丁言鋒

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314303)

1 背景介紹

近年來(lái)國(guó)內(nèi)M310型壓水堆核電機(jī)組發(fā)生多起因蒸汽發(fā)生器水位高高或低低導(dǎo)致機(jī)組停堆停機(jī)的事件。如2014年陽(yáng)江1號(hào)機(jī)組因3號(hào)蒸汽發(fā)生器水位高高疊加P7信號(hào)導(dǎo)致停堆[1]。方家山核電廠在運(yùn)行實(shí)踐中也曾發(fā)生因蒸汽發(fā)生器水位高高導(dǎo)致輔助給水系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行事件[2]。2018年7月12日，方家山核電廠1號(hào)機(jī)組在交換機(jī)升級(jí)過(guò)程中因1KCP525AR一對(duì)CP(注：控制器)切網(wǎng)時(shí)短時(shí)離線(xiàn)觸發(fā)循泵電機(jī)繞組溫度高質(zhì)量位三取二信號(hào)，兩臺(tái)循泵同時(shí)跳閘，1號(hào)機(jī)組自動(dòng)停機(jī)停堆[3]。在機(jī)組完成小修重新并入華東電網(wǎng)過(guò)程中，操縱員將三臺(tái)蒸汽發(fā)生器給水調(diào)節(jié)閥恢復(fù)自動(dòng)控制后，三只給水旁路調(diào)節(jié)閥自動(dòng)全開(kāi)導(dǎo)致三臺(tái)蒸汽發(fā)生器水位大幅波動(dòng)[4]。本文從方家山核電廠1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中蒸汽發(fā)生器主給水旁路閥投自動(dòng)控制后全開(kāi)事件的過(guò)程分析出發(fā)，著重討論方家山核電廠機(jī)組在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中蒸汽發(fā)生器水位運(yùn)行控制策略改進(jìn)及優(yōu)化分析。

2 方家山核電廠蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)原理

蒸汽發(fā)生器水位控制是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入該蒸汽發(fā)生器的給水流量來(lái)完成的。每臺(tái)蒸汽發(fā)生器正常給水回路設(shè)置兩條并列管線(xiàn)：主管線(xiàn)上的給水主調(diào)節(jié)閥用于高負(fù)荷(≥20%FP)運(yùn)行工況水位調(diào)節(jié)，旁路管線(xiàn)上的給水旁路調(diào)節(jié)閥用于低負(fù)荷(<20%FP)及啟、停階段運(yùn)行工況水位調(diào)節(jié)。蒸汽發(fā)生器水位控制原理圖如圖1所示。

圖1 蒸汽發(fā)生器水位控制原理圖

2.1 給水主調(diào)節(jié)回路

在高負(fù)荷運(yùn)行工況下，給水主調(diào)節(jié)閥承擔(dān)蒸汽發(fā)生器水位蒸汽發(fā)生器調(diào)節(jié)功能，此時(shí)旁路調(diào)節(jié)閥處于全開(kāi)狀態(tài)。從圖1可知，給水主調(diào)節(jié)閥控制回路是三通量(蒸汽發(fā)生器液位、蒸汽流量、給水流量)調(diào)節(jié)回路，包括一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)通道和一個(gè)開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)通道。

閉環(huán)通道中，液位調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)是蒸汽發(fā)生器實(shí)測(cè)液位與程序液位整定值(由二回路總功率信號(hào)經(jīng)函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)換而來(lái))的偏差經(jīng)給水溫度增益修正的偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID液位調(diào)節(jié)器輸出給水流量整定值信號(hào)Q設(shè)定。

在開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)回路中，實(shí)測(cè)給水流量Q水與經(jīng)過(guò)校正后的蒸汽流量Q汽相比較，輸出汽水失配信號(hào)Q失配。該信號(hào)與液位調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)Q設(shè)定在加法器中求和后，輸入到流量調(diào)節(jié)器中，在流量調(diào)節(jié)器中按下式(1)產(chǎn)生流量偏差信號(hào)e流：

e流=Q失配-Q設(shè)定=(Q汽-Q設(shè)定)-Q水

(1)

閉環(huán)通道中產(chǎn)生的給水流量信號(hào)與開(kāi)環(huán)通道產(chǎn)生的汽水失配信號(hào)疊加后作為流量調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，采用汽水失配信號(hào)反映水位變化趨勢(shì)比水位誤差信號(hào)靈敏，是一種前饋，它的引入增加了給水流量調(diào)節(jié)的速度。流量調(diào)節(jié)器輸出對(duì)應(yīng)的主給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度信號(hào)，經(jīng)一自動(dòng)/手動(dòng)控制器輸出相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)電氣轉(zhuǎn)換器控制調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，從而改變給水流量以控制蒸汽發(fā)生器水位。

