蒸汽發生器液位異常波動的診斷及處理

2019-08-07 02:02:19 科技視界2019年18期

王大偉

【摘 要】蒸汽發生器是核電廠最重要的設備之一,其角色相當于火電廠的鍋爐,可以稱得上是核電廠的命脈,所以控制其壓力和液位尤其重要。本文簡單介紹了蒸汽發生器液位控制程序的功能以及在各種運行工況下的蒸汽發生器液位的變化的原因和其導致的後果,以及針對不同的時原因操縱員應該采取哪些措施並及時處理,能夠避免不必要的停機。本文中“蒸汽發生器”簡寫爲“SG”,“蒸汽發生器液位控制程序”簡寫爲“SGLC”;本文沒有特殊指出的機組工況,均爲機組100%FP(滿功率)工況。

【關鍵詞】蒸汽發生器;液位控制;診斷與處理

中圖分類號: TL353.13文獻標識碼: A文章編號: 2095-2457(2019)18-0044-002

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.022

1 概述

蒸汽發生器作爲核電廠一回路與二回路的連接紐帶,肩負著導出堆芯熱量,冷卻主回路的重任。爲了實現SG的熱阱功能,必須維持SG有足夠的液位,以滿足各種工況下的裝量需求,SGLC的作用就是在各種工況下通過改變SG上水閥的開度來保持SG的水位在設定值,正常運行工況下蒸發器液位由反應堆功率、液位偏差以及給水/蒸汽流量來決定,本文主要分析造成蒸汽發生器液位異常的原因。

2 SGLC功能簡介

SGLC的第一個目的就是爲了維持質量的平衡,即蒸汽發生器的給水流量等于蒸汽流量。第二個目的就是在功率變化時,補償蒸汽發生器裝量的收縮和膨脹效應。

影響蒸汽發生器水位的主要因素是蒸汽流量,給水流量,反應堆功率以及蒸汽發生器的壓力。蒸汽發生器的液位控制受蒸汽發生器裝量膨脹和收縮效應的綜合影響。通常,反應堆功率的上升會導致空泡率的增加,進而導致蒸汽發生器夜位的上升。該程序就能減少給水流量以抑制該膨脹效應。相反,反應堆功率的下降或汽機跳機會造成空泡的坍塌,從而使液位迅速下降。此時,該程序就能怎加給水流量來補償該收縮效應。

首先介紹蒸發器液位控制,蒸發器液位控制由電站主計算機DCC-X和DCC-Y上並列運行的程序SGL控制每台蒸汽發生器液位,其中液位反饋項、質量平衡項和功率項計算結果之和爲液位控制閥計算開度,但最終輸出開度還受其他保護信號限制。

2.1 程序的輸入

2.1.1 信號的輸入與校正

程序根據蒸汽發生器的窄量程液位變送器63620-LT1A,LT1B,LT1C的輸入,執行以下決算。

1)檢查輸入的有效性

當變送器的輸出≤3.56mA或≥20.44時,該程序認爲變送器故障,認爲該液位信號失效,同時給出計算機的CRT報警信息“63620-L-XX-Y Irrational”。

2)選擇液位信號LBN1

三個液位信號有效時,選中間那個。

兩個有效時,選擇高的那個。

只有一個或者三個都失效,該程序就會失效,同時失去該蒸汽發生器液位的控制。

當兩個或更多的窄量程液位信號失效時,就會閉鎖蒸汽發生器高液位跳機的邏輯。

3)檢查和校定

該程序拿各個液位輸入信號和LBN1做比較,如果差值≥+0.11m,就會給出CRT和打印機報警信息“63620-L-XX-Y.NAR LEVEL SPRD≥0.11m”,提示操縱員液位信號發生漂移。

2.1.2 蒸汽發生器液位的中間量程

蒸汽發生器的中間量程液位變送器是63620-LT13A,LT13B,LT13C,該程序用和獲取窄量程液位信號一樣的方法獲得LBM1,所不同的時液位漂移報警值是≥0.15m。

2.1.3 蒸汽流量WSi(依靠變送器63611-FT1,2,3,4)

每個蒸汽發生器只有一個蒸汽流量測量儀表,其相應的流量變送器是63611-FT1,2,3,4。測到的流量是進入到汽輪機的流量,MSSV,ASDV和CSDV總的流量的和。

2.1.4 給水流量WFi(依靠變送器64323-FT1,2,3,4)

2WFi=WFi/258.5 同樣可得到WFi平均值(和除以4)。

蒸氣和給水流量經5分鍾的fiter,如果狀態穩定(即當前的蒸汽和給水流量在他們預期5分鍾fiter後值的+4%偏差範圍以內),則進行如下匹配檢查。

2.1.5 給水的入口溫度TFWi和D2O入口集管的溫度TDOi

給水溫度64323-TT5~TT8,對應于蒸汽發生器SG1~4,如果一個讀數失效,則給出報警”64323-TFWi Irrational”。

該程序從溫度變送器63331-TT27A,B,C~TT30A,B,C.讀取入口集管的溫度TDOi。

2.2 液位信號的選擇

該程序用到了兩套液位信號。一套來自窄量程的液位變送器,另一套來自寬量程的液位變送器。當SG的液位大于+1.0m時,用來自窄量程的液位信號。當SG的液位小于于+0.5m時,用來自中間量程的液位信號。窄量程和中間量程之間平緩的轉變可以通過一個權重因子β來實現的。

