蒸汽发生器液位异常波动的诊断及处理

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　　【摘 要】蒸汽发生器是核电厂最重要的设备之一，其角色相当于火电厂的锅炉，可以称得上是核电厂的命脉，所以控制其压力和液位尤其重要。本文简单介绍了蒸汽发生器液位控制程序的功能以及在各种运行工况下的蒸汽发生器液位的变化的原因和其导致的后果，以及针对不同的时原因操纵员应该采取哪些措施并及时处理，能够避免不必要的停机。本文中“蒸汽发生器”简写为“SG”，“蒸汽发生器液位控制程序”简写为“SGLC”;本文没有特殊指出的机组工况，均为机组100%FP（满功率）工况。
　　【关键词】蒸汽发生器;液位控制;诊断与处理
　　中图分类号： TL353.13 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0044-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.022
　　1 概述
　　蒸汽发生器作为核电厂一回路与二回路的连接纽带，肩负着导出堆芯热量，冷却主回路的重任。为了实现SG的热阱功能，必须维持SG有足够的液位，以满足各种工况下的装量需求，SGLC的作用就是在各种工况下通过改变SG上水阀的开度来保持SG的水位在设定值，正常运行工况下蒸发器液位由反应堆功率、液位偏差以及给水/蒸汽流量来决定，本文主要分析造成蒸汽发生器液位异常的原因。
　　2 SGLC功能简介
　　SGLC的第一个目的就是为了维持质量的平衡，即蒸汽发生器的给水流量等于蒸汽流量。第二个目的就是在功率变化时，补偿蒸汽发生器装量的收缩和膨胀效应。
　　影响蒸汽发生器水位的主要因素是蒸汽流量，给水流量，反应堆功率以及蒸汽发生器的压力。蒸汽发生器的液位控制受蒸汽发生器装量膨胀和收缩效应的综合影响。通常，反应堆功率的上升会导致空泡率的增加，进而导致蒸汽发生器夜位的上升。该程序就能减少给水流量以抑制该膨胀效应。相反，反应堆功率的下降或汽机跳机会造成空泡的坍塌，从而使液位迅速下降。此时，该程序就能怎加给水流量来补偿该收缩效应。
　　首先介绍蒸发器液位控制，蒸发器液位控制由电站主计算机DCC-X和DCC-Y上并列运行的程序SGL控制每台蒸汽发生器液位，其中液位反馈项、质量平衡项和功率项计算结果之和为液位控制阀计算开度，但最终输出开度还受其他保护信号限制。
　　2.1 程序的输入
　　2.1.1 信号的输入与校正
　　程序根据蒸汽发生器的窄量程液位变送器63620-LT1A，LT1B，LT1C的输入，执行以下决算。
　　1）检查输入的有效性
　　当变送器的输出≤3.56mA或≥20.44时，该程序认为变送器故障，认为该液位信号失效，同时给出计算机的CRT报警信息“63620-L-XX-Y Irrational”。
　　2）选择液位信号LBN1
　　三个液位信号有效时，选中间那个。
　　两个有效时，选择高的那个。
　　只有一个或者三个都失效，该程序就会失效，同时失去该蒸汽发生器液位的控制。
　　当两个或更多的窄量程液位信号失效时，就会闭锁蒸汽发生器高液位跳机的逻辑。
　　3）检查和校定
　　该程序拿各个液位输入信号和LBN1做比较，如果差值≥+0.11m，就会给出CRT和打印机报警信息“63620-L-XX-Y.NAR LEVEL SPRD≥0.11m”，提示操纵员液位信号发生漂移。
　　2.1.2 蒸汽发生器液位的中间量程
　　蒸汽发生器的中间量程液位变送器是63620-LT13A，LT13B，LT13C，该程序用和获取窄量程液位信号一样的方法获得LBM1’，所不同的时液位漂移报警值是≥0.15m。
　　2.1.3 蒸汽流量WSi’（依靠变送器63611-FT1，2，3，4）
　　每个蒸汽发生器只有一个蒸汽流量测量仪表，其相应的流量变送器是63611-FT1，2，3，4。测到的流量是进入到汽轮机的流量，MSSV，ASDV和CSDV总的流量的和。
　　2.1.4 给水流量WFi’（依靠变送器64323-FT1，2，3，4）
　　2WFi=WFi’/258.5 同样可得到WFi平均值（和除以4）。
　　蒸气和给水流量经5分钟的fiter，如果状态稳定（即当前的蒸汽和给水流量在他们预期5分钟fiter后值的+4%偏差范围以内），则进行如下匹配检查。
　　2.1.5 给水的入口温度TFWi和D2O入口集管的温度TDOi
　　给水温度64323-TT5～TT8，对应于蒸汽发生器SG1～4，如果一个读数失效，则给出报警”64323-TFWi Irrational”。
　　该程序从温度变送器63331-TT27A，B，C～TT30A，B，C.读取入口集管的温度TDOi。
　　2.2 液位信号的选择
　　该程序用到了两套液位信号。一套来自窄量程的液位变送器，另一套来自宽量程的液位变送器。当SG的液位大于+1.0m时，用来自窄量程的液位信号。当SG的液位小于于+0.5m时，用来自中间量程的液位信号。窄量程和中间量程之間平缓的转变可以通过一个权重因子β来实现的。
　　2.3 蒸汽发生器液位设定值的计算
