百万千瓦核电机组瞬态工况除氧器压力和水位控制

俞海兵　帅海山

【摘 要】为保证核电机组的安全经济运行，岭澳一期核电站为了提高运行人员对机组的掌控能力，针对核电站内的所有仪表控制原理进行了梳理，本文仅针对除氧器压力和水位控制的原理展开描述，尤其是机组出现瞬态工况时的控制方式。

【关键词】瞬态；除氧器；压力；水位

0 引言

自福岛事故发生以后，在全球范围内掀起了一股反思浪潮，作为拥有世界一流的百万千瓦核电机组的大亚湾核电基地也进行了一次深入的自查工作，其中就有一项是针对运行人员的课题，围绕“一次把事情做好”的核心，每人透彻研究一个小课题，采取自我升华、深入研讨的方式，大范围提升运行人员的技能水平，从而加强对核电机组的掌控能力，保证核电机组的安全运行。除了核反应堆的反应性控制、放射性流出物管理之外，对于核电站内的所有仪表控制原理均重新进行了梳理，本文仅针对除氧器压力和水位控制的原理展开描述，其中所有涉及的参数均非原设计值，仅供参考。

1 除氧器水位和压力的控制原理介绍

1.1 瞬态工况下，除氧器水位控制

正常工况下，除氧器水位处于“水位控制模式”，在汽机负荷0～100%FP范围内，除氧器水位整定值保持恒定，实测值由MN测得，两者的偏差送调节器后经手/自动控制站RCM，将阀门025/026VL开启到要求的位置，控制原理如图1所示。

在汽机功率大于60%出现停机不停堆的瞬态时，控制除氧器水位的目的就是为了限制除氧器压力的下降速率以便保证给水泵的净正吸入压头，一个自动信号会使除氧器水位控制模式发生改变，由“水位控制模式”转变为“流量控制模式”，即“整定流量”投入运行，其目的就是为了保证进入除氧器的给水量，从而使得除氧器水位不至于下降太多。如图1中的整定流量所示，在最初的250s内，给水流量维持在500kg/s，在随后的450s内，给水流量线性增加到1500kg/s，在700s结束后，除氧器水位控制恢复到正常的“水位控制模式”。重点是稳定除氧器的水位，以保证除氧器的水装量，并且保证凝结水泵的出口压力大于16bar，防止凝结水泵因出口压力低而跳闸导致除氧器失去给水。

1.2 瞬态工况下，除氧器压力控制

除氧器是利用道尔顿分压定律以及亨利定律来进行热物理除氧的[2]，为确保除氧效果，在除氧器中给水的温度必须加热到与除氧器压力相对应的饱和温度。控制除氧器内的压力，一方面是保证除氧器正常工作，另一方面保证主给水泵入口有一定的吸入压头，以防止主给水泵汽蚀。下面分几种工况来讨论除氧器压力控制，原理见图2所示。

1.2.1 无负荷下的除氧器压力控制

机组处于启动初期，新蒸汽不可用，除氧器通过辅助蒸汽来维持压力。压力实测值由005MP测出，整定值为常数1.5bar.a，二者的偏差经调节器控制009VV开度使辅助蒸汽进入除氧器，保持除氧器压力为1.5bar.a，同时加热除氧器中的给水到对应压力下的饱和温度，达到预先除氧的目的。

1.2.2 低负荷下的除氧器压力控制

在负荷低于30%FP时，除氧器压力实测值由003MP測出，整定值为常数1.9bar.a，两者偏差经控制器002RG控制新蒸汽阀003VV，使新蒸汽进入除氧器，维持除氧器压力在1.9bar.a。这个控制器对新蒸汽阀003VV和007VV起作用。

1.2.3 正常运行工况

在正常运行时，除氧器的加热蒸汽来自高压缸排汽，这就决定了除氧器压力随负荷在1.9～9.5bar.a之间变化，是不受控制的，通常叫做“滑压运行”。这时，除氧器能允许负荷发生最大为15%FP的阶跃下降而不需利用新蒸汽来保持除氧器的压力。

1.2.4 汽机甩负荷时除氧器压力控制

汽机在100%～30%FP范围内甩负荷时，从汽轮机高压缸排汽量会突然下降。为了维持除氧器内的压力以满足主给水泵净正吸入压头的要求，需要由003VV和007VV补入新蒸汽来维持除氧器压力。具体控制过程如下：

1）当高压缸排汽压力由001MP检测到下降速率大于15bar/s时，可确认汽机在甩负荷，同时“冻结”除氧器压力；

2）延时60s后，此压力定值阶跃增加5bar形成初始压力整定值。

3）该初始压力整定值以3bar/min的速率下降，而且该压力整定值与003MP实测值的偏差送调节器001RG，控制阀门003VV和007VV，让新蒸汽进入除氧器，使得除氧器压力下降速率能被主给水泵所接受。

4）压力整定值持续下降，直到除氧器压力比高压缸排汽压力低0.5bar为止（由差压开关007SP检测）。差压开关发出“下降切除”信号，并使压力整定值减到零，其效果是关闭003VV和007VV，以后除氧器靠高压缸排汽保持在较低压力。

汽机甩负荷的信号在大亚湾为0.25bar/s，而在岭澳一期却变为15bar/s，这其中有什么说法呢？查系统设计手册可知，这个信号对两个电站来说都属于原始设计，是ALSTOM公司在设计阶段的行为。最主要的原因是，在甩负荷过程中，岭澳一期的主给水泵性能较大亚湾要好，主给水泵的净正吸入压头裕量足够，除氧器不需要使用这个瞬态的压力控制环节，但由于仍使用与大亚湾一样的控制器硬件和控制逻辑方案，为了防止瞬态工况时触发甩负荷压力控制器，就通过将001MP的定值设得足够大（由0.25bar/s设置为15bar/s），使其不能启动。

2 结论

1）正常工况下，除氧器水位处于“水位控制模式”；瞬态工况下，为了保证进入除氧器的给水量，除氧器水位处于“流量控制模式”。

2）除氧器压力控制，不但有无负荷、低负荷、正常工况下的压力控制方式，还有瞬态工况汽机甩负荷时的压力控制方式。尤其是岭澳一期核电站虽然使用与大亚湾一样的控制器硬件和控制逻辑方案，但由于主给水泵性能较大亚湾要好，瞬态工况下主给水泵的净正吸入压头裕量足够，除氧器不需要使用这个瞬态的压力控制环节，因而将汽机甩负荷的信号由0.25bar/s设置为15bar/s。

【参考文献】

[1]中广核核电运营有限公司培训中心编著.CPR1000核电厂控制与运行[Z].2013（12）.

[2]沈维道，等.工程热力学[J].8版.高等教育出版社，2005（12）.

[责任编辑：田吉捷]