核電站高壓缸壓力表故障風(fēng)險及改進(jìn)

郭 城

（大亞灣核電運營管理責(zé)任有限公司，廣東 518124）

1 高壓缸調(diào)節(jié)級壓力儀表的作用

核電站汽輪機(jī)一般采取噴嘴調(diào)節(jié)，噴嘴分為幾組，每組各由一只調(diào)節(jié)閥控制，運行時通過依次啟閉這些調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)進(jìn)汽量。由于高壓缸調(diào)節(jié)級噴嘴后的壓力與汽機(jī)功率之間有很好的線性關(guān)系，因此噴嘴后的高壓缸入口壓力，可以用來表征核電機(jī)組汽機(jī)功率。其中大亞灣／嶺澳核電站采用GRE023／024MP表征，嶺澳二期采用GRE022／023／024／MP表征，兩種表征方法在相關(guān)控制保護(hù)實現(xiàn)方式上存在一些差異。

1.1 汽機(jī)旁路排冷凝器系統(tǒng)的邏輯與控制

大亞灣／嶺澳核電站采用GRE023MP產(chǎn)生汽機(jī)旁路排冷凝器允許信號（C7A、C7B）及短電網(wǎng)故障信號（GCT406XU）。

嶺澳二期核電站采用GRE022／023／024MP，通過表決器或手動選擇其一產(chǎn)生C7A、C7B及GCT406XU信號。

大亞灣／嶺澳核電站的GRE024MP把高壓缸的入口壓力作為汽機(jī)負(fù)荷的表征，與最終功率整定值高選生成汽機(jī)旁路排冷凝器系統(tǒng)（GCTC）在溫度模式下用于控制其開度的參考溫度（Tref），與一回路最高溫度（Tavgmax）進(jìn)行比較產(chǎn)生溫差ΔT，然后與GRE024MP和最終功率整定值比較，形成一二回路功率偏差產(chǎn)生的溫度偏差信號相加，用于控制GCT－C排放閥的開啟（快開或調(diào)制開啟）和開度。

嶺澳二期核電站采用GRE022／023／024MP，通過表決器或手動選擇其一作為高壓缸入口壓力，代表汽機(jī)負(fù)荷，與最終功率整定值高選生成GCT－C在溫度模式下用于控制其開度的Tref，與一回路Tavgmax相比較，產(chǎn)生溫差ΔT，最終功率整定值比較形成一二回路功率偏差產(chǎn)生的溫度偏差信號相加以控制GCT－C排放閥的開啟方式（快開或調(diào)制開啟）和開度。

1.2 蒸發(fā)器水位、控制棒及穩(wěn)壓器水位控制

大亞灣／嶺澳核電站通過選擇開關(guān)（402CC）高選或二者之一后參與控制汽機(jī)負(fù)荷，與除氧器排放（ADG）及冷凝器排放（GCT）的有效信號相加后，作為總的二回路負(fù)荷，生成形成蒸汽發(fā)生器（SG）水位控制中的水位整定值（Lref）。作為二回路負(fù)荷，先與最終功率整定值選大后送往控制棒控制（RGL）系統(tǒng)生成Tref，與Tavg比較產(chǎn)生溫度偏差，控制溫度控制棒的動作。作為二回路負(fù)荷，還與最終功率整定值選大后送往RGL系統(tǒng)生成Tref，與Tavg比較后作為前饋信號，對穩(wěn)壓器（PZR）水位整定值進(jìn)行修正。

嶺澳二期核電站GRE022／023／024MP通過表決器或手動選擇其一參與控制，實現(xiàn)SG水位控制中的Lref，控制溫度控制棒的動作及對PZR水位整定值進(jìn)行修正。

1.3 反應(yīng)堆停堆保護(hù)信號

大亞灣／嶺澳核電站GRE023／024MP用于2取1生成P13（汽機(jī)功率大于12%Pn），進(jìn)而產(chǎn)生P7（核功率大于10%Pn）。P7參與穩(wěn)壓器（86%水位，13MPa）、蒸發(fā)器（75%水位）、主泵（1 365r／min，88.8%Qn，主泵斷路器跳閘）6個停堆信號保護(hù)。

嶺澳二期核電站GRE022／023／024MP用于3取2生成P13（汽機(jī)功率大于12%Pn），進(jìn)而產(chǎn)生P7（核功率大于10%Pn）。P7參與穩(wěn)壓器（86%水位，13MPa）、蒸發(fā)器（75%水位）、主泵（1 365r／min，88.8%Qn，主泵斷路器跳閘）6個停堆信號保護(hù)。

