變送器和1個(gè)主給水溫度變送器。上述儀表均為單點(diǎn)設(shè)備，沒有冗余配置。

重水堆核電機(jī)組中主給水流量信號(hào)參與的控制回路較多，蒸汽發(fā)生器給水流量信號(hào)漂移會(huì)可能引發(fā)機(jī)組參數(shù)變化，對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)性和反應(yīng)堆的安全性均會(huì)產(chǎn)生重大影響。

1 主給水流量信號(hào)的作用

就地變送器測(cè)得信號(hào)分別送往：給水回路和電站控制計(jì)算機(jī)DCC。在給水回路中，給水流量信號(hào)作為除氧器（D/A）液位的前饋進(jìn)行除氧器液位控制；在低功率情況下另外還作為處于“自動(dòng)位置”主給水泵的自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)。在電站控制計(jì)算機(jī)中，給水流量信號(hào)除用于顯示外，還用于：在蒸汽發(fā)生器液位控制程序（SGLC）中用于計(jì)算質(zhì)量平衡項(xiàng)以控制蒸汽發(fā)生器的液位；作為主給水限流邏輯的入口條件；在反應(yīng)堆功率控制程序（RRS）中用于計(jì)算蒸汽發(fā)生器熱功率等。

1.1 給水流量信號(hào)在SGLC中的作用

1.1.1 作為液位控制的前饋項(xiàng)

SGLC程序的目的是將蒸汽發(fā)生器液位保持在設(shè)定值，即保持蒸汽發(fā)生器的給水流量與蒸汽流量平衡，這樣就能夠使蒸汽發(fā)生器保持質(zhì)量平衡，使得蒸汽發(fā)生器作為電站熱阱帶走反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量，而不至于“燒干”。給水流量信號(hào)與蒸汽流量信號(hào)均是它的“干擾信號(hào)”，它們一起構(gòu)成SGLC的前饋項(xiàng)，用于計(jì)算質(zhì)量平衡項(xiàng)（WSF）的以及控制WSF的自動(dòng)投切。每臺(tái)蒸汽發(fā)生器獨(dú)立計(jì)算質(zhì)量平衡項(xiàng)。

（1）SGLC從4個(gè)主蒸汽流量變送器讀取蒸汽流量Wsi。

首先檢查測(cè)量信號(hào)的有效性，如果測(cè)量信號(hào)失效則發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。如果信號(hào)有效，則在Wsi > 20%時(shí)，用每一個(gè)蒸汽流量和程序計(jì)算出的平均蒸汽流量相比較，如果偏差大于±10%，這個(gè)蒸汽流量測(cè)量信號(hào)就被認(rèn)為是無效信號(hào)。然后根據(jù)以下原則選擇Wsi進(jìn)行液位控制：

如果無效信號(hào)（包括無效信號(hào)和偏差超過10%的信號(hào)）>2個(gè)，在SGLC中不使用質(zhì)量平衡項(xiàng)；如果無效信號(hào)≦2個(gè)，使用有效的蒸汽流量信號(hào)的平均值代替無效信號(hào)；如果沒有無效信號(hào)，對(duì)于不同的蒸汽發(fā)生器使用各自的蒸汽流量信號(hào)Wsi。

（2）SGLC分別從4個(gè)主給水流量變送器讀取給水流量Wfi（i = 1，2，3，4）， 根據(jù)與蒸汽流量信號(hào)相同原則選擇Wfi進(jìn)行液位控制。

（3）WSF的計(jì)算：

每個(gè)蒸汽發(fā)生器根據(jù)選擇的Wsi和Wfi獨(dú)立計(jì)算WSF。如果|WSF|<0.015，則認(rèn)為WSF為0。這個(gè)死區(qū)是為了減小給水流量的震蕩。

1.1.2 作為給水限流邏輯的判斷

通過對(duì)主給水流量的監(jiān)測(cè)，識(shí)別主蒸汽管線破裂的工況，進(jìn)入給水流量限制模式，將給水流量限制在112.5%額定流量以內(nèi)，以防止給水泵過流量跳閘。