2.2 給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)回路

主給水旁路管線(xiàn)上裝有一個(gè)給水旁路調(diào)節(jié)閥，在低負(fù)荷(<20%)時(shí)通過(guò)旁路調(diào)節(jié)閥來(lái)控制蒸汽發(fā)生器水位。此時(shí)，仍用液位調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)Q設(shè)定進(jìn)行閉環(huán)水位調(diào)節(jié)。由于在低負(fù)荷運(yùn)行工況下，蒸汽流量測(cè)量不準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)回路中沒(méi)有汽水失配的開(kāi)環(huán)控制。為了改善低負(fù)荷運(yùn)行工況下調(diào)節(jié)回路的特性，引入總蒸汽流量作為前饋信號(hào)，其中代表汽輪機(jī)蒸汽流量的信號(hào)來(lái)自窄量程汽機(jī)入口壓力信號(hào)，這樣大大提高了其測(cè)量精確度。閉環(huán)信號(hào)與開(kāi)環(huán)信號(hào)按相反極性相加，偏差經(jīng)函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)換為旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度信號(hào)，經(jīng)電氣轉(zhuǎn)換器控制其開(kāi)度。

當(dāng)負(fù)荷低于20%時(shí)，閾值繼電器420XU1動(dòng)作，將偏置模塊-8.5%的信號(hào)按與給水流量相同的極性加到加法器中，其作用相當(dāng)于給水流量增加，所以主給水調(diào)節(jié)閥更加可靠地關(guān)閉，不會(huì)產(chǎn)生又關(guān)又沒(méi)關(guān)嚴(yán)的現(xiàn)象。

在低負(fù)荷工況，計(jì)算二回路蒸汽負(fù)荷的432 KM值取決于以下4個(gè)參數(shù)：GRE044GD(GRE044MP汽機(jī)窄量程沖動(dòng)級(jí)壓力)、GCT-C旁排控制信號(hào)、ADG除氧器壓力信號(hào)計(jì)算出的開(kāi)度信號(hào)401ZI、偏置量504MS(2%)。如圖2所示。

圖2 低負(fù)荷工況下二回路總負(fù)荷生成圖

2.3 無(wú)擾切換與復(fù)制回路

無(wú)擾切換是調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的主要問(wèn)題之一。調(diào)節(jié)閥由自動(dòng)切向手動(dòng)后，在施加手動(dòng)作用前，閥位保持在切換前自動(dòng)信號(hào)決定的位置，不存在擾動(dòng)問(wèn)題；但由手動(dòng)切向自動(dòng)時(shí)，原決定于手動(dòng)作用的閥位一般與自動(dòng)裝置計(jì)算出的閥位不一致，如果在電路上又未采取適當(dāng)措施，就有可能產(chǎn)生擾動(dòng)問(wèn)題。一般采用復(fù)制信號(hào)方法來(lái)保證手動(dòng)切向自動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生擾動(dòng)。

當(dāng)給水流量調(diào)節(jié)閥處于手動(dòng)控制時(shí)，若要切換到自動(dòng)控制，為了保證調(diào)節(jié)功能和連續(xù)性，需用手動(dòng)轉(zhuǎn)自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換復(fù)制系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 給水流量調(diào)節(jié)閥的復(fù)制系統(tǒng)[6]

液位調(diào)節(jié)器復(fù)制信號(hào)的產(chǎn)生與閥門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷水平有關(guān)。圖中開(kāi)關(guān)信號(hào)代表負(fù)荷水平和相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)負(fù)荷大于20%FP且給水主調(diào)節(jié)閥處于手動(dòng)時(shí)，主調(diào)節(jié)閥的復(fù)制開(kāi)關(guān)閉合，液位調(diào)節(jié)器接通其復(fù)制信號(hào)；當(dāng)負(fù)荷小于20%FP且旁路閥處于手動(dòng)時(shí)，旁路閥的復(fù)制開(kāi)關(guān)閉合，液位調(diào)節(jié)器接通其復(fù)制信號(hào)。

2.3.1 高負(fù)荷時(shí)(負(fù)荷大于20%Pn)主給水閥手動(dòng)控制轉(zhuǎn)為自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換

在高負(fù)荷下，主閥的復(fù)制系統(tǒng)示于圖3上半部。圖中流量調(diào)節(jié)器402RG直接復(fù)制手動(dòng)信號(hào)X，為了無(wú)擾動(dòng)地切換到自動(dòng)控制，液位調(diào)節(jié)器401RG提供的信號(hào)S必須使流量調(diào)節(jié)器輸入端的誤差信號(hào)保持為零，即：

QSWB-S=0

(2)

式中，QSWB——汽水流量失配信號(hào)；

S——液位調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。

因此，液位調(diào)節(jié)器401RG必須復(fù)制的信號(hào)為：

S=QSWB

(3)

