重水堆高功率时蒸汽发生器给水流量信号漂移的影响及对策

杨俊

【摘 要】秦山三厂两台重水堆自商运以来，发生过多次主蒸汽流量信号漂移事件。针对主蒸汽流量漂移的问题已经由较为成熟的分析和应对方法，而对于主给水流量信号漂移导致的影响，还未曾系统的分析。本文就蒸汽发生器主给水流量信号漂移对机组的影响进行针对性分析，并提出主给水流量信号漂移后的对策。

【关键词】蒸汽发生器；给水流量；漂移

中图分类号： TK24 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）02-0145-002

【Abstract】Since the commercial operation of two heavy water reactors in Qinshan No.3 factory，many main steam flow signal drift events occurred.The main steam flow drift problem has been more mature analysis and response methods，and for the main feed water flow signal drift caused by the impact of the system has not yet been analyzed. In this paper，the main steam generator feed water flow signal drift on the impact of the unit targeted analysis and proposed the main feed water flow signal drift countermeasures.

【Key words】Steam generator；Feed water flow；Drift

0 概述

重水堆核电机组一回路对称布置四台蒸汽发生器（以下简称SG），二回路设置了3台主给水泵和2台辅助给水泵向蒸汽发生器供水。堆芯进出口集管上设置了若干个温度探头，用于低功率情况下测算反应堆的进出口温差。每台蒸汽发生器均配置一套独立的测量仪表用于测量蒸汽发生器热功率，包括：1个主蒸汽流量变送器、1个主给水流量变送器和1个主给水温度变送器。上述仪表均为单点设备，没有冗余配置。

重水堆核电机组中主给水流量信号参与的控制回路较多，蒸汽发生器给水流量信号漂移会可能引发机组参数变化，对电站的经济性和反应堆的安全性均会产生重大影响。

1 主给水流量信号的作用

就地变送器测得信号分别送往：给水回路和电站控制计算机DCC。在给水回路中，给水流量信号作为除氧器（D/A）液位的前馈进行除氧器液位控制；在低功率情况下另外还作为处于“自动位置”主给水泵的自动启动信号。在电站控制计算机中，给水流量信号除用于显示外，还用于：在蒸汽发生器液位控制程序（SGLC）中用于计算质量平衡项以控制蒸汽发生器的液位；作为主给水限流逻辑的入口条件；在反应堆功率控制程序（RRS）中用于计算蒸汽发生器热功率等。

1.1 给水流量信号在SGLC中的作用

1.1.1 作為液位控制的前馈项

SGLC程序的目的是将蒸汽发生器液位保持在设定值，即保持蒸汽发生器的给水流量与蒸汽流量平衡，这样就能够使蒸汽发生器保持质量平衡，使得蒸汽发生器作为电站热阱带走反应堆产生的热量，而不至于“烧干”。给水流量信号与蒸汽流量信号均是它的“干扰信号”，它们一起构成SGLC的前馈项，用于计算质量平衡项（WSF）的以及控制WSF的自动投切。每台蒸汽发生器独立计算质量平衡项。

（1）SGLC从4个主蒸汽流量变送器读取蒸汽流量Wsi。

首先检查测量信号的有效性，如果测量信号失效则发出相应的报警。如果信号有效，则在Wsi > 20%时，用每一个蒸汽流量和程序计算出的平均蒸汽流量相比较，如果偏差大于±10%，这个蒸汽流量测量信号就被认为是无效信号。然后根据以下原则选择Wsi进行液位控制：

如果无效信号（包括无效信号和偏差超过10%的信号）>2个，在SGLC中不使用质量平衡项；如果无效信号≦2个，使用有效的蒸汽流量信号的平均值代替无效信号；如果没有无效信号，对于不同的蒸汽发生器使用各自的蒸汽流量信号Wsi。

