蒸汽發(fā)生器液位異常原因分析及先期干預(yù)

許 諾

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

蒸汽發(fā)生器（以下簡(jiǎn)稱SG）作為重水堆核電站最核心的設(shè)備之一，是連接一/二回路的橋梁，它的水裝量能否和一回路產(chǎn)生的熱量匹配，直接關(guān)系到核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，電站正常運(yùn)行期間應(yīng)當(dāng)盡力維持SG水位在設(shè)定值以保證足夠的裝量。

1 SG液位控制原理

每個(gè)SG液位控制閥組包含一個(gè)小液位控制閥（失效開）和兩個(gè)大液位控制閥（失效關(guān)）。正常運(yùn)行期間，一個(gè)大液位控制閥開啟調(diào)節(jié)，另一個(gè)大液位控制閥和小液位控制閥處于備用關(guān)閉狀態(tài)。

電站正常運(yùn)行時(shí)，SG的液位控制是由數(shù)字控制計(jì)算機(jī)X（以下簡(jiǎn)稱DCC-X）上的蒸發(fā)器液位控制程序（以下簡(jiǎn)稱SGLC）根據(jù)一系列輸入信號(hào)，如寬/窄量程液位信號(hào)、SG給水及蒸發(fā)器流量、SG熱功率等）自動(dòng)控制的，數(shù)字控制計(jì)算機(jī)Y（以下簡(jiǎn)稱DCC-Y）上的SGLC作為備用。

SGLC的目的是在穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)工況，如反應(yīng)堆線性降功率邏輯觸發(fā)（以下簡(jiǎn)稱SETBACK）、汽機(jī)甩負(fù)荷或脫扣等下控制SG液位，使之盡可能接近液位設(shè)定值。

2 SG液位異常原因分析及先期干預(yù)

電站正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)SG液位發(fā)生異常波動(dòng)后，主控室操縱員（以下簡(jiǎn)稱操縱員）應(yīng)當(dāng)根據(jù)SG液位變化趨勢(shì)的快/慢來(lái)做出響應(yīng)。

假如SG液位變化趨勢(shì)是緩慢的，操縱員認(rèn)為距離SG液位相關(guān)的保護(hù)動(dòng)作仍然有足夠的裕量，應(yīng)立即檢查SG的液位變化趨勢(shì)是單個(gè)SG變化還是四個(gè)SG同步變化、給水流量和蒸汽流量是否匹配、SGLC液位控制閥的要求開度信號(hào)響應(yīng)是否正確、SG的壓力變化、主系統(tǒng)的壓力變化、上充流量的變化等。若有異常報(bào)警，則還應(yīng)當(dāng)根據(jù)報(bào)警響應(yīng)規(guī)程進(jìn)行相應(yīng)的檢查。假如有了一個(gè)初步的結(jié)論之后，一方面，操縱員應(yīng)當(dāng)在主控室采取相應(yīng)的干預(yù)手段以防止參數(shù)的進(jìn)一步惡化；另一方面，應(yīng)當(dāng)派就地值班員根據(jù)操縱員的判斷去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的檢查。

假如SG液位變化趨勢(shì)是迅速的，操縱員可能來(lái)不及進(jìn)行先期干預(yù)，SG液位相關(guān)的自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作就已經(jīng)發(fā)生了。這種情況下應(yīng)立即執(zhí)行《降功率響應(yīng)及診斷應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱EOP-001），并根據(jù)故障診斷的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)規(guī)程。

2.1 SG給水系統(tǒng)故障

SG給水系統(tǒng)故障包括給水管線破裂和給水泵運(yùn)行異常。

2.1.1 給水管線破裂

公共給水管線出現(xiàn)較大破口。

故障現(xiàn)象：

（1）所有SG液位下降，SG給水流量下降；

（2）假如破口在主給水泵入口且無(wú)法隔離，則主給水泵會(huì)因?yàn)閮粽雺侯^不夠，運(yùn)行參數(shù)快速惡化，并有可能跳泵；假如破口在主給水泵的出口，則主給水泵出口流量上升以補(bǔ)償破口流量的損失，主給水泵的運(yùn)行電流、軸承溫度和振動(dòng)將會(huì)上升；

