核電廠蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)安全閥動作原因分析

劉鎮(zhèn)國 蔡二靈

【摘 要】某核電廠在進行蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)切換時由于操作經(jīng)驗不足和設(shè)備故障導(dǎo)致一次側(cè)安全閥動作，針對這一事件，論文從人員、設(shè)備和工作程序三個角度展開原因分析，并提出改進措施，為解決同類問題提供參考。

【Abstract】In a nuclear power plant， the action of primary side safety valve is caused due to the insufficient operation experience and equipment failure when the steam conversion system is switched. In view of this incident， the paper analyzes the causes from the perspective of personnel， equipment and work procedures， and puts forward improvement measures， so as to provide reference for solving similar problems.

【關(guān)鍵詞】核電廠；蒸汽轉(zhuǎn)換器；安全閥

【Keywords】nuclear power plant； steam transformer system； safety value

【中圖分類號】TM63 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0182-02

1 引言

核電廠蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（STR）用于產(chǎn)生低壓輔助蒸汽，通過輔助蒸汽分配系統(tǒng)（SVA）分配給核島和常規(guī)島各用戶。蒸汽轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)主要由蒸汽轉(zhuǎn)換器（001TX）、疏水箱（001BA）、疏水冷卻器（001RP）、輔助蒸汽除氧器（001DZ）、排污箱（001CW）、給水泵（001PO、002PO）及相應(yīng)的閥門和管道組成。來自主蒸汽系統(tǒng)（VVP）高壓飽和蒸汽經(jīng)兩支并聯(lián)的降壓調(diào)節(jié)閥002/005VV降壓到2 MPa.a后，進入蒸汽轉(zhuǎn)換器001TX進口聯(lián)箱，在轉(zhuǎn)換器殼體內(nèi)由一束高壓傳熱管將蒸汽熱能傳至周圍的給水，從而產(chǎn)生1MPa.a的輔助蒸汽。當電站兩臺機組正常運行時，輔助蒸汽由其中一臺機組的STR產(chǎn)生，根據(jù)生產(chǎn)需要可進行兩臺機組STR的切換。

某核電站在執(zhí)行2STR切換至1STR帶載過程中，工作人員在SVA有較大負荷的情況下切換，調(diào)節(jié)系統(tǒng)未能正常響應(yīng)，導(dǎo)致1STR一次側(cè)安全閥1STR007VV動作，反應(yīng)堆短時功率上升。本文針對該問題展開原因分析。（圖1）

2 事件過程描述

工作人員按指令執(zhí)行2STR切換至1STR帶載，考慮到熱功率的變化，主控先將電功率降低1MW。系統(tǒng)初態(tài)情況為：2STR蒸汽轉(zhuǎn)換器一次側(cè)壓力6.8bar，二次側(cè)6.6bar；2STR001MP定值A(chǔ) bar，2STR002MP對應(yīng)定值6bar；1STR001/002MP定值均為0bar；SVA的核島蒸汽用戶9TEP系統(tǒng)有持續(xù)用汽。

現(xiàn)場工作人員按規(guī)程進行1STR啟動前在線，將9ASG/9SVA等疏水切換至1STR后，根據(jù)2STR001/002MP的定值分別逐步調(diào)整1STR001MP至A bar，逐步調(diào)整1STR002MP定值至8bar，檢查1STR002VV有開度且穩(wěn)定，隨后到2STR降低其壓力定值。

主控觀察到熱功率有上升，同時接到電話匯報現(xiàn)場有較大的安全閥動作聲音。主控立即降低電功率，同時要求現(xiàn)場停止1STR投運工作，核島值班員停運9TEP蒸汽用戶。

事后調(diào)查，在現(xiàn)場關(guān)閉1STR002VV手動隔離閥1STR001/003VV時，觀察到1STR一次側(cè)壓力達A+10bar（1STR007VV動作定值A(chǔ)+10.5bar），發(fā)現(xiàn)1STR002VV在1STR001MP設(shè)定值為零的情況下，該閥門開度較大且有波動。

3 STR控制原理

輔助蒸汽由與蒸汽入口壓力001MP級聯(lián)的輔助蒸汽出口壓力002MP進行調(diào)節(jié)。

降壓調(diào)節(jié)閥002VV或005VV由蒸汽轉(zhuǎn)換器的蒸汽入口壓力001MP和輔助蒸汽出口壓力002MP一同控制。輔助蒸汽出口壓力002MP用于控制降壓調(diào)節(jié)閥以保持蒸汽出口壓力穩(wěn)定。當主蒸汽入口壓力上升到A+10bar或更高時，該主蒸汽入口壓力信號會超越輔助蒸汽出口壓力信號，并使降壓調(diào)節(jié)閥關(guān)小以保持蒸汽入口壓力在A+10bar或更低。當入口蒸汽壓力降到A+10bar 以下時，輔助蒸汽出口的壓力信號又恢復(fù)對降壓調(diào)節(jié)閥的控制。卸壓閥007VV和022VV用來防止在降壓調(diào)節(jié)閥故障情況下蒸汽轉(zhuǎn)換器一次側(cè)超壓。

