張春良

【摘 要】除氧器正常運行時給蒸汽發(fā)生器提供水源，除氧器液位的穩(wěn)定對保證堆芯的冷卻意義重大。本文通過介紹除氧器液位控制器三沖量控制的原理，分析在液位控制器輸入?yún)?shù)異常情況下的系統(tǒng)響應(yīng)和應(yīng)對措施。

【關(guān)鍵詞】除氧器；液位控制器；輸入失效；措施

0 概述

除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣及其他不凝結(jié)性氣體，保證給水的品質(zhì)，減少腐蝕，提高傳熱效率。同時，除氧器本身又是一個混合式加熱器，起到加熱給水，提高給水溫度的作用。我廠除氧器水箱的容量為338m3，可供給電廠全負(fù)荷運行5分鐘的需水量。

除氧器液位是機組運行的一個重要的控制參數(shù)，因為除氧器液位過低，則可能導(dǎo)致給水泵汽蝕，并觸發(fā)反應(yīng)堆線性降功率，而除氧器液位過高則會淹沒除氧頭，不但影響除氧效果，還可能使給水經(jīng)抽汽管線倒流至汽輪機，引起水擊事故，損壞汽機。我廠除氧器的液位控制采用的是三沖量PID調(diào)節(jié)，較好的實現(xiàn)了除氧器的液位自動控制。但是控制器本身的輸入?yún)?shù)異常會導(dǎo)致除氧器液位波動，處理不當(dāng)會導(dǎo)致機組瞬態(tài)，本文擬結(jié)合機組上發(fā)生過的實例，介紹除氧器液位因控制器輸入?yún)?shù)異常而發(fā)生波動時的故障處理思路。

1 除氧器液位的三沖量控制及其實現(xiàn)

1.1 除氧器液位的三沖量控制原理分析

我廠除氧器液位控制采用的是三沖量、內(nèi)部串級加前饋控制方式。

除氧器液位控制受到凝結(jié)水流量、給水流量和除氧器液位多個變量的影響，這三個可測得的變量，就是所謂的“沖量”。除氧器液位三沖量中的輸入一（IN1）為凝結(jié)水流量，輸入三（IN3）為給水流量，輸入五（IN5）為除氧器液位，除氧器液位控制器設(shè)置LOOP1是主回路，LOOP2是副回路。

內(nèi)部串級：指主、副回路是串聯(lián)作用的，主回路的輸出作為副回路的設(shè)定點。每個控制器內(nèi)部設(shè)定有兩個回路（LOOP1/LOOP2），LOOP1為主回路，用于液位控制，除氧器液位測量值與液位設(shè)定值比較，經(jīng)過PID計算，計算后的輸出加上給水流量信號，作為LOOP1的輸出，這個LOOP1輸出作為副回路LOOP2的遠(yuǎn)程設(shè)定點（RSP）。LOOP2為副回路用于凝結(jié)水流量控制，凝結(jié)水流量設(shè)定值與凝結(jié)水流量實際值相比較，經(jīng)過PID計算，作為控制器LOOP2的輸出，用于控制現(xiàn)場除氧器液位控制閥的開度，進而控制凝結(jié)水上水流量。蒸發(fā)器給水流量信號作為前饋信號，與主回路輸出相加，共同作為副回路LOOP2的設(shè)定點。

1.2 除氧器液位控制實現(xiàn)方式

我廠除氧器液位控制由主液位控制和輔助液位控制組成。主液位控制是當(dāng)主凝泵運行時，主液位控制閥來進行除氧器液位的控制。輔助液位控制是失去IV級電源時，輔助凝結(jié)水泵通過輔助液位控制閥向除氧器供水，在排出反應(yīng)堆衰變熱期間維持除氧器所要求的液位。

控制器運行模式：操作手柄64321-HS4410A有三個位置“LT4410A，LT4410B，LT4410C”，用來選擇三個液位控制器的主、從位置。當(dāng)選定一個位置時，兩個控制器投入運行：一個控制器在AUTO位置，一個控制器在STANDBY位置。在AUTO位置的液位控制器用于調(diào)節(jié)兩個由控制手柄64321-HS4410C選定在AUTO位置的液位控制閥，在STANDBY位置的液位控制器控制剩下的一個在STANDBY位置的液位控制閥。