　　为了保证在高功率时反应堆发生STEPBACK或反应堆TRIP以后，SG中有足够的水装量。SG的水位设定值是SG功率的线性函数。
　　可见.LS和蒸汽发生器功率成分段线性的关系。
　　同时，当反应堆功率<15%时，可以通过键盘手动输入液位设定值，高于15%以后，设定值将自动恢复程序自动控制。
　　2.4 液位的控制
　　2.4.1 液位反馈项 　　液位反馈回路包含一个PI控制器。它比较液位信号和液位设定值，用一个校正信号去控制给水阀以维持SG液位在其设定值。因为该项只用液位差去控制，因此它提供了SG液位的精调回路。
　　2.4.2 蒸汽和给水流量因子WSF
　　对于稳定的反应堆功率，蒸汽流量和给水流量相等，以维持SG液位一定。然而，由于反应堆或汽机负荷的变化，会引起蒸汽流量的变化。这两个流量之间的差和因子KFW一起，作为前馈信号去控制给水阀。而任何由于流量变送器的不精确性，以及排污流量引起的质量亏损，都会由液位反馈回路加以补偿。
　　2.4.3 蒸汽发生器的功率因子PB和SWELL前馈项PRN
　　校正的28个铂探测器的功率，再经过20秒的时间延迟，就可以作为蒸汽发生器的功率PB。
　　2.5 给水阀的控制
　　从计算机输出的控制信号LIFT（4-20mA）对应着主给水控制阀0%～100%的满刻度，辅助给水阀是负控制。可见，阀失效关，辅助阀失效开。
　　3 蒸发器液位波动的原因及响应
　　3.1 液位控制阀故障（卡涩，或失气、失电、I/P失效、DCC控制信号输出失效等导致异常关闭）
　　如果SG液位下降，如果SG液位下降而且其控制阀要求开度明显大于其他SG，且其给水流量明显小于其他SG且保持不变，说明阀门异常关闭（失去气源等）或卡死在比要求开度小的开度位置，此时，应立即派人现场检查液位控制阀和电动阀的开度并及时切换液位控制阀，但必须先开其电动阀，否则将导致该SG的液位进一步下降，人为导致STEPBACK或一号停堆系统动作。
　　如果SG液位上升，而且其控制阀要求开度明显小于其他SG，且其给水流量明显大于其他SG且保持不变，说明阀门卡死在比要求开度大的开度位置，应立即派人现场检查液位控制阀和电动阀的开度并及时切换液位控制阀，但不应先开其电动阀，而是直接切换其液位控制阀，这样在电动阀开启过程中限制SG液位进一步上升，否则将导致该SG的液位过高从而导致汽机跳机。
　　3.2 失去给水（SG给水系统管道破裂，或失去给水泵，或给泵再循环阀异常开启，高加传热管破裂等）
　　（1）单台运行主给水泵故障跳闸，备用主给水泵没有自动启动，或没有备用主给水泵，操纵员应立即尝试手动启动备用主给水泵（先OFF/RESET，再ON），确认给水流量恢复，蒸发器液位上升。否则，手动SETBACK到50%FP以下，同时启动辅助给水泵。
　　（2）给泵再循环阀异常开启，导致给水上水流量不足，SG液位下降，此时应立即手动SETBACK，同时启动辅助给水泵，待状态稳定后（SG液位恢复到设定值），切换至另一台正常主给水泵运行。
　　3.3 蒸汽发生器给水流量信号或蒸汽流量信号漂移
　　SG给水流量信号或蒸汽流量信号漂移直接影响SGLC中的质量不平衡项，进而引起液位控制阀出现与实际液位不一致的变化。
　　比如给水流量信号向下漂移，则故障现象为液位控制阀要求开度变化不大，给水流量下降，蒸汽流量基本不变，而SG液位却不断上升，此时应及时通过计算机键盘清除质量平衡项，并持续关注SG液位的变化情况。典型事件为2003年1月5日，秦山三期一号机组发生的1号SG给水流量变送器因为管道受冻而引起1号SG高水位并最终导致汽轮发电机跳机和反应堆阶跃降功率事件。
　　给水流量信号向下漂移或蒸汽流量信号向上漂移，此时LCV要求开度基本不变或增加，给水流量持续下降或蒸汽流量持续上升，应该手动清除质量平衡项。
　　给水流量信号向上漂移或蒸汽流量信号向下漂移，液位控制阀开度基本不变或减少，给水流量上升或蒸汽流量下降，手動清除质量平衡项。
　　4 总结
　　SG的液位控制至关重要，其液位过高过低短时间内便会触发相关的保护动作进而会导致严重的机组瞬态。而导致SG液位变化的原因也是多种多样的，但是如果判断准确，响应及时，很多瞬态都是可以及时消除的。根据事故的现象和各工艺参数的变化，及时诊断出故障的原因，并及时采取措施，在第一时间正确的消除故障，将为核电厂带来更多的经济效益以及社会和安全效益，但是要保证在第一时间做出正确的判断并采取最合适的措施，这就要求我们必须熟悉SG液位控制原理，并清楚导致各种异常的原因。而这些必须通过长期的培训强化和自身不断的努力才能达到的，这也正是操纵员的价值所在。由于本人所学有限所述内容难免会有不足之处，敬请不吝批评指正。
　　【参考文献】
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　　[2]98-63620-PS-202蒸汽发生器液位控制程序规格书[S].
　　[3]98-66556-TMT-FB807蒸发器液位控制程序教材[S].
　　[4]98-43230-DM-400主给水系统设计手册[S].
　　[5]98-91120-EOP-005失去蒸汽发生器给水应急运行规程[S].
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