2.3.2 低負(fù)荷時(shí)(負(fù)荷小于20%Pn)旁路給水閥手動(dòng)轉(zhuǎn)自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換

在低負(fù)荷下，旁路閥的復(fù)制系統(tǒng)示于圖3下半部。為了使旁路閥無(wú)擾動(dòng)地從手動(dòng)切換到自動(dòng)控制，液位調(diào)節(jié)器401RG提供的信號(hào)S必須使函數(shù)發(fā)生器407RG的輸出信號(hào)等于手動(dòng)信號(hào)y，即：

(4)

式中，QV——蒸汽總流量；

S——液位調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；

由上面這些關(guān)系式可以得出液位調(diào)節(jié)器必須復(fù)制的信號(hào)為：

S=QV-qY

(5)

2.4 主給水負(fù)偏置環(huán)節(jié)

蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)從主給水閥切換到旁路給水閥是在負(fù)荷從20%Pn向低于該負(fù)荷過(guò)渡時(shí)進(jìn)行的。如圖1所示，閥門(mén)切換信號(hào)來(lái)自經(jīng)過(guò)濾波后的總蒸汽負(fù)荷信號(hào)。它經(jīng)過(guò)一個(gè)可調(diào)的閾值繼電器420XU1，當(dāng)負(fù)荷低于閾值(20%Pn)時(shí)，該繼電器便使它的開(kāi)關(guān)閉合，使401MS與回路接通。401MS發(fā)出一個(gè)-8.5%FP偏置信號(hào)，與給水流量信號(hào)相加，并與蒸汽流量信號(hào)相比較后輸入到流量調(diào)節(jié)器，由于給水流量的信號(hào)大于蒸汽流量的信號(hào)，從而使主給水閥關(guān)閉。偏置信號(hào)的作用是為了避免兩個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)同時(shí)工作[5]。

當(dāng)負(fù)荷增加到高于20%時(shí)，偏置信號(hào)從流量調(diào)節(jié)器402RG上消失，從而使主調(diào)節(jié)閥恢復(fù)流量控制，此時(shí)旁路閥處于全開(kāi)狀態(tài)。為了保證主給水閥和旁路給水閥切換時(shí)的連續(xù)性，偏置信號(hào)的建立和消失應(yīng)該是逐漸的，而不應(yīng)是突變的。這一目的是通過(guò)一階濾波器來(lái)達(dá)到。

當(dāng)給水主調(diào)節(jié)閥置于手動(dòng)，401MS的-8.5%的偏置信號(hào)將接入汽水偏差環(huán)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷增加到高于閾值20%時(shí)，若主閥仍處于手動(dòng)，水位主調(diào)節(jié)器接入401MS產(chǎn)生的偏置信號(hào)，使液位調(diào)節(jié)器有一個(gè)階躍輸出，旁路閥將立即全開(kāi)，目的是當(dāng)主閥在手動(dòng)無(wú)法及時(shí)響應(yīng)，讓旁閥全開(kāi)以滿(mǎn)足較高負(fù)荷下的給水需求。

3 并網(wǎng)過(guò)程給水旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度突變分析

機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中，由于機(jī)組并網(wǎng)后將帶上初始負(fù)荷，隨著蒸汽負(fù)荷的增加，蒸汽發(fā)生器的蒸汽壓力快速下降，在上升通道將產(chǎn)生更多的氣泡，使循環(huán)流動(dòng)阻力增大，循環(huán)流量GT減小，給水將積聚在下降通道的上部空間，使水位上升。另外，蒸汽發(fā)生器蒸汽流量的突然增加，會(huì)使被分離出來(lái)的再循環(huán)流量Gr增加，從而也使下降通道環(huán)形空間水位上升。因而在過(guò)渡過(guò)程的第一階段，我們將觀察到水位迅速上升。通常把這一現(xiàn)象稱(chēng)作“水位膨脹”，它在液位調(diào)節(jié)器作用之前出現(xiàn)。過(guò)渡過(guò)程之后，由于蒸汽流量大于給水流量，水位將下降。

為了避免此種虛假水位對(duì)蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)的影響，運(yùn)行規(guī)程中常采用的做法是在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前一瞬間，將給水主調(diào)節(jié)閥和旁路調(diào)節(jié)閥同時(shí)置為手動(dòng)控制，待機(jī)組并網(wǎng)后虛假水位效應(yīng)消失后重新將給水調(diào)節(jié)閥恢復(fù)自動(dòng)控制。