根據(jù)控制原理，蒸汽入口壓力001MP測量新蒸汽降壓調(diào)節(jié)閥（002/005VV）下游蒸汽的壓力，002MP測量蒸汽轉(zhuǎn)換器出口蒸汽的壓力。002MP測量值與PI2調(diào)節(jié)器給定值比較，差值輸入PI2調(diào)節(jié)器，PI2調(diào)節(jié)器輸出值與PI1調(diào)節(jié)器定值進行比較，取其較小值，再與001MP測量值比較，差值通過PI1調(diào)節(jié)器去控制002/005VV的開度。

4 事件原因分析

事件發(fā)生后，從人員、工作程序、設(shè)備故障等角度分析可能的原因。

4.1 人員

對于STR啟動等不常見的運行操作，運行值重視程度不夠，針對不同工況下的風險分析及應(yīng)對措施存在不足。

由于對STR調(diào)節(jié)器準確性認識不足，在9TEP持續(xù)用汽的情況下，降低2STR二次側(cè)壓力，運行值也沒有組織安排足夠人力現(xiàn)場持續(xù)跟蹤1STR002VV的響應(yīng)情況。帶負荷切換STR，使PI2調(diào)節(jié)器超出調(diào)節(jié)范圍，PI1調(diào)節(jié)器的取小環(huán)節(jié)失去作用，壓力異常時未能及時干預(yù)。

4.2 工作程序

現(xiàn)場使用的工作程序S1STR001對啟動過程風險提示不足，需要現(xiàn)場操作員憑經(jīng)驗進行操作。

4.3 設(shè)備情況

咨詢儀表人員得知，1/2STR001/002MP不是準確的控制器，其設(shè)定值與實際控制效果并不完全吻合，根據(jù)2STR參數(shù)設(shè)置1STR001/002MP的定值并不恰當，應(yīng)該根據(jù)一/二次側(cè)實際壓力對定值進行緩慢調(diào)節(jié)。

由于SVA系統(tǒng)持續(xù)有用戶使用蒸汽，現(xiàn)場降低2STR二次側(cè)壓力后，使得1STR002MP測量值低于其整定值，1STR002VV開度增大，一次側(cè)壓力1STR001MP逐漸升高。待1STR001MP一次側(cè)壓力高于整定值約16bar時，1STR001MP設(shè)定值與1STR002MP實際輸出取小后，與1STR001MP實測值比較。如果1STR001MP輸出信號正確的話，可以控制1STR002VV開度減小，限制一次側(cè)壓力1STR001MP繼續(xù)升高。但調(diào)節(jié)系統(tǒng)未能正確響應(yīng)，1STR002VV的繼續(xù)開大，最終導(dǎo)致安全閥1STR007VV動作。

經(jīng)實地調(diào)查驗證，在1STR001/003VV關(guān)閉，1STR001MP整定值為0的情況下，設(shè)置1STR002MP整定值與實測值有偏差，PI2有持續(xù)輸出信號的情況下，1STR803VA安全閥動作排氣后，1STR002VV仍會逐漸全開，PI2的輸出與PI1整定值的取小環(huán)節(jié)未能起作用，未能實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的限制保護作用。

另外，1STR002MP內(nèi)的整定值旋到接近8bar時，1STR002MP輸出壓力表才開始有讀數(shù)，這時整定值與二次側(cè)實測值1STR005LP相差1bar，遠遠大于設(shè)計值。因此，由于1STR002MP設(shè)整定值的旋鈕指示偏差太大，運行人員只能根據(jù)實測值1STR005LP指示和閥門開度來判斷設(shè)定整定值，不能根據(jù)1STR002MP設(shè)整定值旋鈕上的指示設(shè)定，極易造成設(shè)定值過高，導(dǎo)致閥門開度過大。

4.4 事件原因

綜上所述，STR調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)異常是事件的直接原因。STR系統(tǒng)調(diào)節(jié)粗糙，設(shè)定值偏差較大，1STR001MP和1STR803VA設(shè)備故障，未能有效控制STR002VV閥門開度，導(dǎo)致蒸汽轉(zhuǎn)換器入口壓力超過安全閥定值。

由于系統(tǒng)設(shè)計缺陷，在SVA系統(tǒng)有較大負荷的情況下切換STR，給1STR引入較大的系統(tǒng)擾動，這是安全閥動作的根本原因。規(guī)程風險提示不到位，工作人員經(jīng)驗不足是此次STR安全閥動作的促成因素。

5 糾正措施

結(jié)合本次事件的原因分析，制定相應(yīng)的糾正措施如下：①在STR啟動時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實際響應(yīng)情況設(shè)置STR001/002MP的定值，相鄰機組的參數(shù)不能作為設(shè)置的主要依據(jù)；②機組間STR負荷切換過程中，確認本機組STR帶載后，方可進行相鄰機組STR減載，同時必須有人連續(xù)跟蹤STR001/002MP的響應(yīng)情況，必要時進行干預(yù)；③在STR啟動期間，暫停SVA重大蒸汽用戶，如TEP/TEU/ASG等；由于帶負荷切STR，使PI2調(diào)節(jié)器超出調(diào)節(jié)范圍，PI1調(diào)節(jié)器的取小環(huán)節(jié)失去作用。據(jù)儀表專業(yè)建議，應(yīng)控制STR002MP內(nèi)的輸出小壓力表指示最大不超0.7bar；④優(yōu)化STR啟動規(guī)程，加強培訓(xùn)提高操作技能；⑤對STR系統(tǒng)進行改造，增強調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性。