蒸汽發(fā)生器液位異常波動的診斷及處理

王大偉

【摘 要】蒸汽發(fā)生器是核電廠最重要的設(shè)備之一，其角色相當(dāng)于火電廠的鍋爐，可以稱得上是核電廠的命脈，所以控制其壓力和液位尤其重要。本文簡單介紹了蒸汽發(fā)生器液位控制程序的功能以及在各種運行工況下的蒸汽發(fā)生器液位的變化的原因和其導(dǎo)致的后果，以及針對不同的時原因操縱員應(yīng)該采取哪些措施并及時處理，能夠避免不必要的停機。本文中“蒸汽發(fā)生器”簡寫為“SG”，“蒸汽發(fā)生器液位控制程序”簡寫為“SGLC”;本文沒有特殊指出的機組工況，均為機組100%FP（滿功率）工況。

【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器;液位控制;診斷與處理

中圖分類號： TL353.13文獻標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0044-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.022

1 概述

蒸汽發(fā)生器作為核電廠一回路與二回路的連接紐帶，肩負(fù)著導(dǎo)出堆芯熱量，冷卻主回路的重任。為了實現(xiàn)SG的熱阱功能，必須維持SG有足夠的液位，以滿足各種工況下的裝量需求，SGLC的作用就是在各種工況下通過改變SG上水閥的開度來保持SG的水位在設(shè)定值，正常運行工況下蒸發(fā)器液位由反應(yīng)堆功率、液位偏差以及給水/蒸汽流量來決定，本文主要分析造成蒸汽發(fā)生器液位異常的原因。

2 SGLC功能簡介

SGLC的第一個目的就是為了維持質(zhì)量的平衡，即蒸汽發(fā)生器的給水流量等于蒸汽流量。第二個目的就是在功率變化時，補償蒸汽發(fā)生器裝量的收縮和膨脹效應(yīng)。

影響蒸汽發(fā)生器水位的主要因素是蒸汽流量，給水流量，反應(yīng)堆功率以及蒸汽發(fā)生器的壓力。蒸汽發(fā)生器的液位控制受蒸汽發(fā)生器裝量膨脹和收縮效應(yīng)的綜合影響。通常，反應(yīng)堆功率的上升會導(dǎo)致空泡率的增加，進而導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器夜位的上升。該程序就能減少給水流量以抑制該膨脹效應(yīng)。相反，反應(yīng)堆功率的下降或汽機跳機會造成空泡的坍塌，從而使液位迅速下降。此時，該程序就能怎加給水流量來補償該收縮效應(yīng)。

首先介紹蒸發(fā)器液位控制，蒸發(fā)器液位控制由電站主計算機DCC-X和DCC-Y上并列運行的程序SGL控制每臺蒸汽發(fā)生器液位，其中液位反饋項、質(zhì)量平衡項和功率項計算結(jié)果之和為液位控制閥計算開度，但最終輸出開度還受其他保護信號限制。

2.1 程序的輸入

2.1.1 信號的輸入與校正

程序根據(jù)蒸汽發(fā)生器的窄量程液位變送器63620-LT1A，LT1B，LT1C的輸入，執(zhí)行以下決算。

1）檢查輸入的有效性

當(dāng)變送器的輸出≤3.56mA或≥20.44時，該程序認(rèn)為變送器故障，認(rèn)為該液位信號失效，同時給出計算機的CRT報警信息“63620-L-XX-Y Irrational”。

2）選擇液位信號LBN1

三個液位信號有效時，選中間那個。

兩個有效時，選擇高的那個。

只有一個或者三個都失效，該程序就會失效，同時失去該蒸汽發(fā)生器液位的控制。

當(dāng)兩個或更多的窄量程液位信號失效時，就會閉鎖蒸汽發(fā)生器高液位跳機的邏輯。

3）檢查和校定

該程序拿各個液位輸入信號和LBN1做比較，如果差值≥+0.11m，就會給出CRT和打印機報警信息“63620-L-XX-Y.NAR LEVEL SPRD≥0.11m”，提示操縱員液位信號發(fā)生漂移。