（2）SGLC分别从4个主给水流量变送器读取给水流量Wfi（i = 1，2，3，4）， 根据与蒸汽流量信号相同原则选择Wfi进行液位控制。

（3）WSF的计算：

每个蒸汽发生器根据选择的Wsi和Wfi独立计算WSF。如果|WSF|<0.015，则认为WSF为0。这个死区是为了减小给水流量的震荡。

1.1.2 作为给水限流逻辑的判断

通过对主给水流量的监测，识别主蒸汽管线破裂的工况，进入给水流量限制模式，将给水流量限制在112.5%额定流量以内，以防止给水泵过流量跳闸。

如果下列的条件1或条件2满足，进入给水流量限制模式：

条件1：在WF1，WF2，WF3和WF4中至少三个给水流量信号无效；

且蒸发器功率PB大于5%；

且蒸发器压力信号有效并小于4.13MPa（g）。

条件2：在WF1，WF2，WF3和WF4中至少有两个给水流量信号有效并大于112.5%。

进入给水流量限制模式后：发出相关的报警并强制减小蒸汽发生器给水控制阀门开度限制。

1.1.3 蒸发器液位控制阀的开度控制

SGLC程序采用三冲量控制：冲量一，由蒸汽发生器液位偏差计算出比例加积分项构成反馈项；冲量二，由蒸汽流量信号和给水流量信号的差计算出的质量平衡项构成前馈项；冲量三，由反应堆的功率计算出蒸汽发生器液位控制阀的基本开度构成前馈项。由以上三冲量之和构成机组正常工况运行时蒸汽发生器液位控制阀的要求开度控制信号。

给水控制阀的开度还受蒸汽发生器给水限流逻辑和非对称给水管线破裂逻辑计算的控制阀的开度限值限制。最终的给水控制阀的开度取要求开度控制信号、给水限流逻辑信号、非对称给水管线破裂逻辑信号三者之间的最小值。

1.2 给水流量信号在RRS中的作用

（1）首先通过给水流量和蒸汽流量、给水和蒸汽的焓值计算蒸汽发生器功率PB；

（2）由于当反应堆功率处于高功率时，水平布置的燃料通道末端的冷却剂开始出现蒸汽。因为等压的饱和蒸汽与饱和水的温度是相同，但是其焓值却不同，所以此时通过测量堆芯温差无法计算出准确的反应堆热功率PTHM，需要采用蒸汽发生器的功率来确定反应堆热功率。而在低功率时，蒸汽发生器的蒸汽、给水流量等参数是不够稳定的，所以在低功率时不宜采用蒸汽发生器的热功率，应通过测量堆芯温差确定的反应堆热功率PRTD。

在高功率工况下，PB作为RRS程序计算的热功率PTH，对反应堆铂探测器功率进行热功率动态校验。正常满功率运行时反应堆热功率=SG热功率。

1.3 给水流量信号在D/A液位控制中的作用

除氧器液位控制采用的是三冲量PID调节，凝结水流量及除氧器液位作为反馈信号，4个主给水流量信号作为前馈输入对除氧器液位进行控制。

2 高功率时主给水流量信号漂移的影响

结合现场实际运行状态，以假设分析均只考虑单一设备故障的情况。

（1）蒸汽发生器液位的影响：

信号稳定且信号漂移小于10%：信号低漂小于10%时，蒸汽发生器实际给水流量没有减少，但SGLC正常读取该低漂流量信号，使得程序读取流量信号低于真实流量，并进行计算，而蒸汽流量信号正常，导致质量平衡项增大。最终输出到控制阀的程序要求开度信号增大，使蒸汽发生器液位上升。

当信号高漂小于10%时，将会造成蒸汽发生器液位降低。

（2）限流逻辑的影响：

由于限流逻辑的信号是不经过检验模块的，所以当信号高漂并且至少有2个信号大于112.5%FS时则将触发限流逻辑，使上水阀的开度减小，反复动作后最终将可能导致反应堆由于蒸汽发生器液位低而停堆，汽轮发电机停机。