如果下列的條件1或條件2滿足，進(jìn)入給水流量限制模式：

條件1：在WF1，WF2，WF3和WF4中至少三個(gè)給水流量信號(hào)無效；

且蒸發(fā)器功率PB大于5%；

且蒸發(fā)器壓力信號(hào)有效并小于4.13MPa（g）。

條件2：在WF1，WF2，WF3和WF4中至少有兩個(gè)給水流量信號(hào)有效并大于112.5%。

進(jìn)入給水流量限制模式后：發(fā)出相關(guān)的報(bào)警并強(qiáng)制減小蒸汽發(fā)生器給水控制閥門開度限制。

1.1.3 蒸發(fā)器液位控制閥的開度控制

SGLC程序采用三沖量控制：沖量一，由蒸汽發(fā)生器液位偏差計(jì)算出比例加積分項(xiàng)構(gòu)成反饋項(xiàng)；沖量二，由蒸汽流量信號(hào)和給水流量信號(hào)的差計(jì)算出的質(zhì)量平衡項(xiàng)構(gòu)成前饋項(xiàng)；沖量三，由反應(yīng)堆的功率計(jì)算出蒸汽發(fā)生器液位控制閥的基本開度構(gòu)成前饋項(xiàng)。由以上三沖量之和構(gòu)成機(jī)組正常工況運(yùn)行時(shí)蒸汽發(fā)生器液位控制閥的要求開度控制信號(hào)。

給水控制閥的開度還受蒸汽發(fā)生器給水限流邏輯和非對(duì)稱給水管線破裂邏輯計(jì)算的控制閥的開度限值限制。最終的給水控制閥的開度取要求開度控制信號(hào)、給水限流邏輯信號(hào)、非對(duì)稱給水管線破裂邏輯信號(hào)三者之間的最小值。

1.2 給水流量信號(hào)在RRS中的作用

（1）首先通過給水流量和蒸汽流量、給水和蒸汽的焓值計(jì)算蒸汽發(fā)生器功率PB；

（2）由于當(dāng)反應(yīng)堆功率處于高功率時(shí)，水平布置的燃料通道末端的冷卻劑開始出現(xiàn)蒸汽。因?yàn)榈葔旱娘柡驼羝c飽和水的溫度是相同，但是其焓值卻不同，所以此時(shí)通過測(cè)量堆芯溫差無法計(jì)算出準(zhǔn)確的反應(yīng)堆熱功率PTHM，需要采用蒸汽發(fā)生器的功率來確定反應(yīng)堆熱功率。而在低功率時(shí)，蒸汽發(fā)生器的蒸汽、給水流量等參數(shù)是不夠穩(wěn)定的，所以在低功率時(shí)不宜采用蒸汽發(fā)生器的熱功率，應(yīng)通過測(cè)量堆芯溫差確定的反應(yīng)堆熱功率PRTD。

在高功率工況下，PB作為RRS程序計(jì)算的熱功率PTH，對(duì)反應(yīng)堆鉑探測(cè)器功率進(jìn)行熱功率動(dòng)態(tài)校驗(yàn)。正常滿功率運(yùn)行時(shí)反應(yīng)堆熱功率=SG熱功率。

1.3 給水流量信號(hào)在D/A液位控制中的作用

除氧器液位控制采用的是三沖量PID調(diào)節(jié)，凝結(jié)水流量及除氧器液位作為反饋信號(hào)，4個(gè)主給水流量信號(hào)作為前饋輸入對(duì)除氧器液位進(jìn)行控制。

2 高功率時(shí)主給水流量信號(hào)漂移的影響

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以假設(shè)分析均只考慮單一設(shè)備故障的情況。

（1）蒸汽發(fā)生器液位的影響：

信號(hào)穩(wěn)定且信號(hào)漂移小于10%：信號(hào)低漂小于10%時(shí)，蒸汽發(fā)生器實(shí)際給水流量沒有減少，但SGLC正常讀取該低漂流量信號(hào)，使得程序讀取流量信號(hào)低于真實(shí)流量，并進(jìn)行計(jì)算，而蒸汽流量信號(hào)正常，導(dǎo)致質(zhì)量平衡項(xiàng)增大。最終輸出到控制閥的程序要求開度信號(hào)增大，使蒸汽發(fā)生器液位上升。

當(dāng)信號(hào)高漂小于10%時(shí)，將會(huì)造成蒸汽發(fā)生器液位降低。

（2）限流邏輯的影響：

由于限流邏輯的信號(hào)是不經(jīng)過檢驗(yàn)?zāi)K的，所以當(dāng)信號(hào)高漂并且至少有2個(gè)信號(hào)大于112.5%FS時(shí)則將觸發(fā)限流邏輯，使上水閥的開度減小，反復(fù)動(dòng)作后最終將可能導(dǎo)致反應(yīng)堆由于蒸汽發(fā)生器液位低而停堆，汽輪發(fā)電機(jī)停機(jī)。

信號(hào)低漂對(duì)該邏輯沒有影響。

（3）反應(yīng)堆熱功率的影響：

1）信號(hào)低漂時(shí)的影響：RRS程序讀取該低漂流量信號(hào)，并進(jìn)行蒸汽發(fā)生器二次側(cè)熱功率計(jì)算。由于RRS讀取流量信號(hào)低于實(shí)際的給水流量，導(dǎo)致計(jì)算出的蒸汽發(fā)生器熱功率低于實(shí)際的熱功率。RRS將升反應(yīng)堆中子功率。經(jīng)過計(jì)算，一個(gè)給水流量信號(hào)低漂到最小有效值的情況下下反應(yīng)堆功率可能上升約4.5%滿功率。因此，當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)功率分布不平衡時(shí)可能觸發(fā)停堆系統(tǒng)單通道脫扣甚至反應(yīng)堆停堆。