2.1.2 蒸汽發(fā)生器液位的中間量程

蒸汽發(fā)生器的中間量程液位變送器是63620-LT13A，LT13B，LT13C，該程序用和獲取窄量程液位信號一樣的方法獲得LBM1，所不同的時液位漂移報警值是≥0.15m。

2.1.3 蒸汽流量WSi（依靠變送器63611-FT1，2，3，4）

每個蒸汽發(fā)生器只有一個蒸汽流量測量儀表，其相應(yīng)的流量變送器是63611-FT1，2，3，4。測到的流量是進入到汽輪機的流量，MSSV，ASDV和CSDV總的流量的和。

2.1.4 給水流量WFi（依靠變送器64323-FT1，2，3，4）

2WFi=WFi/258.5 同樣可得到WFi平均值（和除以4）。

蒸氣和給水流量經(jīng)5分鐘的fiter，如果狀態(tài)穩(wěn)定（即當(dāng)前的蒸汽和給水流量在他們預(yù)期5分鐘fiter后值的+4%偏差范圍以內(nèi)），則進行如下匹配檢查。

2.1.5 給水的入口溫度TFWi和D2O入口集管的溫度TDOi

給水溫度64323-TT5～TT8，對應(yīng)于蒸汽發(fā)生器SG1～4，如果一個讀數(shù)失效，則給出報警”64323-TFWi Irrational”。

該程序從溫度變送器63331-TT27A，B，C～TT30A，B，C.讀取入口集管的溫度TDOi。

2.2 液位信號的選擇

該程序用到了兩套液位信號。一套來自窄量程的液位變送器，另一套來自寬量程的液位變送器。當(dāng)SG的液位大于+1.0m時，用來自窄量程的液位信號。當(dāng)SG的液位小于于+0.5m時，用來自中間量程的液位信號。窄量程和中間量程之間平緩的轉(zhuǎn)變可以通過一個權(quán)重因子β來實現(xiàn)的。

2.3 蒸汽發(fā)生器液位設(shè)定值的計算

為了保證在高功率時反應(yīng)堆發(fā)生STEPBACK或反應(yīng)堆TRIP以后，SG中有足夠的水裝量。SG的水位設(shè)定值是SG功率的線性函數(shù)。

可見.LS和蒸汽發(fā)生器功率成分段線性的關(guān)系。

同時，當(dāng)反應(yīng)堆功率<15%時，可以通過鍵盤手動輸入液位設(shè)定值，高于15%以后，設(shè)定值將自動恢復(fù)程序自動控制。

2.4 液位的控制

2.4.1 液位反饋項

液位反饋回路包含一個PI控制器。它比較液位信號和液位設(shè)定值，用一個校正信號去控制給水閥以維持SG液位在其設(shè)定值。因為該項只用液位差去控制，因此它提供了SG液位的精調(diào)回路。

2.4.2 蒸汽和給水流量因子WSF

對于穩(wěn)定的反應(yīng)堆功率，蒸汽流量和給水流量相等，以維持SG液位一定。然而，由于反應(yīng)堆或汽機負(fù)荷的變化，會引起蒸汽流量的變化。這兩個流量之間的差和因子KFW一起，作為前饋信號去控制給水閥。而任何由于流量變送器的不精確性，以及排污流量引起的質(zhì)量虧損，都會由液位反饋回路加以補償。

2.4.3 蒸汽發(fā)生器的功率因子PB和SWELL前饋項PRN

校正的28個鉑探測器的功率，再經(jīng)過20秒的時間延遲，就可以作為蒸汽發(fā)生器的功率PB。

2.5 給水閥的控制

從計算機輸出的控制信號LIFT（4-20mA）對應(yīng)著主給水控制閥0%～100%的滿刻度，輔助給水閥是負(fù)控制。可見，閥失效關(guān)，輔助閥失效開。

3 蒸發(fā)器液位波動的原因及響應(yīng)