然而，由于受并網(wǎng)初始核功率高低的影響，且由于并網(wǎng)后機(jī)組帶上初始負(fù)荷，表征汽機(jī)功率的窄量程進(jìn)汽壓力GRE044MP會(huì)突跳至汽機(jī)初始負(fù)荷對(duì)應(yīng)數(shù)值，同時(shí)由于旁排閥關(guān)閉速度較慢，導(dǎo)致機(jī)組并網(wǎng)后一段時(shí)間內(nèi)表征二回路總負(fù)荷的ARE432KM會(huì)逐漸上漲至主旁閥切換定值點(diǎn)。因復(fù)制回路的存在，將導(dǎo)致給水調(diào)節(jié)閥由手動(dòng)切向自動(dòng)的過(guò)程中，閥門(mén)開(kāi)度出現(xiàn)大的波動(dòng)。從方家山核電廠歷史庫(kù)中調(diào)取了5次大小修汽機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)，分析在這些并網(wǎng)過(guò)程中給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度波動(dòng)情況。如表1所示。

表1 方家山歷次汽機(jī)并網(wǎng)過(guò)程給水調(diào)節(jié)閥波動(dòng)相關(guān)參數(shù)表[4]

從表1可以看出，102大修及713小修并網(wǎng)過(guò)程中，給水旁路調(diào)節(jié)閥均出現(xiàn)了波動(dòng)。對(duì)比旁路閥突開(kāi)過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)：

1)并網(wǎng)后二回路功率ARE432KM將有一個(gè)明顯的升高過(guò)程，升高范圍從1.3%至7%不等；

2)旁路閥從手動(dòng)切回自動(dòng)時(shí)的功率點(diǎn)ARE432KM小于20%時(shí)，旁路閥都沒(méi)有突開(kāi)；旁路閥兩次突開(kāi)時(shí)，旁路閥從手動(dòng)切回自動(dòng)時(shí)的二回路功率點(diǎn)ARE432KM都大于20%；

3)103大修并網(wǎng)時(shí)，雖然并網(wǎng)后的二回路熱功率大于20%，但是旁路閥從手動(dòng)切回自動(dòng)時(shí)的功率點(diǎn)小于20%，沒(méi)有發(fā)生突開(kāi)現(xiàn)象。

3.1 主給水通道和旁路給水通道的自動(dòng)切換

3.1.1 負(fù)荷增大時(shí)的切換

以3號(hào)蒸汽發(fā)生器為例，在低負(fù)荷時(shí)(<20%)，蒸汽發(fā)生器水位為液位單沖量控制，低負(fù)荷閾值信號(hào)420XU1、420XU2觸發(fā)，使偏置信號(hào)407MS(-8.5%)流入汽水偏差控制器(403ZO)，使得主閥流量調(diào)節(jié)器(406RG)一直輸出負(fù)值，從而使得給水主調(diào)節(jié)閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，旁路閥起到水位調(diào)節(jié)作用；當(dāng)功率達(dá)到20%時(shí)，該偏置信號(hào)逐漸消失，蒸汽發(fā)生器水位切為蒸汽發(fā)生器水位、蒸汽流量和給水流量三沖量控制，主調(diào)閥逐漸開(kāi)啟，旁路調(diào)節(jié)閥逐漸全開(kāi)。

3.1.2 偏置信號(hào)接入旁路閥控制回路分析

在低負(fù)荷時(shí)(<20%)，407MS偏置信號(hào)進(jìn)入汽水偏差控制器(403ZO)，使主調(diào)閥關(guān)閉，同時(shí)旁閥起到調(diào)節(jié)作用。此時(shí)，1)如果主調(diào)閥處于自動(dòng)狀態(tài)下，偏置信號(hào)不會(huì)進(jìn)入液位調(diào)節(jié)控制器；2)如果主調(diào)閥處于手動(dòng)狀態(tài)下，偏置信號(hào)會(huì)進(jìn)入液位調(diào)節(jié)選擇器。

在負(fù)荷繼續(xù)升高至高于低負(fù)荷時(shí)(>20%)，407MS偏置信號(hào)逐漸消失，因?yàn)槠每刂菩盘?hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)一階過(guò)濾器產(chǎn)生(411FI)，濾波時(shí)間為100 s；此時(shí)，1)如果主調(diào)閥處于自動(dòng)狀態(tài)下，偏置信號(hào)不會(huì)進(jìn)入液位調(diào)節(jié)控制；2)如果主調(diào)閥處于手動(dòng)狀態(tài)下，之前存在選擇器中的-8.5%偏置信號(hào)會(huì)進(jìn)入液位調(diào)節(jié)控制器，如圖4所示。

