壓水堆核電站汽機旁路排放系統(tǒng)疏水閥控制邏輯改進

    【摘 要】針對壓水堆核電站滿功率運行時汽機旁路排放疏水閥意外全開引發(fā)超功率問題，論文在結(jié)合常規(guī)島系統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，介紹了一種通過修改 DCS 組態(tài)提高信號可靠性的改進方法。


    1 引言
    壓水堆核電站的汽機旁路排放系統(tǒng)至冷凝器管線上的電動旁路疏水閥若在正常運行過程中意外全開會引發(fā)一回路超功率事件, 控制旁路疏水閥的壓力開關(guān)存在單一設(shè)備故障問題。本文在結(jié)合國內(nèi)壓水堆核電站常規(guī)島系統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，詳述了旁路疏水閥控制邏輯的改進方法。

    2 技術(shù)背景
    2.1 系統(tǒng)介紹
    壓水堆核電站汽機旁路排放系統(tǒng)（以下簡稱“GCT”）的功能是當反應堆功率與汽機負荷不一致時，汽機旁路排放系統(tǒng)通過把多余的蒸汽排向冷凝器、除氧器和大氣，為反應堆提供一個“人為”的負荷，從而避免核蒸汽供應系統(tǒng)中溫度和壓力超過保護閾值，確保電站的安全。

    機組在正常運行期間，會有微量蒸汽通過 GCT 的 12 條蒸汽排放管線排放至冷凝器。國內(nèi)部分電站在滿功率運行過程中，曾出現(xiàn)壓力開關(guān)故障，導致出現(xiàn) 12 個旁路疏水閥全開問題，高溫高壓的蒸汽會直接通過旁路疏水閥排放，導致二回路蒸汽使用量增加，引發(fā)一回路超功率風險。

    2.2 缺陷原因
    主蒸汽管道至冷凝器的 12 條 GCT 蒸汽排放管線上各設(shè)置了 1 個旁路疏水閥，用于增強蒸汽排放管線的疏水能力，將
 
    凝結(jié)水疏出至冷凝器。除此之外，每條蒸汽排放管線上還配置有 1 臺疏水器與 1 個液位開關(guān)。

    機組運行期間，GCT 的 12 條蒸汽排放管線通過疏水器進行疏水，當疏水器疏水不暢導致疏水器液位高時，對應的液位開關(guān)控制單個旁路疏水閥打開。單個旁路疏水閥的控制邏輯如圖 2 所示。
    自動開：①當主蒸汽壓力<9bar.g 時，12 個旁路疏水閥同時打開；②當疏水器液位高時，單個旁路疏水閥打開。

    自動關(guān)：當主蒸汽壓力>9bar.g，且疏水器液位不高時，12個旁路疏水閥同時關(guān)閉。

    GCT 的 12 個旁路疏水閥全開全關(guān)的控制信號僅來自于壓力開關(guān) VVP102SP，存在單一設(shè)備故障問題。機組正常運行過程中，若 VVP102SP 誤動作，會導致 GCT12 個旁路疏水閥全部開啟，高溫高壓蒸汽會通過旁路疏水閥直接排放至冷凝器，引發(fā)一回路超功率風險。

    VVP102SP 壓力信號不僅參與以上 GCT 旁路疏水閥控制，而且參與 VVP 系統(tǒng)常規(guī)島部分的旁路疏水閥控制。VVP單個旁路疏水閥邏輯簡圖如圖 3 所示。同樣 VVP102SP 壓力開關(guān)出現(xiàn)單一設(shè)備故障問題，會導致這些 VVP 旁路疏水閥未能及時打開。
      3 改進方案
    為提高 GCT/VVP 旁路疏水閥壓力控制信號的可靠性，避免運行期間旁路疏水閥的意外開啟，改進方式可通過新增兩路壓力信號，與 VVP102SP 采用“三取二”的邏輯設(shè)計來代替VVP102SP 單一的壓力信號。VVP102SP 位于主蒸汽管道，用于測量主蒸汽壓力。結(jié)合 VVP 系統(tǒng)工藝，新增兩路壓力信號可選擇來自同樣位于主蒸汽管道的兩個壓力變送器 VVP101/102MP，這個兩個壓力變送器的作用僅為監(jiān)測主蒸汽管道壓力。該改進方式較新增兩個壓力開關(guān)更為簡便，可避免在主蒸汽管道上開孔布置測壓點的難題。