（3）凝結(jié)水上水流量增加以維持除氧器的液位，假如破口在主給水泵入口且無(wú)法隔離，則除氧器液位將會(huì)快速下降，并導(dǎo)致主給水泵跳泵；

（4）汽輪機(jī)廠房或主給水閥站附近可以發(fā)現(xiàn)大量蒸汽。

先期干預(yù)：立即手動(dòng)停堆。

高壓加熱器傳熱管破裂。

故障現(xiàn)象：

（1）SG液位、SG給水流量以及主給水泵出口流量和泵運(yùn)行參數(shù)的變化、凝結(jié)水系統(tǒng)的響應(yīng)同公共給水管線破口時(shí)的現(xiàn)象相同；

（2）高加會(huì)有高液位報(bào)警，急疏閥可能開啟并有相應(yīng)報(bào)警，高加到除氧器疏水流量增加，如果破口較大，高加會(huì)由于高液位自動(dòng)隔離。

先期干預(yù)：

立即手動(dòng)觸發(fā)SETBACK到96%滿功率（以下簡(jiǎn)稱FP）以下，假如高加沒有自動(dòng)隔離，則手動(dòng)打開高加旁路閥，關(guān)閉出現(xiàn)泄漏的那一列高加的進(jìn)出口隔離閥，并根據(jù)高加自動(dòng)隔離的報(bào)警響應(yīng)規(guī)程執(zhí)行剩余的步驟。

非對(duì)稱給水管線破裂。

故障現(xiàn)象：

（1）發(fā)生泄漏的SG液位較其他三個(gè)SG液位下降明顯，故障SG給水流量會(huì)由于破口位置的不同而不同（假如破口位于給水流量計(jì)下游，則給水流量會(huì)明顯增大；若破口位于給水流量計(jì)上游，則給水流量會(huì)很?。?；

（2）主給水泵出口流量上升，凝結(jié)水上水流量上升；

（3）假如破口位于反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)，反應(yīng)堆廠房的壓力會(huì)升高，而且會(huì)有水分探測(cè)器報(bào)警；

（4）主給水閥站或輔助廠房屋頂發(fā)現(xiàn)蒸汽。

先期干預(yù)：

在快速自動(dòng)降功率邏輯以及非對(duì)稱給水管線破裂邏輯觸發(fā)之前，應(yīng)當(dāng)立即手動(dòng)停堆，并關(guān)閉大小液位控制閥前的電動(dòng)隔離閥，隔離故障SG。

2.1.2 主給水泵運(yùn)行異常

單臺(tái)運(yùn)行主給水泵故障或跳閘。

故障現(xiàn)象：

（1）所有SG液位下降，SG給水流量下降；

（2）主控出現(xiàn)主給水泵故障報(bào)警或是主給水泵斷路器跳閘報(bào)警。

先期干預(yù)：

（1）若是主給水泵故障導(dǎo)致泵出力不足，則一方面應(yīng)當(dāng)手動(dòng)觸發(fā)SETBACK至89%FP，另一面關(guān)閉備用泵的出口電動(dòng)閥，而后手動(dòng)啟動(dòng)備用泵，讓其在再循環(huán)模式下運(yùn)行，功率達(dá)到89%FP后即可進(jìn)行泵的切換操作；

（2）若是主給水泵故障跳閘，則應(yīng)當(dāng)確認(rèn)備用給水泵自動(dòng)啟動(dòng)，如果備用主給水泵沒有自動(dòng)啟動(dòng)，操縱員應(yīng)立即嘗試手動(dòng)啟動(dòng)備用主給水泵，確認(rèn)給水流量恢復(fù)，SG液位上升。否則，手動(dòng)觸發(fā)SETBACK到50%FP左右，同時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)兩臺(tái)輔助給水泵。