控制閥運行模式：位于PL10上的64321-HS4410C有三個位置，分別是“LCV4207A，B”、“LCV4207A，C”和“LCV4207B，C”。由64321-HS4410C選中的兩個閥門受64321-HS4410A所選中的控制器控制，而另一個閥門則在除氧器液位低于3000mm時，由備用控制器所控制。

總的來說，就是在正常運行情況下，由三個液位控制器中的一個來控制兩個除氧器上水閥，自動維持除氧器的液位在3380mm，另一控制器處于備用狀態(tài)，當(dāng)除氧器液位低于3000mm時，由備用控制器控制的第三個液位控制閥投入控制，三個液位控制閥共同來確保除氧器的水位維持在3380mm。

2 除氧器液位控制器輸入?yún)?shù)異常分析與應(yīng)對

2.1 主給水流量信號失效

事件：2006年1國內(nèi)某電站主控出現(xiàn)"主凝泵流量低"和"凝泵再循環(huán)閥開"報警。立即檢查發(fā)現(xiàn)除氧器上水流量大幅下降，除氧器液位降低，緊急手動降功率。反應(yīng)堆功率降到60%FP后，除氧器上水流量逐步恢復(fù)正常，并最終恢復(fù)到正常值附近。確認(rèn)機組狀態(tài)穩(wěn)定后，儀控人員檢查發(fā)現(xiàn)送至除氧器液位控制器的主給水流量信號輸入失效所致。

主給水流量信號作為前饋項，起超前調(diào)節(jié)的作用，當(dāng)給水信號喪失時，滿功率下控制器遠(yuǎn)程設(shè)定值（RSP）迅速減少，使控制器最終輸出瞬間跌到約10%左右， 除氧器液位控制閥幾乎全關(guān)。與此同時，因為實際給水流量保持不變，系統(tǒng)負(fù)荷平衡被破壞，除氧器水位開始下跌，促使主回路增加RSP。通過副回路的比例積分（PI）作用，使控制器的輸出開始增加，以跟蹤RSP，對應(yīng)的除氧器液位控制閥開度增加， 之后除氧器液位開始慢慢回升。

當(dāng)多個給水流量信號失效時系統(tǒng)如何響應(yīng)呢？主給水流量是作為前饋項參與控制和運算的，控制器將測得的除氧器液位信號與液位設(shè)定點進行比較，產(chǎn)生一個百分比輸出，這個輸出和主給水流量信號的百分比數(shù)值相加作為凝結(jié)水流量回路的設(shè)定點，流量設(shè)定點與凝結(jié)水流量比較后經(jīng)PID運算，信號送閥門控制。所以失去一個給水信號，凝結(jié)水流量回路的設(shè)定點會下降，但是影響不大，因為凝結(jié)水流量設(shè)定點下降后，閥門會關(guān)小，除氧器液位會下降，除氧器液位下降后，凝結(jié)水流量設(shè)定點又會上調(diào)。失去更多個給水流量信號的作用原理是一樣的，但是液位擾動會更大。電站專用運行規(guī)程（SOP） 指導(dǎo)運行人員在除氧器液位低于一定的數(shù)值時通過降低反應(yīng)堆功率來降低蒸發(fā)器的給水流量來穩(wěn)定除氧器的液位。當(dāng)總的給水流量信號失效的時候，在控制器的界面上會出現(xiàn)“FF輸入失效”的提示，雖然模擬機驗證除氧器液位在下降到3000mm左右開始回升，但運行人員仍可以通過適當(dāng)降低功率來予以響應(yīng)，但是考慮到核電站控制系統(tǒng)的特殊性（主要是氙毒），單次降功率的幅度不應(yīng)該太大以防止氙中毒，每次降完功率觀察除氧器液位能否被調(diào)整回來。此種情況下個人不建議把控制器放手動，手動增加上水流量，因為高功率下手動控制除氧器液位本身風(fēng)險很大，如果由于人為操作不當(dāng)對系統(tǒng)引入了擾動往往后果更加嚴(yán)重，不到萬不得已不建議使用。