圖4 偏置信號(hào)生效過(guò)程圖

查閱給水控制系統(tǒng)控制功能圖，如圖5所示，可以得出跟蹤信號(hào)的變化如下：

圖5 跟蹤信號(hào)生效功能圖

1)低于20%功率時(shí)，旁路閥手動(dòng)，主閥手動(dòng)，滿(mǎn)足“旁路閥手動(dòng)、<20%”的條件，允許跟蹤信號(hào)生效，旁路閥液位控制器405RG允許跟蹤；此時(shí)功率低于20%，旁路閥液位控制器405RG的跟蹤信號(hào)來(lái)源選擇為INP1，旁路閥液位控制器的實(shí)際輸出信號(hào)33；

2)高于20%功率時(shí)，旁路閥手動(dòng)，主閥手動(dòng)，滿(mǎn)足“主閥手動(dòng)、>20%”的條件，旁路閥液位控制器405RG允許跟蹤；此時(shí)功率大于20%，旁路閥液位控制器405RG的32的信號(hào)來(lái)源選擇為INP2，主閥液位控制器406RG的實(shí)際輸出信號(hào)45，即包含了-8.5以及主蒸汽流量和主給水流量的計(jì)算結(jié)果；

3)高于20%功率時(shí)，旁路閥切回自動(dòng)時(shí)，信號(hào)45(即包含了-8.5以及主蒸汽流量和主給水流量的計(jì)算結(jié)果)被輸出至液位控制器中參與旁路閥門(mén)控制，造成旁路閥突開(kāi)；

4)如果等待功率低于20%時(shí)，旁路閥再切回自動(dòng)；在功率低于20%，旁路閥切回自動(dòng)之前，31首先變?yōu)檎妫?3被輸入到旁路閥液位控制器405RG的32中；然后旁路閥再切回自動(dòng)時(shí)，由于閥位跟蹤器實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換，所以不會(huì)造成擾動(dòng)。

3.2 閥門(mén)開(kāi)度突變過(guò)程數(shù)據(jù)驗(yàn)證

從系統(tǒng)模擬圖中可以看到，偏差值產(chǎn)生于流量調(diào)節(jié)器(403ZO)與旁閥信號(hào)跟蹤器(413ZO)，根據(jù)第2.3節(jié)復(fù)制回路原理圖及計(jì)算公式，可以反向計(jì)算給水旁路調(diào)節(jié)閥由手動(dòng)切向自動(dòng)瞬間，閥門(mén)跟蹤信號(hào)的變化情況。以下調(diào)取7·13機(jī)組小修并網(wǎng)過(guò)程中的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，趨勢(shì)圖如圖6所示。

圖6 7·13小修并網(wǎng)參數(shù)趨勢(shì)圖

在切換臨界點(diǎn)時(shí)(20%)，液位控制跟蹤器輸出：

3號(hào)給水旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度：ARE431KM=62.63%

二回路總負(fù)荷：ARE432KM=20.01%

3號(hào)蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)器405RG跟蹤值：

y=-ARE431KM/4+ARE432KM

=-(62.63%÷4)%+20.01%=4.35%

汽水流量偏差跟蹤器：

ARE403KM=387.5 t/h

VVP003KM=282.1 t/h

汽水偏差值QSWB=-(ARE403KM-VVP003KM)÷2442 t/h=-(387.5-282.1)÷2442=-4.32%

當(dāng)3號(hào)給水旁路閥由手動(dòng)切向自動(dòng)切換臨界點(diǎn)后，3號(hào)蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)器405RG跟蹤值=偏置值+汽水偏差值=-8.5%-4.32%=-12.82%

因此在切換時(shí)405RG的跟蹤值由4.3%變?yōu)?12.82%，即產(chǎn)生了約17.12%[(4.3+12.82)%]的偏差量，根據(jù)3號(hào)旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度流量對(duì)應(yīng)函數(shù)409RG，y=4x計(jì)算得到閥門(mén)開(kāi)度將變化為：

ARE431KM′=62.63%+17.12%×4=130%

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算驗(yàn)證了偏置信號(hào)引入導(dǎo)致旁閥的突然全開(kāi)。

如果在汽輪機(jī)并網(wǎng)成功后，保持給水調(diào)節(jié)閥手動(dòng)控制，等待一段時(shí)間(一般需至少等待大于300 s)直至偏置信號(hào)隨濾波器的作用逐漸消失，此時(shí)再將給水調(diào)節(jié)閥由手動(dòng)切向自動(dòng)控制，固然減小了偏置信號(hào)導(dǎo)致的擾動(dòng)。但是汽水偏差中的-4.32%的信號(hào)仍在，在旁路閥切自動(dòng)時(shí)，水位調(diào)節(jié)器405RG的跟蹤值由4.3%變?yōu)?4.32%，即產(chǎn)生了約8.6%的偏差量，根據(jù)閥位與流量對(duì)應(yīng)函數(shù)409RG，y=4x，計(jì)算得到閥門(mén)切至自動(dòng)后將達(dá)到的開(kāi)度：

