壓水堆核電站汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)疏水閥控制邏輯改進(jìn)

牛云 楊宇奇

【摘 要】針對(duì)壓水堆核電站滿功率運(yùn)行時(shí)汽機(jī)旁路排放疏水閥意外全開(kāi)引發(fā)超功率問(wèn)題，論文在結(jié)合常規(guī)島系統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，介紹了一種通過(guò)修改DCS組態(tài)提高信號(hào)可靠性的改進(jìn)方法。

【Abstract】In allusion to the problem of overpower caused by the accidental full opening of turbine bypass drain trap at full power operation in PWR nuclear power plant， this paper introduces an improved method to enhance signal reliability on the basis of conventional island system technology. The method can be realized only by modifying the DCS configuration.

【關(guān)鍵詞】旁路疏水閥;壓力開(kāi)關(guān);單一設(shè)備故障

【Keywords】bypass drain trap; pressure switch; single equipment failure

【中圖分類號(hào)】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0164-02

1 引言

壓水堆核電站的汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)至冷凝器管線上的電動(dòng)旁路疏水閥若在正常運(yùn)行過(guò)程中意外全開(kāi)會(huì)引發(fā)一回路超功率事件，控制旁路疏水閥的壓力開(kāi)關(guān)存在單一設(shè)備故障問(wèn)題。本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)壓水堆核電站常規(guī)島系統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，詳述了旁路疏水閥控制邏輯的改進(jìn)方法。

2 技術(shù)背景

2.1 系統(tǒng)介紹

壓水堆核電站汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“GCT”）的功能是當(dāng)反應(yīng)堆功率與汽機(jī)負(fù)荷不一致時(shí)，汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)通過(guò)把多余的蒸汽排向冷凝器、除氧器和大氣，為反應(yīng)堆提供一個(gè)“人為”的負(fù)荷，從而避免核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中溫度和壓力超過(guò)保護(hù)閾值，確保電站的安全。

機(jī)組在正常運(yùn)行期間，會(huì)有微量蒸汽通過(guò)GCT的12條蒸汽排放管線排放至冷凝器。國(guó)內(nèi)部分電站在滿功率運(yùn)行過(guò)程中，曾出現(xiàn)壓力開(kāi)關(guān)故障，導(dǎo)致出現(xiàn)12個(gè)旁路疏水閥全開(kāi)問(wèn)題，高溫高壓的蒸汽會(huì)直接通過(guò)旁路疏水閥排放，導(dǎo)致二回路蒸汽使用量增加，引發(fā)一回路超功率風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 缺陷原因

主蒸汽管道至冷凝器的12條GCT蒸汽排放管線上各設(shè)置了1個(gè)旁路疏水閥，用于增強(qiáng)蒸汽排放管線的疏水能力，將凝結(jié)水疏出至冷凝器。除此之外，每條蒸汽排放管線上還配置有1臺(tái)疏水器與1個(gè)液位開(kāi)關(guān)。

機(jī)組運(yùn)行期間，GCT的12條蒸汽排放管線通過(guò)疏水器進(jìn)行疏水，當(dāng)疏水器疏水不暢導(dǎo)致疏水器液位高時(shí)，對(duì)應(yīng)的液位開(kāi)關(guān)控制單個(gè)旁路疏水閥打開(kāi)。單個(gè)旁路疏水閥的控制邏輯如圖2所示。

自動(dòng)開(kāi)：①當(dāng)主蒸汽壓力<9bar.g時(shí)，12個(gè)旁路疏水閥同時(shí)打開(kāi);②當(dāng)疏水器液位高時(shí)，單個(gè)旁路疏水閥打開(kāi)。

自動(dòng)關(guān)：當(dāng)主蒸汽壓力>9bar.g，且疏水器液位不高時(shí)，12個(gè)旁路疏水閥同時(shí)關(guān)閉。

GCT的12個(gè)旁路疏水閥全開(kāi)全關(guān)的控制信號(hào)僅來(lái)自于壓力開(kāi)關(guān)VVP102SP，存在單一設(shè)備故障問(wèn)題。機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，若VVP102SP誤動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致GCT12個(gè)旁路疏水閥全部開(kāi)啟，高溫高壓蒸汽會(huì)通過(guò)旁路疏水閥直接排放至冷凝器，引發(fā)一回路超功率風(fēng)險(xiǎn)。

VVP102SP壓力信號(hào)不僅參與以上GCT旁路疏水閥控制，而且參與VVP系統(tǒng)常規(guī)島部分的旁路疏水閥控制。VVP單個(gè)旁路疏水閥邏輯簡(jiǎn)圖如圖3所示。同樣VVP102SP壓力開(kāi)關(guān)出現(xiàn)單一設(shè)備故障問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致這些VVP旁路疏水閥未能及時(shí)打開(kāi)。

3 改進(jìn)方案

為提高GCT/VVP旁路疏水閥壓力控制信號(hào)的可靠性，避免運(yùn)行期間旁路疏水閥的意外開(kāi)啟，改進(jìn)方式可通過(guò)新增兩路壓力信號(hào)，與VVP102SP采用“三取二”的邏輯設(shè)計(jì)來(lái)代替VVP102SP單一的壓力信號(hào)。VVP102SP位于主蒸汽管道，用于測(cè)量主蒸汽壓力。結(jié)合VVP系統(tǒng)工藝，新增兩路壓力信號(hào)可選擇來(lái)自同樣位于主蒸汽管道的兩個(gè)壓力變送器VVP101/102MP，這個(gè)兩個(gè)壓力變送器的作用僅為監(jiān)測(cè)主蒸汽管道壓力。該改進(jìn)方式較新增兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)更為簡(jiǎn)便，可避免在主蒸汽管道上開(kāi)孔布置測(cè)壓點(diǎn)的難題。