1.4 安全注入信號

大亞灣／嶺澳核電站及嶺澳二期核電站均為GRE023／024MP分別經(jīng)函數(shù)發(fā)生器（GRE401／402GD）形成蒸汽流量高整定值，與蒸汽發(fā)生器的蒸汽流量（VVP004／005／006MD）或VVP001／002／003MD比較，決定是否發(fā)出蒸汽流量高20%信號，或者產(chǎn)生蒸汽發(fā)生器蒸汽流量高信號。在一回路溫度低低及蒸汽發(fā)生器壓力低低的情況下，觸發(fā)安全注入信號。

通過上面的分析，可以看到在生成蒸汽流量高的安全注入保護(hù)信號方面，嶺澳二期與大亞灣／嶺澳相同，由此導(dǎo)致相應(yīng)的保護(hù)觸發(fā)的可能性增大，甚至發(fā)生事故。事實上，大亞灣／嶺澳及嶺澳二期核電站發(fā)生的幾起高壓缸入口壓力表故障的事件，分析結(jié)果都表明觸發(fā)安注信號或存在著安注風(fēng)險。

2 大亞灣核電站的故障及處理

2004年8月的某日，大亞灣2號機(jī)主控發(fā)現(xiàn)GRE023MP緩慢下漂，立即執(zhí)行核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)控制裝置和安全設(shè)施故障處理（IRRC／RPR）規(guī)程進(jìn)行處理，將相關(guān)控制切至備用儀表GRE024MP位置。不久GRE023MP階躍下漂至8%，現(xiàn)場報告其儀表的下游管道斷裂。事故發(fā)生后立即采取措施，將GRE023MP置安全位置，將所有調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供電由控制電源第三組（SIP3）切換到SIP4。由于GRE023MP置于安全位置，因此觸發(fā)的是P13（汽機(jī)功率大于10%Pn，1／2）和三臺SG的蒸汽流量高信號（高于定值20%）。其中P13進(jìn)而產(chǎn)生P7，P7參與穩(wěn)壓器（86%水位，13MPa）、蒸汽發(fā)生器（75%水位）、主泵（1 365r／min，88.8%Qn，主泵斷路器跳閘）6個停堆信號保護(hù)。正常情況下，GRE023／024MP分別經(jīng)GRE401／402GD形成蒸汽流量高整定值，與VVP004／005／006MD或VVP001／002／003MD比較，決定是否發(fā)出蒸汽流量高20%信號。GRE023MP置安全位置后，觸發(fā)每臺SG各一列蒸汽流量高信號，輸送至反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPR）。

每臺SG蒸汽流量高信號2取1，然后3臺SG蒸汽流量高信號3取2。兩臺以上SG蒸汽流量高加主蒸汽壓力低低（3.55MPa，2／3）或一回路平均溫度低低（P12）時會導(dǎo)致安注信號觸發(fā)。

從事件本身分析，GRE023MP下游管道泄漏進(jìn)而斷裂，導(dǎo)致GRE023MP階躍下降至8%，觸發(fā)C7A／C7B信號。C7A／C7B信號一直存在，增加了一回路溫度下降，P12信號出現(xiàn)風(fēng)險。GRE023MP置于安全位置后，觸發(fā)P13和蒸汽流量高信號，增加了停堆保護(hù)信號和安注信號觸發(fā)的可能性。

3 嶺澳二期核電站的故障及處理

2010年1月的某日，嶺澳二期3號機(jī)主控室應(yīng)急停堆（ECP）盤上出現(xiàn)安注／安全殼隔離A階段／停堆信號，操縱員確認(rèn)安注信號已觸發(fā)，并確認(rèn)安注動作對機(jī)組狀態(tài)無影響。原因是由于GRE024MP上的錄波工作導(dǎo)致VVP001／002／003MD產(chǎn)生蒸汽流量高信號，再疊加蒸汽壓力低低與無一回路P12閉鎖，最終產(chǎn)生安注信號以及安注后相應(yīng)系統(tǒng)的保護(hù)動作。

再從信號源頭查得，由于GRE024MP的信號采集回路顯示壞點（之后查得是由于GRE024MP卡件保險燒毀引起），即數(shù)據(jù)為FAULT狀態(tài)，該信號去SF019功能組的sheet2來生成VVP001／002／003MD的整定值，使得VVP流量整定值為FAULT狀態(tài)。因為先前無P4（停堆）或C8（跳機(jī)）信號，如果此時有P4或C8信號存在，則選擇模塊SWS將VVP001／002／003MD整定值選為40%FFR不變，就不會觸發(fā)VVP流量整定值故障信號。所以，由安注引發(fā)P4立即導(dǎo)致VVP流量高信號消失，故安注信號閃發(fā)后立即消失。