ARE431KM′=62.62%+8.6%×4=97%

由上式計(jì)算結(jié)果可知，流量調(diào)節(jié)閥門(mén)仍將接近全開(kāi)。

3.3 模擬機(jī)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證3.2節(jié)計(jì)算推理過(guò)程是否與給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性是否一致，在模擬機(jī)上對(duì)汽機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中給水調(diào)節(jié)閥的不同組態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證。

(1)并網(wǎng)前ARE432KM超過(guò)20%前，主旁閥均置手動(dòng)，達(dá)到切換閾值20%時(shí)，將給水主調(diào)節(jié)閥先切回自動(dòng)，再將給水旁路調(diào)節(jié)閥切回自動(dòng)。結(jié)果旁路調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，復(fù)現(xiàn)了713小修并網(wǎng)時(shí)給水旁路閥突開(kāi)情景。如圖7所示。

圖7 模擬機(jī)驗(yàn)證圖

(2)模擬低負(fù)荷時(shí)主調(diào)閥置于自動(dòng)狀態(tài)、旁路閥置于手動(dòng)狀態(tài)：

1)低負(fù)荷時(shí)，432KM約在17%，將主閥門(mén)置于自動(dòng)狀態(tài)，旁路閥門(mén)置于手動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)觀察蒸汽流量、主給水流量、程序水位、蒸汽發(fā)生器水位不產(chǎn)生大的偏差；

2)高于低負(fù)荷時(shí)，432KM達(dá)到20%，401KS/402KS燈滅，同時(shí)觀察蒸汽流量、主給水流量、程序水位、蒸汽發(fā)生器水位不產(chǎn)生大的偏差，將旁路閥門(mén)切回自動(dòng)狀態(tài)，旁路閥門(mén)開(kāi)度線(xiàn)性開(kāi)大至全開(kāi)，未產(chǎn)生突開(kāi)現(xiàn)象。

(3)模擬主調(diào)閥一直置于手動(dòng)、旁閥一直置于自動(dòng)狀態(tài)：

1)低負(fù)荷時(shí)，432KM約在17%，將主閥門(mén)置于手動(dòng)狀態(tài)，旁路閥門(mén)置于自動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)觀察蒸汽流量、主給水流量、程序水位、蒸汽發(fā)生器水位不產(chǎn)生大的偏差；

2)高于低負(fù)荷時(shí)，432KM達(dá)到20%，401KS、402KS燈滅，同時(shí)觀察蒸汽流量、主給水流量、程序水位、蒸汽發(fā)生器水位不產(chǎn)生大的偏差，觀察旁路閥，閥門(mén)突然全開(kāi)。

(4)模擬主調(diào)閥和旁路閥一直置于自動(dòng)狀態(tài)：

1)低負(fù)荷時(shí)，432KM約在17%，將主閥門(mén)置于自動(dòng)狀態(tài)，旁路閥門(mén)置于自動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)觀察蒸汽流量、主給水流量、程序水位、蒸汽發(fā)生器水位不產(chǎn)生大的偏差；

2)高于低負(fù)荷時(shí)，432KM達(dá)到20%，401KS、402KS燈滅，同時(shí)觀察蒸汽流量、主給水流量、程序水位、蒸汽發(fā)生器水位不產(chǎn)生大的偏差，旁路閥門(mén)開(kāi)度線(xiàn)性開(kāi)大至全開(kāi)。

根據(jù)以上事件過(guò)程分析、數(shù)據(jù)計(jì)算、模擬機(jī)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在并網(wǎng)前主調(diào)閥處于手動(dòng)狀態(tài)，在低負(fù)荷時(shí)，偏置信號(hào)進(jìn)入汽水偏差控制器，當(dāng)二回路蒸汽負(fù)荷升至20%后(即ARE432KM達(dá)到20%，低負(fù)荷控制燈ARE401KS、ARE402KS滅)，在低負(fù)荷下的偏置信號(hào)未消失，并且被接入液位調(diào)節(jié)器，使液位調(diào)節(jié)器有一個(gè)較大偏差值輸出(具體數(shù)值詳見(jiàn)第3.2節(jié))，此時(shí)旁路閥切自動(dòng)狀態(tài)，該偏差值導(dǎo)致旁路閥突然全開(kāi)。

