曾 濤

（1.中國核動力研究設計院核反應堆系統(tǒng)設計技術重點實驗室，四川 成都 610213；2.東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，四川 成都 643001）

0 引言

汽輪機旁路排放系統(tǒng)是核電廠中的重要系統(tǒng)，在機組緊急甩負荷、反應堆緊急停堆、機組啟動/熱停堆等工況下，旁路系統(tǒng)能夠及時將主蒸汽排往凝汽器，從而實現(xiàn)一回路和二回路的功率匹配。 保證反應堆的安全。

汽輪機旁路排放系統(tǒng)共設置6 個旁排閥，6 個排放閥分成2 組，第一組在0～50%蒸汽排放需求范圍運行；第二組在50～100%蒸汽排放需求范圍運行。 每組的3 個旁排閥分別位于3 個凝汽器中，每個凝汽器設置2 個旁排閥。 為了避免由于旁排閥故障導致的不可控排放，單只旁排閥，在設計壓力8.27 MPa 時，最大排放量為236 kg/s, 降低旁排閥誤開導致一回路過度冷卻的風險。

AP1000 汽輪機旁路排放系統(tǒng)的設計容量為40%額定主蒸汽流量，與反應堆功率控制系統(tǒng)配合，可以滿足100%額定功率下的全部甩負荷而不生發(fā)生反應堆緊急停堆，同時穩(wěn)壓器或蒸汽發(fā)生器的安全閥也不開啟。

1 汽輪機旁路排放系統(tǒng)功能

當反應堆功率和汽輪機功率不匹配時，汽輪機旁路排放系統(tǒng)通過將主蒸汽旁路到凝汽器為反應堆提供一個人為的符合負荷，主要實現(xiàn)以下功能：

（1）當電廠發(fā)生10%的階躍減負荷或負荷線性變化量大于5%每分鐘時， 通過汽輪機旁路排放系統(tǒng)排放至凝汽器，從而重新建立一回路和二回路的熱平衡（為了防止小負荷擾動，引起的旁路系統(tǒng)排放。 當負荷變化小于此設計閾值時， 由反應堆功率控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓器水位和壓力控制系統(tǒng)內(nèi)、蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)來控制）。

（2）在電廠熱停堆時，通過汽輪機旁路排放系統(tǒng)，使一回路冷卻劑溫度降低到余熱排除系統(tǒng)能過正常投用的水平。

（3）在電廠啟動階段，主蒸汽通過旁路排放系統(tǒng)以可控的速率暖管， 當主蒸汽達到汽機沖轉要求后，汽機沖轉，同步并網(wǎng)，直至以穩(wěn)定的負荷穩(wěn)定運行，旁路系統(tǒng)隨后自動關閉，并保持關閉狀態(tài)。

2 汽輪機旁排閥控制原理

汽輪機旁排閥是一個氣動控制的球閥，為了防止一回路過冷，當失去壓縮空氣時，閥門將彈簧失效保持關閉狀態(tài)。 在每個旁排閥的氣體供應管線上安裝了4 個電磁閥（A、B、C、D），用于保護和控制。汽輪機旁排閥的控制原理見圖1。

圖1 汽輪機旁排閥控制原理

正常情況下，電磁閥D 斷電保持關閉，隔斷壓縮空氣管線供應，閉鎖旁排閥。

電磁閥D 可以由凝汽器不可用信號閉鎖。 避免凝汽器真空不足或者循環(huán)水系統(tǒng)和凝結水系統(tǒng)不可用時，防止旁排閥開啟，蒸汽進入凝汽器，而造成設備破壞。

另外在2 個蒸汽發(fā)生器都處于低水位時，如果進行蒸汽排放，則會造成水位繼續(xù)降低，傳熱管裸露而造成損壞。 因此此時電磁閥D 應保持斷電關閉，旁排閥閉鎖。

正常情況下，電磁閥A 和B 通電開啟。 電磁閥A和B 以及至氣動執(zhí)行機構的壓縮空氣管線通暢。 當存在冷卻劑平均溫度低-2 信號或主蒸汽隔離信號時，因反應堆溫度系數(shù)為負值，為了防止一回路冷卻劑的過度冷卻，電磁閥A 和B 將動作，隔斷壓縮空氣管線供應，閉鎖旁排閥。電磁閥A 和B 是一個冗余設置，即只要有1 個電磁閥動作，都會隔斷壓縮空氣管線，閉鎖旁排閥。