2.3 蒸汽發生器液位設定值的計算

爲了保證在高功率時反應堆發生STEPBACK或反應堆TRIP以後,SG中有足夠的水裝量。SG的水位設定值是SG功率的線性函數。

可見.LS和蒸汽發生器功率成分段線性的關系。

同時,當反應堆功率<15%時,可以通過鍵盤手動輸入液位設定值,高于15%以後,設定值將自動恢複程序自動控制。

2.4 液位的控制

2.4.1 液位反饋項

液位反饋回路包含一個PI控制器。它比較液位信號和液位設定值,用一個校正信號去控制給水閥以維持SG液位在其設定值。因爲該項只用液位差去控制,因此它提供了SG液位的精調回路。

2.4.2 蒸汽和給水流量因子WSF

對于穩定的反應堆功率,蒸汽流量和給水流量相等,以維持SG液位一定。然而,由于反應堆或汽機負荷的變化,會引起蒸汽流量的變化。這兩個流量之間的差和因子KFW一起,作爲前饋信號去控制給水閥。而任何由于流量變送器的不精確性,以及排汙流量引起的質量虧損,都會由液位反饋回路加以補償。

2.4.3 蒸汽發生器的功率因子PB和SWELL前饋項PRN

校正的28個鉑探測器的功率,再經過20秒的時間延遲,就可以作爲蒸汽發生器的功率PB。

2.5 給水閥的控制

從計算機輸出的控制信號LIFT(4-20mA)對應著主給水控制閥0%~100%的滿刻度,輔助給水閥是負控制。可見,閥失效關,輔助閥失效開。

3 蒸發器液位波動的原因及響應

3.1 液位控制閥故障(卡澀,或失氣、失電、I/P失效、DCC控制信號輸出失效等導致異常關閉)

如果SG液位下降,如果SG液位下降而且其控制閥要求開度明顯大于其他SG,且其給水流量明顯小于其他SG且保持不變,說明閥門異常關閉(失去氣源等)或卡死在比要求開度小的開度位置,此時,應立即派人現場檢查液位控制閥和電動閥的開度並及時切換液位控制閥,但必須先開其電動閥,否則將導致該SG的液位進一步下降,人爲導致STEPBACK或一號停堆系統動作。

如果SG液位上升,而且其控制閥要求開度明顯小于其他SG,且其給水流量明顯大于其他SG且保持不變,說明閥門卡死在比要求開度大的開度位置,應立即派人現場檢查液位控制閥和電動閥的開度並及時切換液位控制閥,但不應先開其電動閥,而是直接切換其液位控制閥,這樣在電動閥開啓過程中限制SG液位進一步上升,否則將導致該SG的液位過高從而導致汽機跳機。

3.2 失去給水(SG給水系統管道破裂,或失去給水泵,或給泵再循環閥異常開啓,高加傳熱管破裂等)

(1)單台運行主給水泵故障跳閘,備用主給水泵沒有自動啓動,或沒有備用主給水泵,操縱員應立即嘗試手動啓動備用主給水泵(先OFF/RESET,再ON),確認給水流量恢複,蒸發器液位上升。否則,手動SETBACK到50%FP以下,同時啓動輔助給水泵。

(2)給泵再循環閥異常開啓,導致給水上水流量不足,SG液位下降,此時應立即手動SETBACK,同時啓動輔助給水泵,待狀態穩定後(SG液位恢複到設定值),切換至另一台正常主給水泵運行。

3.3 蒸汽發生器給水流量信號或蒸汽流量信號漂移

SG給水流量信號或蒸汽流量信號漂移直接影響SGLC中的質量不平衡項,進而引起液位控制閥出現與實際液位不一致的變化。

比如給水流量信號向下漂移,則故障現象爲液位控制閥要求開度變化不大,給水流量下降,蒸汽流量基本不變,而SG液位卻不斷上升,此時應及時通過計算機鍵盤清除質量平衡項,並持續關注SG液位的變化情況。典型事件爲2003年1月5日,秦山三期一號機組發生的1號SG給水流量變送器因爲管道受凍而引起1號SG高水位並最終導致汽輪發電機跳機和反應堆階躍降功率事件。

給水流量信號向下漂移或蒸汽流量信號向上漂移,此時LCV要求開度基本不變或增加,給水流量持續下降或蒸汽流量持續上升,應該手動清除質量平衡項。

給水流量信號向上漂移或蒸汽流量信號向下漂移,液位控制閥開度基本不變或減少,給水流量上升或蒸汽流量下降,手動清除質量平衡項。

4 總結

SG的液位控制至關重要,其液位過高過低短時間內便會觸發相關的保護動作進而會導致嚴重的機組瞬態。而導致SG液位變化的原因也是多種多樣的,但是如果判斷准確,響應及時,很多瞬態都是可以及時消除的。根據事故的現象和各工藝參數的變化,及時診斷出故障的原因,並及時采取措施,在第一時間正確的消除故障,將爲核電廠帶來更多的經濟效益以及社會和安全效益,但是要保證在第一時間做出正確的判斷並采取最合適的措施,這就要求我們必須熟悉SG液位控制原理,並清楚導致各種異常的原因。而這些必須通過長期的培訓強化和自身不斷的努力才能達到的,這也正是操縱員的價值所在。由于本人所學有限所述內容難免會有不足之處,敬請不吝批評指正。

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