汽机旁路系统蒸汽阀反馈波动紧急干预方案

汽机旁路系统蒸汽阀反馈波动紧急干预方案

甘志伍

四川广安发电有限责任公司 四川 广安   638000

摘要：核电机组在降功率过程中，为平衡一回路和二回路功率，汽机旁路系统(contournement global turbine,GCT)蒸汽排放控制阀将按照系统设计依次开启。GCT121VV反馈波动，将导致GCT 121VV投运后自动控制异常，影响一回路和二回路功率平衡。在核电机组降功率过程中，向凝汽器、除氧器排放系统(GCT-c)投运前，编制一套针对GCT121VV反馈波动问题的干预方案尤为重要。

关键词：汽机旁路；蒸汽阀；波动紧急

1 GCT-c简介

GCT在反应堆功率与汽机负荷不一致时，把多余的蒸汽排向凝汽器、除氧器和大气，为反应堆提供一个“人为”的负荷。

GCT-c向凝汽器排放系统由主蒸汽母管两端引入两根排放总管，再由排放总管分出12根排放支管，从两侧进入凝汽器，每根支管上有一个常开的手动隔离阀和一个蒸汽排放控制阀。GCT-c排放系统如图1所示。

GCT-c蒸汽排放控制阀的开启方式分为调制开启和快速开启。调制开启是根据GCT-c总开度信号的大小，通过GD函数使阀门按比例开启；快速开启是通过快开命令使阀门快速全开。

GCT-c向凝汽器排放系统的12台蒸汽排放控制阀分为三组。

(1) 第一组：GCT121/117/113VV，按照121VV——117VV——113VV的顺序依次开启。

(2) 第二组：GCT115/119/123VV，同步开启。

(3) 第三组：GCT114/116/118/120/122/124VV，同步开启。

图1 GCT-c向凝汽器排放系统示意 

GCT-c向冷凝器排放系统的12台蒸汽排放控制阀承担GCT-c总开度的85.2 %，每台阀门承担7.1 %，具体分布如表1所示。

表1 阀门对应总开度信号区间

2 问题描述

以某核电厂为例，机组按照计划执行降功率、停机解列等操作。在降功率过程中，GCT-c投运前，运维人员发现GCT121VV反馈出现波动。该问题将导致GCT121VV投运后其自动控制异常，影响一回路和二回路之间的功率平衡，甚至引起跳机、跳堆等重大事件发生。

在正常情况下，核电厂机组降功率过程中，仅投运GCT-c第一台蒸汽排放控制阀(即GCT121VV)便可维持一回路和二回路之间的功率平衡。

3 常规干预方案存在的问题

核电机组降功率过程中，GCT-c投运前，针对GCT121VV反馈波动问题的常规干预方案有以下两种。

(1) 方案一：消除GCT121VV反馈波动问题。通常方法是检查GCT121VV阀位反馈器，进行修复或更换，必要时进行阀门校验。

(2) 方案二：隔离GCT121VV，避免阀门非预期动作。因GCT121VV为失气关闭型阀门，通常采用关闭GCT121VV气源隔离阀，断开其控制气源，使其处于关闭状态。

两种方案存在的弊端分析如下。

(1) 方案一。维修时间长，影响机组降功率、停机解列计划。原因分析：根据历史经验，蒸汽排放控制阀反馈波动的维修时间需6～12 h，若因备件、阀门验证窗口设置等各种因素影响，维修时间会更长。

(2) 方案二。机组参数波动范围大，影响系统安全运行裕度。原因分析：GCT-c总开度信号在0.0 %～7.1 %区间时无法开启GCT-c蒸汽排放控制阀，导致一回路和二回路功率无法平衡，一、二回路功率偏差进一步扩大。当GCT-c总开度信号超过7.1 %后，GCT117VV开启，使一、二回路功率偏差降低。当GCT-c总开度信号降低到7.1 %以下后，GCT117VV关闭，GCT-c蒸汽排放控制阀再次无法平衡一、二回路功率，周而复始，使机组参数出现较大幅度波动。

4 基于数字化仪控系统的干预方案改进

自田湾核电、岭澳核电成功引入DCS后，DCS在国内后续新建核电机组上得到广泛应用。随着DCS引入，给现场问题的解决或紧急干预提供了更多的选择。

4.1 GCT-c控制原理及数字化实现方式

某核电厂采用MELTAC+MACS全数字化仪控系统，GCT-c向冷凝器排放系统的控制逻辑在非安全级DCS (MACS平台)中实现。

GCT-c总开度信号经过5个折线函数分别控制GCT121VV,GCT117VV,GCT113VV,GCT第二组阀(GCT115/119/123VV),GCT第三组阀(GCT114/116/118/120/122/124VV)。

4.2 改进方案

通过对GCT-c蒸汽排放控制阀的排放能力、控制逻辑进行分析，GCT121VV和GCT117VV两者具备相互替代的条件。

(1) GCT121VV和GCT117VV具有相同排放能力，且对称分布在冷凝器两侧。

(2) GCT121VV和GCT117VV相关反馈信号参与的控制逻辑相同。

(3) GCT121VV和GCT117VV快速开启的条件相同。

(4) GCT121VV和GCT117VV调制开启方式相同，接受同一信号(GCT-c总开度信号)，通过折线函数计算阀门控制指令。仅因不同的开启顺序要求选择不同的折线函数计算阀门的控制指令。

综上所述，GCT121VV和GCT117VV两者在功能上可以相互替代。结合GCT121VV和GCT 117VV在数字化仪控系统中的逻辑组态实现方式，可以通过对调GCT121VV和GCT117VV的控制信号，完成紧急情况下GCT117VV对GCT121VV的临时替代，实现GCT121VV反馈波动引起阀门不可用的紧急干预。

基于MACS平台实现GCT-c控制逻辑组态的某核电厂改进方案，实施过程如下。

(1) 使用组态编辑软件打开DCS控制站工程。

(2) 修改GCT121VV和GCT117VV调制开启信号组态，即在组态中将中间点GCTA02A02和中间点GCTA02A03对调。修改后的组态。

(3) 保存工程。

(4) 下装工程。

(5) GCT-c蒸汽排放控制阀为失气关闭型阀门，关闭GCT121VV气源隔离阀，防止GCT-c投运后因GCT121VV反馈波动而引起GCT 121VV动作。

5 结束语

GCT121VV反馈波动紧急干预方案，能够快速有效地完成GCT117VV对GCT121VV的功能替代，保证机组降功率及停机解列按照计划及外部(比如电网)要求顺利进行，并避免机组参数出现大幅波动。

该方案已在国内某核电厂机组降功率过程中成功应用，效果明显。该方案可供同行业相关人员参考与借鉴。

参考文献

[1] 范瑾，李亮，余俊辉，等．组织法在核安全级数字化仪表控制系统设备鉴定中的应用[J]．核科学与工程，2019,39(2):328-335.

[2] 朱高斌，穆海洋，段鹏．新建核电厂数字化仪控系统变电控制研究[J]．核技术，2019,39(5):821-825.