龐 偉

(中國中原對外工程有限公司，北京 100044)

1 試驗(yàn)簡述及過程分析

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證在97%FP迅速降負(fù)荷到廠用電期間或之后，驗(yàn)證電廠控制系統(tǒng)維持和恢復(fù)主要參數(shù)在正常運(yùn)行范圍的能力(通常該試驗(yàn)在機(jī)組50%FP及97%FP各進(jìn)行一次，本文針對97%FP平臺試驗(yàn)進(jìn)行描述。50%FP平臺該試驗(yàn)參數(shù)變化及風(fēng)險(xiǎn)分析與本文描述類似)。試驗(yàn)應(yīng)滿足相應(yīng)運(yùn)行準(zhǔn)則要求。

1.2 試驗(yàn)過程分析

本試驗(yàn)通過斷開500 kV高壓斷路器，高壓斷路器打開觸發(fā)生成最終功率整定值，并生成Tref(參考平均溫度)值。高壓斷路器斷開后，汽機(jī)不跳閘，實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行。

瞬態(tài)發(fā)生后，一回路功率通過溫度調(diào)節(jié)棒(R棒)和功率補(bǔ)償棒(G棒)的自動(dòng)控制來匹配二回路負(fù)荷，并實(shí)現(xiàn)一回路平均溫度穩(wěn)在Tref值上。二回路功率通過TSC(汽機(jī)旁路排放控制系統(tǒng))排放閥開啟，排出一回路熱量并最終穩(wěn)定在最終功率整定值。

機(jī)組帶廠用電運(yùn)行一段時(shí)間后，重新與外電網(wǎng)并網(wǎng)，之后升功率并穩(wěn)定運(yùn)行。

2 試驗(yàn)中主要控制系統(tǒng)響應(yīng)分析

2.1 汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)

在500 kV斷路器斷開后，DEH(汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng))甩負(fù)荷識別模塊立即識別出帶廠用電運(yùn)行工況(500 kV斷路器斷開和負(fù)荷快速降低)，立即切換至“轉(zhuǎn)速控制模式下的負(fù)荷運(yùn)行”邏輯，以實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)組帶廠用電負(fù)荷運(yùn)行并保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，并在該模式下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)束后的同期并網(wǎng)。

同時(shí)，為防止甩負(fù)荷瞬間汽機(jī)超速，上述邏輯會(huì)快關(guān)汽機(jī)調(diào)門，但由于機(jī)組出力急劇降低，而調(diào)門快關(guān)存在一定響應(yīng)時(shí)間(汽機(jī)電液系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間+閥門自身快關(guān)時(shí)間)，會(huì)導(dǎo)致汽機(jī)轉(zhuǎn)速急劇上升。隨后由于進(jìn)汽量的減小而迅速下降，在調(diào)門快關(guān)指令消失后，調(diào)門在DEH轉(zhuǎn)速回路的自動(dòng)調(diào)節(jié)下將汽機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1500 r左右(半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī))，負(fù)荷為廠用電負(fù)荷，約70 MW。

2.2 TSC系統(tǒng)

旁排系統(tǒng)(溫度模式)控制基于Tavg(一回路平均溫度)與Tref之間的溫差ΔT來控制旁排閥的開啟模式(快開/調(diào)節(jié)開)及開啟數(shù)量。在機(jī)組滿功率甩廠外負(fù)荷瞬態(tài)時(shí)，汽機(jī)調(diào)門快關(guān)引起汽機(jī)沖動(dòng)級壓力急劇降低，由汽機(jī)沖動(dòng)級壓力換算而來的反映機(jī)功率的參考平均溫度也急劇降低，ΔT產(chǎn)生并較高，并觸發(fā)全部旁排閥(三組共12個(gè))快開，為核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)提供假負(fù)荷。

隨著功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用(詳見2.3描述)，反應(yīng)堆核功率逐漸降低，一回路平均溫度也逐漸降低。DEH轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定后，汽機(jī)沖動(dòng)級壓力也穩(wěn)定在較低的水平，Tref也相應(yīng)維持在較低水平。ΔT仍為正值，但會(huì)持續(xù)降低，旁排閥也陸續(xù)關(guān)閉(快開消失、調(diào)節(jié)關(guān)閉)，所提供的的假負(fù)荷逐漸減少，實(shí)現(xiàn)一、二回路的平衡。

2.3 反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)

反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)同樣是基于ΔT對控制棒下插及棒速進(jìn)行調(diào)節(jié)。瞬態(tài)發(fā)生時(shí)，R棒和G棒以較快棒速下插，堆功率也以較快的速度下降(大約30%FP/min)。這也會(huì)引起Tavg的持續(xù)下降。

