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(fā)生器和汽輪機，用于在發(fā)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(fā)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(tài)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(fā)1 號蒸汽發(fā)生器水位低疊加汽水失配反應堆自動停堆，1號蒸汽發(fā)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(fā)生器低低水位，反應堆自動停堆，并引起2號蒸汽發(fā)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(jiān)督試驗時3號蒸汽發(fā)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(fā)生器，因為瞬態(tài)導致反應堆緊急停堆，蒸汽管線壓力低觸發(fā)安注。

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

（5）模擬機驗證滿功率運行，1號MSIV意外關閉，觸發(fā)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(huán)路的影響

同行某900MW核電廠滿功率時一個MSIV誤關，導致該環(huán)路4個VVP安全閥開啟，機組因蒸發(fā)器水位低低停堆停機。在瞬態(tài)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(fā)該環(huán)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(xù)排熱，故障環(huán)路蒸汽壓力持續(xù)下降，將很可能出現故障蒸發(fā)器所在環(huán)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(fā)安注信號觸發(fā)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(huán)路的影響

某同行650MW機組因一個MSIV意外關閉導致發(fā)生安注、機組非計劃停堆。該650MW機組采用兩個環(huán)路，即2個蒸汽發(fā)生器，在一個環(huán)路MSIV關閉的一瞬間，另一個環(huán)路蒸汽流量由50%變?yōu)?00%，觸發(fā)蒸汽流量高&蒸汽管線壓力低信號符合，導致安注系統(tǒng)動作。因為其為兩環(huán)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(fā)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(huán)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(fā)相鄰環(huán)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(huán)路蒸汽流量大幅增加，帶走反應堆的熱量，很可能會觸發(fā)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(fā)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(tài)，另外兩個環(huán)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(fā)器GCT-A排熱。同時調整GCT-a使3個環(huán)路SG壓力盡可能一致。如果不干預，故障蒸汽發(fā)生器的GCT-A可能持續(xù)開大，導致蒸汽壓力持續(xù)下降，如果其壓力比另外兩臺蒸汽發(fā)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(fā)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(fā)生器水位低低停堆。另外兩臺蒸汽發(fā)生器壓力最低降至6.4MPa，未觸發(fā)安注系統(tǒng)動作。由于兩臺蒸汽發(fā)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(fā)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(fā)緊急停堆，機組狀態(tài)自動穩(wěn)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(huán)路蒸汽壓力下降。如果不及時平衡三臺蒸發(fā)器壓力，很可能觸發(fā)安注系統(tǒng)動作，此時需要手動干預GCT-A，穩(wěn)定環(huán)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。