信号低漂对该逻辑没有影响。

（3）反应堆热功率的影响：

1）信号低漂时的影响：RRS程序读取该低漂流量信号，并进行蒸汽发生器二次侧热功率计算。由于RRS读取流量信号低于实际的给水流量，导致计算出的蒸汽发生器热功率低于实际的热功率。RRS将升反应堆中子功率。经过计算，一个给水流量信号低漂到最小有效值的情况下下反应堆功率可能上升约4.5%满功率。因此，当反应堆内功率分布不平衡时可能触发停堆系统单通道脱扣甚至反应堆停堆。

2）信号高漂时的影响：RRS程序读取该高漂流量信号，并进行蒸汽发生器二次侧热功率计算。由于RRS读取流量信号高于实际的蒸汽发生器给水流量，导致计算出的该蒸汽发生器热功率高于实际的热功率，则RRS将降反应堆功率。经过计算，在一个给水流量信号高漂到最大有效值的情况下反应堆功率波动较小。

（4）D/A液位的影响

信号低漂的影响：控制器认为主给水流量变小，于是先减小上水阀的开度，将造成除氧器液位的降低，在信号下降不多的情况下，在液位设定值回路的作用下液位将缓慢回升至正常值。如果信号变化较大且操纵员未干预的情况下则有可能使液位下降导致反应堆自动降功率。

信号高漂的影响：控制器认为主给水流量增大，于是将增大上水阀的开度，而实际上水流量不变，将造成液位的升高，而在液位设定值回路的作用下液位也将下降至正常值。如果主给水流量变化过大可能导致凝结水泵出口压力过低甚至跳泵。

3 对策

如上一章所分析，高功率下信号漂移有可能对蒸汽发生器的液位和反应堆热功率有严重影响。在满功率情况下极易引起各个保护系统自动动作，留给操纵员响应的时间不多。因此，在发现给水信号高漂移后首先应该控制蒸汽发生器液位稳定。如前所述，影响蒸汽发生器液位的是质量平衡项，因此在我们判断出故障后需要立即手动切除质量平衡项，让液位反馈项作用使液位趋于正常。但是要注意质量平衡項的切除对其他蒸汽发生器液位的影响。

由于用于RRS使用的给水流量信号不经过SGLC的信号校验，尤其是在信号向下漂移时反应堆热功率超过过限制。我们可以通过其他参数来辅助判断真实的反应堆功率：调门开度将变大，发电机功率和堆芯的铂探测器所监测的读数将会上升，此时我们需要拔出去电站控制计算机的信号线端子，人为让该信号变成失效，这样RRS和SGLC将会忽略该信号，程序恢复正常控制。

除此之外，我们也需要关注除氧器液位的变化情况。

4 总结

通过以上的简单分析来看，对反应堆而言，主给水流量向上漂移要比向下漂移相对安全。尽管从上面的分析看来，处理给水流量信号漂移思路还是很清楚的，但是难点在于如何判断和识别出故障点。因此建议：

（1）正常运行时应加强机组参数（如：（下转第157页）（上接第146页）堆功率，汽机功率，中子仪表）的监视。

（2）建议针对这样的单点失效的参数增加冗余的变送器配置：可以参考其他一些重要参数进行三个变送器的配置，然后针对三个信号进行有效性选择（如SG液位的三取中设置），可以大大降低单点失效时的概率和影响。

（3）由于增加变送器只能针对单点失效，对共模故障作用可能不是很明显，建议增加相关报警提示，以提醒电站操纵员及早做出响应。

【参考文献】

[1]98-63710-0M-001，反应堆功率控制运行手册.

[2]98-63620-OM-001，蒸发器液位控制运行手册.

[3]98-43230-OM-001，主给水系统运行手册.

[4]98-63710-0F-01，反应堆功率控制程序流程图.

[5]98-63620-OF-01 蒸发器液位控制程序流程图.