問(wèn)題的真正原因是主閥手動(dòng)狀態(tài)下，旁路閥的單、三沖量控制切換引起的。在主閥置于手動(dòng)狀態(tài)下，二回路功率低于20%時(shí)，旁路閥是單沖量控制，控制信號(hào)由功率前饋?lái)?xiàng)和水位PID兩項(xiàng)組成；高于20%時(shí)，旁路閥自動(dòng)切為三沖量控制，這時(shí)會(huì)把蒸汽流量、給水流量和偏置值同時(shí)引入，因此從單沖量切為三沖量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的瞬態(tài)(主要由偏置信號(hào)引起)。在小于20%功率下把旁路閥置為手動(dòng)，在大于20%功率之上切為自動(dòng)，只不過(guò)把瞬態(tài)的產(chǎn)生時(shí)間延遲了。7·13并網(wǎng)過(guò)程中由于在主閥切自動(dòng)前偏置信號(hào)已引入水位主調(diào)節(jié)器，此時(shí)將主閥和旁閥依次切自動(dòng)時(shí)，偏置信號(hào)依然作用于旁閥上，以保證高于20%負(fù)荷時(shí)，旁路閥處于全開(kāi)狀態(tài)。

3.4 解決方案

并網(wǎng)時(shí)由于汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)啟的速度和旁排閥GCT-C關(guān)閉速度之間的匹配不完全一致，會(huì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器壓力降低，二回路的熱功率上漲。2號(hào)機(jī)組未出現(xiàn)并網(wǎng)后的二回路的熱功率超過(guò)20%的問(wèn)題，是因?yàn)椴⒕W(wǎng)后的發(fā)電機(jī)初始負(fù)荷+并網(wǎng)前的功率小于1號(hào)機(jī)組。在并網(wǎng)之后，如果不提升汽輪機(jī)功率，二回路的熱功率會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到并網(wǎng)前的數(shù)值，即小于20%。蒸汽發(fā)生器水位在并網(wǎng)后會(huì)首先小幅上升，然后會(huì)小幅下降，如果不把旁路閥恢復(fù)到自動(dòng)，可能會(huì)降低到比并網(wǎng)前略低的水平。在等待功率降回到20%之下的期間，操縱員可以繼續(xù)通過(guò)手動(dòng)控制旁路閥開(kāi)度，控制蒸汽發(fā)生器水位，待到二回路熱功率降到20%之后，再將旁路閥恢復(fù)到自動(dòng)。

根據(jù)上文的分析，有效解決并網(wǎng)過(guò)程給水調(diào)節(jié)閥突開(kāi)的措施可以從兩個(gè)方面考慮，一方面需要降低并網(wǎng)后二回路負(fù)荷不至于達(dá)到切換點(diǎn)，另一方面，需要采取措施使得并網(wǎng)前后給水偏置信號(hào)不會(huì)加入到旁路閥的復(fù)制回路。針對(duì)以上兩方面，提出以下解決方案：

1)避免旁路閥的控制模式在單、三沖量之間切換。方法是在20%之前，把主閥置于自動(dòng)狀態(tài)。主閥在并網(wǎng)前后保持在自動(dòng)位置，由于-8.5%的偏置存在，主閥并不會(huì)有開(kāi)度。即使有小的開(kāi)度，后面的隔離閥保持在關(guān)閉狀態(tài)，也不會(huì)導(dǎo)致主給水流量意外上漲而使蒸汽發(fā)生器水位上升。

2)修改運(yùn)行規(guī)程中關(guān)于并網(wǎng)前給水調(diào)節(jié)閥組態(tài)策略，在并網(wǎng)前，將給水主調(diào)節(jié)閥置于自動(dòng)，下游隔離閥保持全關(guān)，給水旁路調(diào)節(jié)閥置于手動(dòng)控制以避開(kāi)虛假水位的影響；在并網(wǎng)后，確認(rèn)給水主調(diào)節(jié)閥無(wú)開(kāi)度，且確認(rèn)低負(fù)荷控制燈保持亮起狀態(tài)將給水旁路調(diào)節(jié)閥恢復(fù)自動(dòng)控制。若并網(wǎng)過(guò)程中低負(fù)荷控制燈因二回路計(jì)算負(fù)荷上漲導(dǎo)致燈滅，必須待低負(fù)荷控制燈重新亮起后，再將給水旁路調(diào)節(jié)閥恢復(fù)自動(dòng)控制。

3)將并網(wǎng)核功率點(diǎn)由核功率16.5%改為在14.5%進(jìn)行并網(wǎng)。既能保證堆芯偏熱，旁排閥有足夠開(kāi)度，機(jī)組并網(wǎng)后堆芯平均溫度不發(fā)生過(guò)冷，也能保證機(jī)組并網(wǎng)瞬態(tài)過(guò)程中二回路計(jì)算總負(fù)荷不達(dá)到切換點(diǎn)，從而避免蒸汽發(fā)生器給水調(diào)節(jié)閥的復(fù)制回路及切換，有力地減少水位波動(dòng)。