3.1 液位控制閥故障（卡澀，或失氣、失電、I/P失效、DCC控制信號輸出失效等導(dǎo)致異常關(guān)閉）

如果SG液位下降，如果SG液位下降而且其控制閥要求開度明顯大于其他SG，且其給水流量明顯小于其他SG且保持不變，說明閥門異常關(guān)閉（失去氣源等）或卡死在比要求開度小的開度位置，此時，應(yīng)立即派人現(xiàn)場檢查液位控制閥和電動閥的開度并及時切換液位控制閥，但必須先開其電動閥，否則將導(dǎo)致該SG的液位進一步下降，人為導(dǎo)致STEPBACK或一號停堆系統(tǒng)動作。

如果SG液位上升，而且其控制閥要求開度明顯小于其他SG，且其給水流量明顯大于其他SG且保持不變，說明閥門卡死在比要求開度大的開度位置，應(yīng)立即派人現(xiàn)場檢查液位控制閥和電動閥的開度并及時切換液位控制閥，但不應(yīng)先開其電動閥，而是直接切換其液位控制閥，這樣在電動閥開啟過程中限制SG液位進一步上升，否則將導(dǎo)致該SG的液位過高從而導(dǎo)致汽機跳機。

3.2 失去給水（SG給水系統(tǒng)管道破裂，或失去給水泵，或給泵再循環(huán)閥異常開啟，高加傳熱管破裂等）

（1）單臺運行主給水泵故障跳閘，備用主給水泵沒有自動啟動，或沒有備用主給水泵，操縱員應(yīng)立即嘗試手動啟動備用主給水泵（先OFF/RESET，再ON），確認(rèn)給水流量恢復(fù)，蒸發(fā)器液位上升。否則，手動SETBACK到50%FP以下，同時啟動輔助給水泵。

（2）給泵再循環(huán)閥異常開啟，導(dǎo)致給水上水流量不足，SG液位下降，此時應(yīng)立即手動SETBACK，同時啟動輔助給水泵，待狀態(tài)穩(wěn)定后（SG液位恢復(fù)到設(shè)定值），切換至另一臺正常主給水泵運行。

3.3 蒸汽發(fā)生器給水流量信號或蒸汽流量信號漂移

SG給水流量信號或蒸汽流量信號漂移直接影響SGLC中的質(zhì)量不平衡項，進而引起液位控制閥出現(xiàn)與實際液位不一致的變化。

比如給水流量信號向下漂移，則故障現(xiàn)象為液位控制閥要求開度變化不大，給水流量下降，蒸汽流量基本不變，而SG液位卻不斷上升，此時應(yīng)及時通過計算機鍵盤清除質(zhì)量平衡項，并持續(xù)關(guān)注SG液位的變化情況。典型事件為2003年1月5日，秦山三期一號機組發(fā)生的1號SG給水流量變送器因為管道受凍而引起1號SG高水位并最終導(dǎo)致汽輪發(fā)電機跳機和反應(yīng)堆階躍降功率事件。

給水流量信號向下漂移或蒸汽流量信號向上漂移，此時LCV要求開度基本不變或增加，給水流量持續(xù)下降或蒸汽流量持續(xù)上升，應(yīng)該手動清除質(zhì)量平衡項。

給水流量信號向上漂移或蒸汽流量信號向下漂移，液位控制閥開度基本不變或減少，給水流量上升或蒸汽流量下降，手動清除質(zhì)量平衡項。

4 總結(jié)

SG的液位控制至關(guān)重要，其液位過高過低短時間內(nèi)便會觸發(fā)相關(guān)的保護動作進而會導(dǎo)致嚴(yán)重的機組瞬態(tài)。而導(dǎo)致SG液位變化的原因也是多種多樣的，但是如果判斷準(zhǔn)確，響應(yīng)及時，很多瞬態(tài)都是可以及時消除的。根據(jù)事故的現(xiàn)象和各工藝參數(shù)的變化，及時診斷出故障的原因，并及時采取措施，在第一時間正確的消除故障，將為核電廠帶來更多的經(jīng)濟效益以及社會和安全效益，但是要保證在第一時間做出正確的判斷并采取最合適的措施，這就要求我們必須熟悉SG液位控制原理，并清楚導(dǎo)致各種異常的原因。而這些必須通過長期的培訓(xùn)強化和自身不斷的努力才能達到的，這也正是操縱員的價值所在。由于本人所學(xué)有限所述內(nèi)容難免會有不足之處，敬請不吝批評指正。

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