2.2 凝結(jié)水流量測量信號漂移或失效

事件：2012年11月國內(nèi)某電站儀控人員執(zhí)行除氧器液位變送器檢修工作，在征得主控同意后更換熔絲，在剛拆除舊熔絲時，運行人員通知，凝結(jié)水上水流量喪失。遂立即停止工作，十幾秒后凝結(jié)水上水流量自動恢復(fù)，除氧器液位略有降低。事后原因分析為更換的熔絲所在端子與失效信號熔絲所在的端子緊挨著，從端子結(jié)構(gòu)來看，其接觸是靠上、下兩片銅片夾住中間的金屬片。初步分析為隨著時間的增加，銅片的彈性減弱，夾緊力下降，在旁邊端子動作的影響下產(chǎn)生接觸不良

影響：該凝結(jié)水上水流量信號送至除氧器液位控制器，由于信號失效，控制器自動進入失效安全（FAILSAFE）模式，目前的FAILSAFE參數(shù)設(shè)置是輸出自動降為4mA。因此除氧器液位控制閥自動關(guān)閉，凝泵出口流量迅速降為0，再循環(huán)流量控制閥開始打開。除氧器液位迅速下降。18秒之后，信號從IRR恢復(fù)，控制器也轉(zhuǎn)入正常控制模式，液位控制閥迅速打開，凝泵出口流量馬上恢復(fù)，液位也開始上升。該過程的響應(yīng)均是正常的。

如果發(fā)生此種工況并沒有及時恢復(fù)，運行人員應(yīng)首先確認(rèn)控制器界面出現(xiàn)“PV輸入失效”字樣，按下翻頁鍵翻到ALARM頁面，如果提示X5表示失去凝結(jié)水流量信號，此時應(yīng)將控制器切換到手動，手動增加上水流量，除氧器液位異常波動處理的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程中要求當(dāng)不明原因?qū)е鲁跗饕何坏陀谝?guī)定值時手動觸發(fā)線性降功率，但因事故原因已得到確認(rèn)，且正常情況下除氧器液位控制閥異常關(guān)閉除氧器液位在輔凝泵參與控制的情況下從設(shè)定值下降到線性降功率自動觸發(fā)值大約需要2分多鐘，所以運行人員有足夠的時間手動增加控制器的輸出將除氧器上水流量恢復(fù)到正常值。同時需要密切監(jiān)視除氧器液位的變化趨勢，如果液位下降的趨勢一直得不到緩解可以適當(dāng)降功率來予以響應(yīng)。此種工況下，機組狀態(tài)變化較大，運行人員手動控制上水流量維持除氧器液位的難度也會較大，對運行人員的的心理和技能會是一個很大的挑戰(zhàn)。

2.3 除氧器液位測量信號漂移或失效

除氧器液位測量信號漂移（高漂），會導(dǎo)致除氧器液位降低，如果運行人員能在第一時間發(fā)現(xiàn)除氧器液位下降，可以通過除氧器液位控制器上顯示進一步確認(rèn)，此時運行人員可以將控制器切換到手動，手動控制除氧器液位，待液位穩(wěn)定后在考慮切換控制器。

若除氧器液位測量失效，控制器上會出現(xiàn)“PV輸入失效”字樣，然后按下翻頁鍵，翻到ALARM頁面，如果提示X1，表示液位信號失去，此時控制器也會進入失效安全模式，除氧器液位控制閥也會自動關(guān)閉，此時事故的處理原則與凝結(jié)水流量信號失效是一樣的。

3 結(jié)束語

除氧器液位控制器作為除氧器液位控制核心，隨著機組運行時間變長存在老化的風(fēng)險，在除氧器液位控制器輸入?yún)?shù)出現(xiàn)異常的時候會對除氧器液位帶來非常大的擾動進而可能影響到蒸發(fā)器液位直接影響到一回路熱量的導(dǎo)出。作為運行人員要認(rèn)識到各種失效模式帶來的影響并采取合理的干預(yù)措施，避免瞬態(tài)保證機組的安全。

【參考文獻】

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[3]凝結(jié)水及凝結(jié)水補排水系統(tǒng).98-43210/43220-OM-001.

[責(zé)任編輯：田吉捷]