4)實(shí)施變更，在并網(wǎng)過(guò)程中通過(guò)軟件為GCT-C旁排閥總開(kāi)度增加一個(gè)關(guān)閉偏置，使得旁排閥能夠較快地關(guān)閉一定開(kāi)度，以抵消汽輪機(jī)負(fù)荷增加導(dǎo)致的蒸汽流量增加，使并網(wǎng)前后二回路計(jì)算總負(fù)荷不會(huì)增加至主旁閥切換定值點(diǎn)，同樣能對(duì)蒸汽發(fā)生器水位控制產(chǎn)生有利作用。具體變更介紹見(jiàn)第4節(jié)。

4 汽輪機(jī)并網(wǎng)時(shí)同步增加短時(shí)關(guān)閉GCT旁排閥偏置變更

在汽輪機(jī)并網(wǎng)瞬間，因?yàn)槠啓C(jī)沖動(dòng)級(jí)壓力(GRE044MP)的正常突跳，使得二回路計(jì)算總負(fù)荷ARE432KM波動(dòng)引起蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)。ARE432KM是由GCT-C旁排有效控制信號(hào)、GRE044MP代表的汽輪機(jī)負(fù)荷、ADG調(diào)制信號(hào)以及ARE504MS(定值2%)相加計(jì)算出的低負(fù)荷控制閾值，其中并網(wǎng)后GRE044MP會(huì)突跳至汽輪機(jī)最低負(fù)荷對(duì)應(yīng)的值，此時(shí)旁排閥開(kāi)度信號(hào)也較大，通過(guò)短時(shí)增加關(guān)閉GCT旁排閥的偏置，可有效避免ARE432KM波動(dòng)至高低負(fù)荷切換點(diǎn)，使并網(wǎng)時(shí)蒸汽發(fā)生器水位平穩(wěn)過(guò)渡，不發(fā)生大的波動(dòng)。變更原則是只在機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，且汽輪機(jī)旁排GCT_C處于壓力控制模式下增加汽輪機(jī)旁排閥短時(shí)關(guān)閉的偏置信號(hào)。該偏置只增加在GCT_C處于壓力控制模式下，GCT-C閥門(mén)總開(kāi)度指令端(GCT404XR位置2增加偏置)。

根據(jù)不同狀態(tài)進(jìn)入不同階段的情況下增加偏置，1號(hào)機(jī)組設(shè)定為第一組閥其中一個(gè)閥的30%，即閥門(mén)總開(kāi)度的2.13%，2號(hào)機(jī)組設(shè)定為第一組閥其中一個(gè)閥的60%，即閥門(mén)總開(kāi)度的4.26%。經(jīng)方家山核電廠105、205大修并網(wǎng)驗(yàn)證變更效果良好。105大修并網(wǎng)趨勢(shì)圖如圖8所示。

通過(guò)105及205大修啟機(jī)并網(wǎng)過(guò)程可以看出，汽輪機(jī)并網(wǎng)瞬間，汽輪機(jī)初始負(fù)荷上漲的同時(shí)，通過(guò)變更使旁路排放閥在偏置環(huán)節(jié)的作用下，快速關(guān)小開(kāi)度，使得并網(wǎng)前后總的蒸汽流量未發(fā)生大的波動(dòng)，二回路計(jì)算總負(fù)荷未達(dá)到切換點(diǎn)，蒸汽發(fā)生器水位經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的虛假水位峰值后，調(diào)節(jié)趨于平穩(wěn)。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)方家山核電廠1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度突變過(guò)程進(jìn)行分析，根據(jù)計(jì)算和模擬機(jī)驗(yàn)證，確定運(yùn)行規(guī)程中對(duì)于并網(wǎng)前后給水調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行配置不合理是導(dǎo)致并網(wǎng)時(shí)旁路調(diào)節(jié)閥切回自動(dòng)時(shí)突開(kāi)的原因，并提出了優(yōu)化給水調(diào)節(jié)閥的組態(tài)配置運(yùn)行策略以及將并網(wǎng)前初始核功率適當(dāng)降低至14.5%的解決思路，能夠有效地達(dá)到并網(wǎng)后二回路計(jì)算負(fù)荷不漲至切換點(diǎn)，又滿(mǎn)足并網(wǎng)前后堆芯狀態(tài)平穩(wěn)不會(huì)過(guò)冷的平衡要求，且能保證旁路調(diào)節(jié)閥由手動(dòng)切向自動(dòng)的時(shí)機(jī)不會(huì)發(fā)生開(kāi)度突變。并且通過(guò)此次事件過(guò)程的分析，從技術(shù)上實(shí)施技改變更，機(jī)組上實(shí)施了汽輪機(jī)并網(wǎng)時(shí)同步增加短時(shí)關(guān)閉GCT旁排閥偏置的變更。經(jīng)大修后機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程驗(yàn)證，變更后蒸汽發(fā)生器水位在并網(wǎng)過(guò)程中平穩(wěn)可控，保證了機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于同屬M(fèi)310型的反應(yīng)堆機(jī)組有較大的借鑒意義。