上段描述的過程不會(huì)持續(xù)較長時(shí)間，為保證堆功率調(diào)節(jié)不會(huì)產(chǎn)生較大超調(diào)，控制棒下插速率會(huì)降低，核功率下降速率也會(huì)降低，并穩(wěn)定在最終功率定值附近。

2.4 主給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

試驗(yàn)前及試驗(yàn)過程中，主給水控制由大閥調(diào)節(jié)[若最終功率穩(wěn)定在較低水平，則可能發(fā)生大小閥切換，可能造成SG(蒸汽發(fā)生器)水位波動(dòng)，應(yīng)盡量避免此種情況發(fā)生]。

瞬態(tài)后，主蒸汽壓力會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的上升和下降(旁排閥開啟前后)，SG背壓的短時(shí)較快的變化會(huì)導(dǎo)致SG二次側(cè)給水發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生SG虛假水位。大閥也會(huì)由于SG虛假水位的原因產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，但虛假水位會(huì)很快消失，大閥也會(huì)恢復(fù)至接近試驗(yàn)前開度。此過程中虛假水位的產(chǎn)生是不可避免的，通常只要旁排閥能夠正常快開，SG背壓也能夠較快恢復(fù)正常，虛假水位也隨之消失。

SG的程序水位是汽機(jī)沖動(dòng)級壓力的函數(shù)。由于調(diào)門開度急劇降低，汽機(jī)沖動(dòng)級壓力降低，SG程序水位也降低。三沖量調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器(水位調(diào)節(jié)器)最終將SG水位穩(wěn)定在程序水位附近。

由于主蒸汽流量隨旁排閥的關(guān)閉而逐漸降低，給水三沖量副調(diào)節(jié)器(給水蒸汽流量匹配調(diào)節(jié)器)將調(diào)節(jié)大閥開度使給水流量匹配蒸汽流量。

2.5 穩(wěn)壓器壓力及水位控制系統(tǒng)

一回路壓力及穩(wěn)壓器水位主要受Tavg變化影響。穩(wěn)壓器比例噴霧閥及電加熱器將維持穩(wěn)壓器壓力穩(wěn)定在15.4 MPa左右；上充流量調(diào)節(jié)閥將在穩(wěn)壓器水位控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)下,將穩(wěn)壓器水位維持在相應(yīng)Tavg的程序水位上。

在瞬態(tài)初期，Tavg將有短暫的小幅上升(詳見3.3節(jié)描述)，并引起穩(wěn)壓器壓力的上升。盡管壓力的上升會(huì)引起穩(wěn)壓器水位的收縮，但反應(yīng)堆冷卻劑溫升引起的冷卻劑膨脹仍會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器水位的短時(shí)上升。

3 試驗(yàn)中重要參數(shù)變化趨勢分析

3.1 主蒸汽壓力

根據(jù)2.2節(jié)描述，試驗(yàn)中主蒸汽壓力將出現(xiàn)短時(shí)上升，在旁排閥快開完成后壓力恢復(fù)。并逐漸穩(wěn)定在試驗(yàn)穩(wěn)定后功率水平對應(yīng)主蒸汽壓力水平下(約30%FP下的主蒸汽壓力)。

3.2 堆功率及一回路平均溫度

根據(jù)2.1節(jié)描述，試驗(yàn)中堆功率水平將持續(xù)下降并穩(wěn)定在最終功率穩(wěn)定值附近，但功率下降速率呈現(xiàn)先快后慢的過程；Tavg的變化趨勢基本與堆功率一致，不同在于瞬態(tài)剛發(fā)生時(shí)，由于蒸汽流量的短時(shí)減少，從一回路帶走的熱量減少，Tavg會(huì)有短時(shí)上升。見圖1。

圖1 甩廠外負(fù)荷過程中堆功率及一回路平均溫度變化趨勢示意圖Fig.1 Schematic of the change trend of reactor power and the Tavg during the process of the house load test

3.3 SG水位

根據(jù)2.1節(jié)描述，試驗(yàn)中SG水位首先會(huì)經(jīng)歷瞬態(tài)后背壓變化引起的急劇收縮(虛假水位)，隨后恢復(fù)，并在給水三沖量調(diào)節(jié)及主給水泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制下，將水位穩(wěn)定在甩負(fù)荷后相應(yīng)功率水平下的程序水位上，見圖2。

圖2 甩廠外負(fù)荷過程中SG水位變化趨勢示意圖Fig.2 Schematic of the change trend of the SG level during the process of the house load test