    本方案可提高 VVP/GCT 旁路疏水閥主蒸汽壓力信號的可靠性，疏水閥其他控制邏輯均未改變。在機組運行期間，仍通過疏水器進行疏水，當疏水器疏水不暢導致液位高時，可由液位開關(guān)控制單個旁路疏水閥打開。

    3.1 邏輯優(yōu)化
    上述 GCT/VVP 疏水閥控制邏輯優(yōu)化內(nèi)容均通過修改DCS 組態(tài)實現(xiàn)，不涉及硬件修改，具體邏輯優(yōu)化步驟為：①設(shè)置已有信號 VVP101/102MP 的閾值信號（9bar.g），并在閾值信號中分別加入其“質(zhì)量好”的限制條件，VVP102SP 信號中也加入其“質(zhì)量好”的限制條件；②對以上三組信號進行“三取二”邏輯處理，用于代替原 VVP102SP 信號對 GCT/VVP 旁路疏水閥的控制；③將三組信號的質(zhì)量位信號取反后，進行“三取一”報警邏輯設(shè)計，并把該報警信號送主控報警列表顯示。當任意信號的質(zhì)量位狀態(tài)“不好”時，主控顯示該綜合報警。

    改進后的 VVP/GCT 旁路疏水閥主蒸汽壓力控制信號的邏輯圖如圖 4 所示。“質(zhì)量位”作用包括：①模擬量信號：設(shè)置質(zhì)量位可以檢測信號斷線或超量程，同時，監(jiān)測 AI 通道是否發(fā)生故障；②開關(guān)量信號：通過檢測查詢電壓，監(jiān)測 DI 通道是否故障，設(shè)置質(zhì)量位，便于發(fā)生故障時查找原因，當發(fā)生以上故障時，DCS 自動剔除故障信號。
      3.2 測壓點不同分析
    在本文論述的改進方式中存在 VVP101/102MP 與VVP102SP 測壓點不同的情況，“三取二”邏輯設(shè)計后可能出現(xiàn)GCT/VVP 旁路疏水閥略早于或略晚于 9bar.g 動作的問題，該問題對機組啟機、停機與運行階段系統(tǒng)疏水造成的影響具體分析如下：①主蒸汽壓力 9bar.g 是存在于 VVP 暖管過程中的動態(tài)工況。在 VVP 暖管過程中，主蒸汽管道內(nèi)為憋壓狀態(tài)，氣流微弱，各處壓力近似相等，即 VVP101/102MP 與 VVP102SP處壓力近似相等。②VVP 暖管通常在 3 小時內(nèi)完成，管內(nèi)溫度與壓力上升速率較快，VVP101/102MP 與 VVP102SP 不同步動作的時間差非常小。③三電站 GCT/VVP 運行規(guī)程中，“主蒸汽壓力上升到 9bar.g 或 55bar.g 需核實 GCT/VVP 疏水閥的開啟與關(guān)閉狀態(tài)”，均是以 VVP101/102MP 的壓力讀數(shù)作為依據(jù)。 ④GCT/VVP 系統(tǒng)的每個疏水器都設(shè)有液位開關(guān)，在任何時候，只要疏水器內(nèi)液位為高，液位開關(guān)會控制單個旁路疏水閥打開，及時疏水。

    因此，改進后在啟機或停機階段 GCT/VVP 旁路疏水閥略早或略晚于 9bar.g 動作，對整個系統(tǒng)疏水無影響。運行階段主蒸汽管道內(nèi)壓力約為 77bar.g，遠高于旁路疏水閥的動作值，對整個系統(tǒng)疏水也無影響。所以 VVP101/102MP 與 VVP102SP測壓點不同問題對 VVP/GCT 系統(tǒng)疏水能力無影響。

    4 結(jié)論
    本文詳述的汽機旁路排放系統(tǒng)的疏水閥控制邏輯改進方式僅需修改 DCS 組態(tài)，即可提高 GCT/VVP 旁路疏水閥主蒸汽壓力控制信號的可靠性，避免由于運行期間壓力開關(guān)單一設(shè)備故障造成超功率問題。本文詳述的改進方式對仍未進行 GCT 旁路疏水閥控制邏輯改進的電站具有一定的借鑒意義。