正常運行時電磁閥C 處于斷電狀態(tài)。電磁閥C 主要用于旁排閥的快開需要，動作的設定值是50%。 當?shù)? 組閥門蒸汽排放需求大于50%或第2 組閥門蒸汽排放需求大于100%時， 電磁閥C 動作， 定位被旁路，壓縮空氣直接向氣動執(zhí)行結構供全壓氣體，旁排閥快速開啟，此時旁排閥快開僅需要3 s。 當蒸汽排放量需求不大時，電磁閥C 不動作，根據(jù)偏差信號，壓縮空氣通過定位器， 提供一個合適的壓力給執(zhí)行機構，旁排閥按一定開度調(diào)制開啟。

表1 匯總了汽輪機旁路排放系統(tǒng)，在接受相應信號事件時，對應的控制系統(tǒng)響應過程。

表1 汽輪機旁路排放系統(tǒng)控制響應

3 汽輪機旁路排放系統(tǒng)的控制模式

汽輪機旁路排放系統(tǒng)主要有兩種控制模式，分別為一回路冷卻劑平均溫度TAVG模式和蒸汽壓力控制模式。

3.1 一回路冷卻劑平均溫度TAVG 模式

一回路冷卻劑平均溫度TAVG模式通過測得的一回路冷卻劑平均溫度TAVG與由汽輪機第一級沖動壓力推導得到的參考溫度值Tref的差值， 產(chǎn)生一個蒸汽排放需求大小的信號。 這種模式主要用于甩負荷、汽輪機緊急停機和反應堆緊急停堆等。 一回路冷卻劑平均溫度TAVG模式又包含甩負荷控制器和電廠停堆控制器兩種。 甩負荷控制器能夠在突然性的大幅度降負荷時，防止反應堆冷卻劑溫度的大幅度提高。TAVG采用超前/滯后補償， 以補償電廠熱響應和閥門定位的滯后。 在突然降負荷時，Tref迅速減小，TAVG有增加趨勢,根據(jù)偏差信號（TAVG-Tre）大小，這時產(chǎn)生一個對應蒸汽排放大小需求。 當偏差信號（TAVG-Tre）大小高于某一設定值時，旁排閥快速開啟。 隨著旁排系統(tǒng)的運行，如果反應堆功率和汽輪機匹配，并且溫度誤差在控制棒調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，將終止蒸汽排放。 當反應堆停堆信號存在時，甩負荷控制器失效，電廠停堆控制器開啟。 此時偏差信號為一回路冷卻劑平均溫度 TAVG和零負荷參考溫度Tre之差。 當偏差信號高于整定值時，旁排閥順序開啟，隨著系統(tǒng)的運行，偏差信號減小，旁排閥開度變小，最終維持在熱停堆狀態(tài)。

3.2 蒸汽壓力控制模式

蒸汽壓力控制模式適用于低功率工況和電廠冷卻。 根據(jù)蒸母管壓力和整定值之間的差值產(chǎn)生蒸汽排放蒸汽壓力需求大小的信號。 因為在低功率情況下，蒸汽發(fā)生器壓力對蒸汽流量的響應較快，而一回路平均溫度TAVG則對蒸汽流量的響應較慢， 無法靈敏控制旁排閥開關。 在蒸汽壓力控制模式下，蒸汽母管壓力控制器工作。 蒸汽母管壓力控制模式由操作員手動選擇，壓力整定值由操作員根據(jù)期望的反應堆冷卻劑溫度手動調(diào)整，允許電廠按照選定的速率控制降溫。

4 結語

在汽輪機甩負荷、反應堆跳閘、機組啟動/熱停堆等特殊工況下，旁路系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，本文對AP1000 核電的汽輪機旁路排放系統(tǒng)從旁排系統(tǒng)的組成、功能、控制原理及工作模式等方面進行了詳細闡述，可為汽輪機旁排系統(tǒng)的設計提供參考。