3.4 一回路壓力及穩(wěn)壓器水位

根據(jù)2.1節(jié)描述，試驗(yàn)中一回路壓力和穩(wěn)壓器水位都會(huì)先經(jīng)歷瞬態(tài)后的短時(shí)上升(Tavg上升引起)，隨后穩(wěn)壓器壓力穩(wěn)定在15.4 MPa左右，穩(wěn)壓器水位穩(wěn)定在相應(yīng)Tavg對應(yīng)的程序水位上，見圖3。

圖3 甩廠外負(fù)荷過程中一回路壓力及穩(wěn)壓器水位變化趨勢示意圖Fig.3 Schematic of the change trend of the PRZ pressure and level during the process of the house load test

4 試驗(yàn)主要風(fēng)險(xiǎn)分析及對策

4.1 汽機(jī)停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)

4.1.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

1)試驗(yàn)甩負(fù)荷瞬態(tài)，如果發(fā)生汽機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)失敗、汽機(jī)調(diào)門機(jī)械故障或DEH電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障，則可能導(dǎo)致汽機(jī)轉(zhuǎn)速失控，超速停機(jī)；

2)試驗(yàn)過程中，汽輪發(fā)電機(jī)組帶較低廠用負(fù)荷運(yùn)行，可能觸發(fā)軸振偏高并觸發(fā)停機(jī)。停機(jī)后，機(jī)組孤島失敗，且由于試驗(yàn)切斷主電源，必然停堆。

4.1.2 風(fēng)險(xiǎn)對策

1)試驗(yàn)前，對DEH控制回路及液壓回路進(jìn)行檢查，特別是油系統(tǒng)油壓、電磁閥伺服閥狀態(tài)、油質(zhì)及濾網(wǎng)、閥門反饋機(jī)構(gòu)等，防止出現(xiàn)閥門拒動(dòng)或誤動(dòng)情況；

2)試驗(yàn)前，檢查汽機(jī)重要儀表參數(shù)，確保重要儀表得到準(zhǔn)確標(biāo)定。

4.2 旁排異常閉鎖風(fēng)險(xiǎn)

4.2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

旁排閉鎖風(fēng)險(xiǎn)主要來源于以下幾方面：

1)循環(huán)水、凝汽器真空、減溫水異常，造成凝汽器不可用，進(jìn)而閉鎖旁排；

2)TSC不可用信號觸發(fā)，閉鎖旁排；

3)旁排系統(tǒng)內(nèi)部程序出錯(cuò)，造成單個(gè)或單組旁排閥閉鎖。

4.2.2 風(fēng)險(xiǎn)對策

1)機(jī)組臨界前，通過模擬信號模擬一回路平均溫度和參考平均溫度，模擬旁排系統(tǒng)甩負(fù)荷工況，確保旁排系統(tǒng)內(nèi)部軟件程序無問題；

2)試驗(yàn)前關(guān)注循泵運(yùn)行情況，就地運(yùn)行人員做好監(jiān)盤，制定好試驗(yàn)中循泵停泵的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案；

3)實(shí)施臨時(shí)措施，強(qiáng)制旁排閥隔離閥限位開關(guān)狀態(tài)為“開”；

4)驗(yàn)證TSC不可用信號在非安DCS傳輸時(shí)間，并確認(rèn)AB列傳輸信號為硬接線。

4.3 一回路過冷過熱風(fēng)險(xiǎn)

4.3.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

試驗(yàn)中，若功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)最終功率整定值或旁排系統(tǒng)旁排閥最終開度值調(diào)整有誤，可能導(dǎo)致控制棒下插位置過大，R棒無法補(bǔ)償調(diào)節(jié)，一回路、二回路功率不匹配，導(dǎo)致一回路過冷或過熱。

4.3.2 風(fēng)險(xiǎn)對策

1)試驗(yàn)前檢查功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及旁排系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置正確；

2)試驗(yàn)前檢查TSC氣動(dòng)閥門供氣正常；

3)試驗(yàn)前確認(rèn)旁排閥排放能力沒有過大或過?。?/p>

4)試驗(yàn)前，編制旁排閥開度過大或過小引起一回路過冷或過熱的操作票，并在試驗(yàn)過程中，觀察旁排閥開度是否與預(yù)期開度負(fù)荷，溫差較大時(shí)執(zhí)行相應(yīng)典操票。

4.4 蒸發(fā)器水位調(diào)節(jié)失敗風(fēng)險(xiǎn)