VVP流量整定值信號進(jìn)入SF019的sheet6，由于VVP001／002／003MD的蒸汽流量整定值為FAULT狀態(tài)，不與SI022采集的VVP001／002／003MD實際值作差也不進(jìn)行閾值判斷，直接輸出FAULT狀態(tài)的開關(guān)量進(jìn)入ALU；1／2表決模塊12Y的4路輸入信號中的2路信號來自SIP IV中的APU3和APU4均為FAULT，導(dǎo)致3個1／2表決模塊12Y都輸出FAULT狀態(tài)的開關(guān)量去表決模塊23V表決。根據(jù)表決模塊23V的說明書，3個輸入量都為FAULT時輸出為1，則降級驅(qū)動，故最終產(chǎn)生安注（SI）信號。

4 改進(jìn)建議

大亞灣／嶺澳和嶺澳二期核電站都曾出現(xiàn)過因GRE壓力儀表故障可能及觸發(fā)安注動作的事件。由于大亞灣／嶺澳核電站僅有兩個儀表（GRE023MP／024MP），必須有一個作為蒸汽流量的參考值參與反應(yīng)堆保護(hù)。但是由于設(shè)計中考慮到獨立性及冗余性，采用了GRE023／024MP分別對應(yīng)單個蒸汽發(fā)生器一個蒸汽流量表，結(jié)果造成了安注風(fēng)險。大亞灣／嶺澳核電站采取模擬控制保護(hù)，較難避免單個GRE儀表故障可能出現(xiàn)安注動作的現(xiàn)象，必須通過培訓(xùn)及規(guī)程強(qiáng)調(diào)防止事件發(fā)生。

嶺澳二期采用DCS控制技術(shù)，增加了儀表的GRE022MP，而且在其他的控制保護(hù)中廣泛采用表決器，防止出現(xiàn)單一儀表故障造成保護(hù)動作，但是高蒸汽流量保護(hù)部分沒有采取相應(yīng)的設(shè)計。為了降低此類事件的風(fēng)險是否需要改進(jìn)，如何改進(jìn)都是值得進(jìn)一步探討的。GRE儀表在參與高蒸汽流量保護(hù)中僅提供參考值，而且儀表取自汽輪機(jī)同一部分，因此在滿足相應(yīng)保護(hù)設(shè)計準(zhǔn)則的前提下可以改造，改造的關(guān)鍵是利用三個GRE壓力表對蒸汽發(fā)生器流量計進(jìn)行比較。

保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則包括單一故障準(zhǔn)則、冗余性和獨立性、多樣性、故障安全、邏輯符合、可試驗性和可維修性，其中冗余性和獨立性是儀表設(shè)計中必須考慮的。在把冗余性的原則應(yīng)用到邏輯系統(tǒng)、執(zhí)行器和電源時，為了排除由于環(huán)境因素和電氣物理現(xiàn)象的相關(guān)影響，要求具有相同保護(hù)功能的重復(fù)通道之間應(yīng)彼此獨立，保持物理上的分離和電氣上的隔離，以免喪失冗余性。獨立性是采用冗余技術(shù)的前提，也是克服由單一故障引起故障，實現(xiàn)在線檢驗和維修的重要措施，因此也要求在保護(hù)系統(tǒng)與控制乃至與其他系統(tǒng)之間，保持電氣上和結(jié)構(gòu)上的相互獨立。

根據(jù)前面的討論，為防止單個儀表故障的安注風(fēng)險，可以將GRE022／023／024MP經(jīng)過表決器產(chǎn)生一個壓力值作為二回路負(fù)荷的參考值，對每一個蒸發(fā)器的蒸汽流量進(jìn)行比較。但是這樣又會造成不同電源的儀表間信號傳遞問題，違反電源的獨立性和冗余性。

為了避免單一儀表故障觸發(fā)安注，同時保證電源的獨立性和冗余性，可以將GRE022MP加入對蒸汽發(fā)生器流量計的校正，由其供電為SIP I保證獨立性要求。根據(jù)供電電源對蒸汽流量及GRE壓力，可以采用表1的設(shè)置。

表1 改造后儀表供電分布

由于嶺澳二期采用DCS技術(shù)，因此相應(yīng)的修改只要在對應(yīng)的機(jī)柜上修改程序，并對儀表的供電（包括對蒸汽流量表的供電）稍作修改即可。儀表的電源如表2。

表2 蒸汽流量表的供電變更

如果按照表2配置，可以防止出現(xiàn)單一GRE儀表故障觸發(fā)保護(hù)動作的可能性。

5 結(jié)論

由于設(shè)計的缺陷，嶺澳二期核電站GRE023／024MP一旦發(fā)生故障有觸發(fā)安注誤動作的風(fēng)險。建議采取改造的方式，將GRE022MP引入蒸汽流量高的保護(hù)，并對GRE各儀表的供電及相應(yīng)的對蒸汽發(fā)生器蒸汽流量的比較作修改，保證單個GRE儀表的故障不再有安注誤動作的風(fēng)險，提高機(jī)組的安全可靠性。