本方案可提高VVP/GCT旁路疏水閥主蒸汽壓力信號(hào)的可靠性，疏水閥其他控制邏輯均未改變。在機(jī)組運(yùn)行期間，仍通過(guò)疏水器進(jìn)行疏水，當(dāng)疏水器疏水不暢導(dǎo)致液位高時(shí)，可由液位開(kāi)關(guān)控制單個(gè)旁路疏水閥打開(kāi)。

3.1 邏輯優(yōu)化

上述GCT/VVP疏水閥控制邏輯優(yōu)化內(nèi)容均通過(guò)修改DCS組態(tài)實(shí)現(xiàn)，不涉及硬件修改，具體邏輯優(yōu)化步驟為：①設(shè)置已有信號(hào)VVP101/102MP的閾值信號(hào)（9bar.g），并在閾值信號(hào)中分別加入其“質(zhì)量好”的限制條件，VVP102SP信號(hào)中也加入其“質(zhì)量好”的限制條件;②對(duì)以上三組信號(hào)進(jìn)行“三取二”邏輯處理，用于代替原VVP102SP信號(hào)對(duì)GCT/VVP旁路疏水閥的控制;③將三組信號(hào)的質(zhì)量位信號(hào)取反后，進(jìn)行“三取一”報(bào)警邏輯設(shè)計(jì)，并把該報(bào)警信號(hào)送主控報(bào)警列表顯示。當(dāng)任意信號(hào)的質(zhì)量位狀態(tài)“不好”時(shí)，主控顯示該綜合報(bào)警。

改進(jìn)后的VVP/GCT旁路疏水閥主蒸汽壓力控制信號(hào)的邏輯圖如圖4所示?！百|(zhì)量位”作用包括：①模擬量信號(hào)：設(shè)置質(zhì)量位可以檢測(cè)信號(hào)斷線或超量程，同時(shí)，監(jiān)測(cè)AI通道是否發(fā)生故障;②開(kāi)關(guān)量信號(hào)：通過(guò)檢測(cè)查詢電壓，監(jiān)測(cè)DI通道是否故障，設(shè)置質(zhì)量位，便于發(fā)生故障時(shí)查找原因，當(dāng)發(fā)生以上故障時(shí)，DCS自動(dòng)剔除故障信號(hào)。

3.2 測(cè)壓點(diǎn)不同分析

在本文論述的改進(jìn)方式中存在VVP101/102MP與VVP102SP測(cè)壓點(diǎn)不同的情況，“三取二”邏輯設(shè)計(jì)后可能出現(xiàn)GCT/VVP旁路疏水閥略早于或略晚于9bar.g動(dòng)作的問(wèn)題，該問(wèn)題對(duì)機(jī)組啟機(jī)、停機(jī)與運(yùn)行階段系統(tǒng)疏水造成的影響具體分析如下：①主蒸汽壓力9bar.g是存在于VVP暖管過(guò)程中的動(dòng)態(tài)工況。在VVP暖管過(guò)程中，主蒸汽管道內(nèi)為憋壓狀態(tài)，氣流微弱，各處壓力近似相等，即VVP101/102MP與VVP102SP處壓力近似相等。②VVP暖管通常在3小時(shí)內(nèi)完成，管內(nèi)溫度與壓力上升速率較快，VVP101/102MP與VVP102SP不同步動(dòng)作的時(shí)間差非常小。③三電站GCT/VVP運(yùn)行規(guī)程中，“主蒸汽壓力上升到9bar.g或55bar.g需核實(shí)GCT/VVP疏水閥的開(kāi)啟與關(guān)閉狀態(tài)”，均是以VVP101/102MP的壓力讀數(shù)作為依據(jù)。④GCT/VVP系統(tǒng)的每個(gè)疏水器都設(shè)有液位開(kāi)關(guān)，在任何時(shí)候，只要疏水器內(nèi)液位為高，液位開(kāi)關(guān)會(huì)控制單個(gè)旁路疏水閥打開(kāi)，及時(shí)疏水。

因此，改進(jìn)后在啟機(jī)或停機(jī)階段GCT/VVP旁路疏水閥略早或略晚于9bar.g動(dòng)作，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)疏水無(wú)影響。運(yùn)行階段主蒸汽管道內(nèi)壓力約為77bar.g，遠(yuǎn)高于旁路疏水閥的動(dòng)作值，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)疏水也無(wú)影響。所以VVP101/102MP與VVP102SP測(cè)壓點(diǎn)不同問(wèn)題對(duì)VVP/GCT系統(tǒng)疏水能力無(wú)影響。

4 結(jié)論

本文詳述的汽機(jī)旁路排放系統(tǒng)的疏水閥控制邏輯改進(jìn)方式僅需修改DCS組態(tài)，即可提高GCT/VVP旁路疏水閥主蒸汽壓力控制信號(hào)的可靠性，避免由于運(yùn)行期間壓力開(kāi)關(guān)單一設(shè)備故障造成超功率問(wèn)題。本文詳述的改進(jìn)方式對(duì)仍未進(jìn)行GCT旁路疏水閥控制邏輯改進(jìn)的電站具有一定的借鑒意義。