4.4.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

從3.3節(jié)圖2可以看出，甩負(fù)荷過程中，SG水位相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要有四點(diǎn)：其一，蒸汽壓力驟升引起的虛假水位；其二，旁排快開后虛假水位的恢復(fù)；其三，一回路冷卻劑溫度降低引起的SG水位收縮；其四，一回路冷卻劑平均溫度相對穩(wěn)定后SG水位膨脹+水位超調(diào)。在以上風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)中，風(fēng)險(xiǎn)A和風(fēng)險(xiǎn)B主要由旁排系統(tǒng)決定，只要旁排正常動(dòng)作，則問題不大；風(fēng)險(xiǎn)C視旁排與功調(diào)配合情況而定；風(fēng)險(xiǎn)D視給水對蒸汽的匹配情況而定。從歷次甩負(fù)荷情況來看，風(fēng)險(xiǎn)D最容易觸發(fā)停機(jī)，進(jìn)而觸發(fā)停堆，需重點(diǎn)關(guān)注。

4.4.2 風(fēng)險(xiǎn)對策

1)試驗(yàn)前編制針對SG水位的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案及典操票，試驗(yàn)過程中應(yīng)選擇SG水位控制經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)行人員監(jiān)盤，并在水位失控時(shí)及時(shí)切制手動(dòng)控制；

2)試驗(yàn)過程中，關(guān)注一回路最終功率情況，若功率較低，則可能切至小閥控制，應(yīng)做好應(yīng)急預(yù)案；

3)在機(jī)組其他功率平臺進(jìn)行給水閉環(huán)調(diào)節(jié)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)響應(yīng)是否滿足后續(xù)甩負(fù)荷等瞬態(tài)試驗(yàn)的需求，并盡可能多地試驗(yàn)若干套參數(shù)，尋求控制系統(tǒng)的最佳控制品質(zhì)。

4.5 其他風(fēng)險(xiǎn)

除上述風(fēng)險(xiǎn)外，試驗(yàn)中其他系統(tǒng)及參數(shù)的表現(xiàn)也對試驗(yàn)成功至關(guān)重要，在國內(nèi)外機(jī)組調(diào)試過程中也發(fā)生過試驗(yàn)失敗的案例，主要如下：

1)除氧器水位：試驗(yàn)中除氧器水位處于三沖量調(diào)節(jié)，由凝水流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。除氧器水位變化的速度遠(yuǎn)小于SG水位變化速度，但也因此超調(diào)恢復(fù)的速度更慢。試驗(yàn)中應(yīng)加強(qiáng)對除氧器水位的監(jiān)控，必要時(shí)切至手動(dòng)控制；

2)MSR(汽水分離再熱器)殼側(cè)疏水水位：試驗(yàn)中MSR殼側(cè)疏水水位將上升，若疏水調(diào)節(jié)不及時(shí)，可能觸發(fā)停機(jī)；

3)并網(wǎng)準(zhǔn)備不重復(fù)風(fēng)險(xiǎn)：試驗(yàn)在瞬態(tài)后約半小時(shí)并網(wǎng)，瞬態(tài)后電操應(yīng)立即觀察并網(wǎng)條件，若試驗(yàn)發(fā)生異常也可能提前并網(wǎng)。

4.6 試驗(yàn)失敗的次生風(fēng)險(xiǎn)

若試驗(yàn)失敗，機(jī)組停機(jī)停堆，則會(huì)產(chǎn)生其他風(fēng)險(xiǎn)：

1)由于主電源喪失，此時(shí)將慢切至輔助電源。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，如果慢切不可用，安全母線由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)帶載；

2)主泵停泵，機(jī)組進(jìn)入自然循環(huán)冷卻，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)參考《自然循環(huán)載熱試驗(yàn)》風(fēng)險(xiǎn)分析并執(zhí)行。

5 結(jié)論

從國內(nèi)外大量核電機(jī)組甩廠外負(fù)荷試驗(yàn)執(zhí)行情況來看，本試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較高，一次性成功難度較大，試驗(yàn)前需做大量準(zhǔn)備工作并制定詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案。對于外電網(wǎng)相對不穩(wěn)定的地區(qū)或國家而言，該試驗(yàn)尤為重要。隨著國內(nèi)外核電機(jī)組電廠自動(dòng)化控制水平的提升及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的積累，核電廠甩廠外負(fù)荷試驗(yàn)一次通過率有所提高，但設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異性對試驗(yàn)提出了新的挑戰(zhàn)。調(diào)試方仍需要廣泛積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并針對試驗(yàn)涉及的主要系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析以及沙盤推演。