2）信號(hào)高漂時(shí)的影響：RRS程序讀取該高漂流量信號(hào)，并進(jìn)行蒸汽發(fā)生器二次側(cè)熱功率計(jì)算。由于RRS讀取流量信號(hào)高于實(shí)際的蒸汽發(fā)生器給水流量，導(dǎo)致計(jì)算出的該蒸汽發(fā)生器熱功率高于實(shí)際的熱功率，則RRS將降反應(yīng)堆功率。經(jīng)過計(jì)算，在一個(gè)給水流量信號(hào)高漂到最大有效值的情況下反應(yīng)堆功率波動(dòng)較小。

（4）D/A液位的影響

信號(hào)低漂的影響：控制器認(rèn)為主給水流量變小，于是先減小上水閥的開度，將造成除氧器液位的降低，在信號(hào)下降不多的情況下，在液位設(shè)定值回路的作用下液位將緩慢回升至正常值。如果信號(hào)變化較大且操縱員未干預(yù)的情況下則有可能使液位下降導(dǎo)致反應(yīng)堆自動(dòng)降功率。

信號(hào)高漂的影響：控制器認(rèn)為主給水流量增大，于是將增大上水閥的開度，而實(shí)際上水流量不變，將造成液位的升高，而在液位設(shè)定值回路的作用下液位也將下降至正常值。如果主給水流量變化過大可能導(dǎo)致凝結(jié)水泵出口壓力過低甚至跳泵。

3 對(duì)策

如上一章所分析，高功率下信號(hào)漂移有可能對(duì)蒸汽發(fā)生器的液位和反應(yīng)堆熱功率有嚴(yán)重影響。在滿功率情況下極易引起各個(gè)保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作，留給操縱員響應(yīng)的時(shí)間不多。因此，在發(fā)現(xiàn)給水信號(hào)高漂移后首先應(yīng)該控制蒸汽發(fā)生器液位穩(wěn)定。如前所述，影響蒸汽發(fā)生器液位的是質(zhì)量平衡項(xiàng)，因此在我們判斷出故障后需要立即手動(dòng)切除質(zhì)量平衡項(xiàng)，讓液位反饋項(xiàng)作用使液位趨于正常。但是要注意質(zhì)量平衡項(xiàng)的切除對(duì)其他蒸汽發(fā)生器液位的影響。

由于用于RRS使用的給水流量信號(hào)不經(jīng)過SGLC的信號(hào)校驗(yàn)，尤其是在信號(hào)向下漂移時(shí)反應(yīng)堆熱功率超過過限制。我們可以通過其他參數(shù)來輔助判斷真實(shí)的反應(yīng)堆功率：調(diào)門開度將變大，發(fā)電機(jī)功率和堆芯的鉑探測(cè)器所監(jiān)測(cè)的讀數(shù)將會(huì)上升，此時(shí)我們需要拔出去電站控制計(jì)算機(jī)的信號(hào)線端子，人為讓該信號(hào)變成失效，這樣RRS和SGLC將會(huì)忽略該信號(hào)，程序恢復(fù)正?？刂?。

除此之外，我們也需要關(guān)注除氧器液位的變化情況。

4 總結(jié)

通過以上的簡(jiǎn)單分析來看，對(duì)反應(yīng)堆而言，主給水流量向上漂移要比向下漂移相對(duì)安全。盡管從上面的分析看來，處理給水流量信號(hào)漂移思路還是很清楚的，但是難點(diǎn)在于如何判斷和識(shí)別出故障點(diǎn)。因此建議：

（1）正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組參數(shù)（如：（下轉(zhuǎn)第157頁）（上接第146頁）堆功率，汽機(jī)功率，中子儀表）的監(jiān)視。

（2）建議針對(duì)這樣的單點(diǎn)失效的參數(shù)增加冗余的變送器配置：可以參考其他一些重要參數(shù)進(jìn)行三個(gè)變送器的配置，然后針對(duì)三個(gè)信號(hào)進(jìn)行有效性選擇（如SG液位的三取中設(shè)置），可以大大降低單點(diǎn)失效時(shí)的概率和影響。

（3）由于增加變送器只能針對(duì)單點(diǎn)失效，對(duì)共模故障作用可能不是很明顯，建議增加相關(guān)報(bào)警提示，以提醒電站操縱員及早做出響應(yīng)。

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