運(yùn)行主給水泵的再循環(huán)閥故障開啟。

故障原因：

（1）主給水泵的出口流量計(jì)故障或儀表閥關(guān)閉而使出口流量計(jì)未投運(yùn)，這導(dǎo)致再循環(huán)流量控制器認(rèn)為主給水泵的出口流量降至零，故要求再循開啟環(huán)閥；

（2）再循環(huán)流量控制器由于失電導(dǎo)致黑屏或是顯示異常，再循環(huán)閥由于是反向控制而導(dǎo)致其全開；

（3）再循環(huán)閥由于失氣或是電/氣轉(zhuǎn)換器故障導(dǎo)致閥門全開。

故障現(xiàn)象：

（1）所有SG液位下降，SG給水流量下降；

（2）故障泵的出口流量比另一臺(tái)運(yùn)行泵要明顯減少，而且故障泵有再循環(huán)流量；

（3）主控室會(huì)出現(xiàn)再循環(huán)閥故障的報(bào)警。

先期干預(yù)：

立即手動(dòng)SETBACK到90%FP或更低，同時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)兩臺(tái)輔助給水泵，確認(rèn)所有SG液位恢復(fù)到設(shè)定值。

2.2 SG液位控制閥故障

2.2.1 處于控制的大液位控制閥發(fā)生卡澀

故障現(xiàn)象：

如果閥門卡死在比要求開度大的位置，則單個(gè)SG液位上升，而且該SG的液位控制閥要求開度明顯小于其他SG，但其給水流量明顯大于其他SG且保持不變；如果閥門卡死在比要求開度小的位置，現(xiàn)象則相反。

先期干預(yù)：

（1）對(duì)于第一種情況，則應(yīng)當(dāng)直接通過(guò)液位控制閥切換手柄進(jìn)行切換，確保SG液位在切換過(guò)程中不會(huì)上升至2.96米。

（2）對(duì)于第二種情況，則應(yīng)當(dāng)先將故障液位控制閥的電動(dòng)隔離閥置于“開”位置，然后通過(guò)液位控制閥切換手柄進(jìn)行切換，確保SG液位在切換過(guò)程中不會(huì)降得過(guò)低導(dǎo)致快速降功率邏輯（以下簡(jiǎn)稱STEPBACK）觸發(fā)。

2.2.2 處于控制的大液位控制閥突然全關(guān)

故障原因：失氣、失電、電/氣轉(zhuǎn)換器故障、SGLC控制信號(hào)輸出失效。

故障現(xiàn)象：

單個(gè)SG液位下降，而且該SG的液位控制閥要求開度明顯大于其他SG，其給水流量接近為0kg/s。

先期干預(yù)：

（1）如果SG液位變化緩慢，應(yīng)及時(shí)切換大液位控制閥，并觀察給水流量是否恢復(fù)，假如給水流量沒有恢復(fù)，則很有可能是給水流量計(jì)和液位控制閥之間的管線存在大破口，應(yīng)立即停堆；

（2）如果SG液位變化太快，STEPBACK或是非對(duì)稱給水管線破裂邏輯已經(jīng)觸發(fā)，則應(yīng)執(zhí)行EOP-001，而后根據(jù)就地值班員的匯報(bào)來(lái)決定進(jìn)入《失去蒸汽發(fā)生器給水應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程》或是通過(guò)控制器手動(dòng)開啟小液位控制閥，恢復(fù)SG液位后，退出非對(duì)稱給水管線破裂邏輯。

2.2.3 小液位控制閥突然開啟

故障原因：失氣、失電、電/氣轉(zhuǎn)換器故障。

故障現(xiàn)象：?jiǎn)蝹€(gè)SG液位上升，其給水流量較其他三個(gè)SG偏大，而且大液位控制閥的要求開度較其他三個(gè)SG減小，出現(xiàn)小液位控制閥故障的報(bào)警。

先期干預(yù)：立即關(guān)閉小液位控制閥上游的電動(dòng)隔離閥，確認(rèn)給水流量下降，SG液位恢復(fù)正常。

2.3 SG傳熱管破裂

故障現(xiàn)象：

（1）單個(gè)SG液位上升，其給水流量較其他三個(gè)SG偏小，大液位控制閥的要求開度較其他三個(gè)SG減??；

（2）主系統(tǒng)上充流量增加，穩(wěn)壓器液位有可能下降。先期干預(yù)：手動(dòng)停堆，執(zhí)行《蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程》。

2.4 SGLC故障

2.4.1 DCC-X和DCC-Y上的SGLC均失效

故障現(xiàn)象：

（1）主控室出現(xiàn)DCC-X/DCC-Y程序失效的相關(guān)報(bào)警；

（2）SGLC的程序執(zhí)行燈不再閃爍；

（3）SG液位迅速下降，可能觸發(fā)STEPBACK或停堆系統(tǒng)動(dòng)作；

（4）所有SG的大液位控制閥全關(guān)，小液位控制閥全開。

先期干預(yù)：

（1）嘗試手動(dòng)復(fù)位一臺(tái)DCC上的SGLC；

（2）若停堆系統(tǒng)動(dòng)作，則執(zhí)行EOP-001，手動(dòng)控制小液位控制閥來(lái)保證SG液位在合理的范圍內(nèi)。

2.4.2 SG蒸汽流量信號(hào)或給水流量信號(hào)漂移

本文以SG蒸汽流量信號(hào)向下漂移為例來(lái)闡述。SG給水流量信號(hào)漂移時(shí)的故障現(xiàn)象與之相同或相反，先期干預(yù)措施也相同，故不再贅述。

故障現(xiàn)象：

（1）單個(gè)SG液位下降：由于蒸汽流量讀數(shù)緩慢減少，質(zhì)量平衡項(xiàng)會(huì)緩慢減小，閥門開度變小，出現(xiàn)正的液位偏差，積分項(xiàng)向正的積累。如果積分項(xiàng)不能補(bǔ)償質(zhì)量平衡項(xiàng)，那么SG液位將持續(xù)下降；

（2）反應(yīng)堆功率升高：由于蒸汽流量信號(hào)參與反應(yīng)堆功率控制程序（以下簡(jiǎn)稱RRS）中SG熱功率的計(jì)算，它的減少將導(dǎo)致SG熱功率的減少。而SG熱功率又用于校正反應(yīng)堆功率，故SG校正后的反應(yīng)堆功率也將下降。在RRS的控制下，又將使校正后的反應(yīng)堆功率升高；

（3）發(fā)電機(jī)功率升高：由于反應(yīng)堆功率升高，使得蒸發(fā)器壓力上升，蒸發(fā)器壓力控制程序增加了汽輪機(jī)的調(diào)門開度，使得發(fā)電機(jī)功率升高。

先期干預(yù)：

立即手動(dòng)清除質(zhì)量平衡項(xiàng)，確認(rèn)蒸發(fā)器液位恢復(fù)穩(wěn)定。之后應(yīng)當(dāng)盡快將故障蒸汽流量信號(hào)輸入DCC的端子斷開，因?yàn)镾G蒸汽流量信號(hào)仍在參與RRS中SG熱功率的計(jì)算，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功率的再次波動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致SG液位異常的原因有很多，而且在短時(shí)間就有可能觸發(fā)SG液位相關(guān)的自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。在重水堆核電站的運(yùn)行中也發(fā)生了多起由于SG液位異常導(dǎo)致的停堆停機(jī)事件。因此，操縱員應(yīng)當(dāng)深刻理解SG液位控制的原理，熟悉導(dǎo)致SG液位異常的原因，并且對(duì)相應(yīng)的先期干預(yù)做到心中有數(shù)，以爭(zhēng)取在短時(shí)間內(nèi)能夠做出正確的判斷，穩(wěn)定SG液位，或是將機(jī)組置于安全的狀態(tài)，從而確保核安全。