蒸汽发生器液位异常原因分析及先期干预

许 诺

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

蒸汽发生器（以下简称SG）作为重水堆核电站最核心的设备之一，是连接一/二回路的桥梁，它的水装量能否和一回路产生的热量匹配，直接关系到核电厂的安全稳定运行。因此，电站正常运行期间应当尽力维持SG水位在设定值以保证足够的装量。

1 SG液位控制原理

每个SG液位控制阀组包含一个小液位控制阀（失效开）和两个大液位控制阀（失效关）。正常运行期间，一个大液位控制阀开启调节，另一个大液位控制阀和小液位控制阀处于备用关闭状态。

电站正常运行时，SG的液位控制是由数字控制计算机X（以下简称DCC-X）上的蒸发器液位控制程序（以下简称SGLC）根据一系列输入信号，如宽/窄量程液位信号、SG给水及蒸发器流量、SG热功率等）自动控制的，数字控制计算机Y（以下简称DCC-Y）上的SGLC作为备用。

SGLC的目的是在稳态或瞬态工况，如反应堆线性降功率逻辑触发（以下简称SETBACK）、汽机甩负荷或脱扣等下控制SG液位，使之尽可能接近液位设定值。

2 SG液位异常原因分析及先期干预

电站正常运行时，当SG液位发生异常波动后，主控室操纵员（以下简称操纵员）应当根据SG液位变化趋势的快/慢来做出响应。

假如SG液位变化趋势是缓慢的，操纵员认为距离SG液位相关的保护动作仍然有足够的裕量，应立即检查SG的液位变化趋势是单个SG变化还是四个SG同步变化、给水流量和蒸汽流量是否匹配、SGLC液位控制阀的要求开度信号响应是否正确、SG的压力变化、主系统的压力变化、上充流量的变化等。若有异常报警，则还应当根据报警响应规程进行相应的检查。假如有了一个初步的结论之后，一方面，操纵员应当在主控室采取相应的干预手段以防止参数的进一步恶化；另一方面，应当派就地值班员根据操纵员的判断去现场进行相应的检查。

假如SG液位变化趋势是迅速的，操纵员可能来不及进行先期干预，SG液位相关的自动保护动作就已经发生了。这种情况下应立即执行《降功率响应及诊断应急运行规程》（以下简称EOP-001），并根据故障诊断的结果执行相应规程。

2.1 SG给水系统故障

SG给水系统故障包括给水管线破裂和给水泵运行异常。

2.1.1 给水管线破裂

公共给水管线出现较大破口。

故障现象：

（1）所有SG液位下降，SG给水流量下降；

（2）假如破口在主给水泵入口且无法隔离，则主给水泵会因为净正吸入压头不够，运行参数快速恶化，并有可能跳泵；假如破口在主给水泵的出口，则主给水泵出口流量上升以补偿破口流量的损失，主给水泵的运行电流、轴承温度和振动将会上升；

（3）凝结水上水流量增加以维持除氧器的液位，假如破口在主给水泵入口且无法隔离，则除氧器液位将会快速下降，并导致主给水泵跳泵；

（4）汽轮机厂房或主给水阀站附近可以发现大量蒸汽。

先期干预：立即手动停堆。

高压加热器传热管破裂。

故障现象：

（1）SG液位、SG给水流量以及主给水泵出口流量和泵运行参数的变化、凝结水系统的响应同公共给水管线破口时的现象相同；

（2）高加会有高液位报警，急疏阀可能开启并有相应报警，高加到除氧器疏水流量增加，如果破口较大，高加会由于高液位自动隔离。

先期干预：

立即手动触发SETBACK到96%满功率（以下简称FP）以下，假如高加没有自动隔离，则手动打开高加旁路阀，关闭出现泄漏的那一列高加的进出口隔离阀，并根据高加自动隔离的报警响应规程执行剩余的步骤。

非对称给水管线破裂。

故障现象：

（1）发生泄漏的SG液位较其他三个SG液位下降明显，故障SG给水流量会由于破口位置的不同而不同（假如破口位于给水流量计下游，则给水流量会明显增大；若破口位于给水流量计上游，则给水流量会很小）；

（2）主给水泵出口流量上升，凝结水上水流量上升；

（3）假如破口位于反应堆厂房内，反应堆厂房的压力会升高，而且会有水分探测器报警；

（4）主给水阀站或辅助厂房屋顶发现蒸汽。

先期干预：

在快速自动降功率逻辑以及非对称给水管线破裂逻辑触发之前，应当立即手动停堆，并关闭大小液位控制阀前的电动隔离阀，隔离故障SG。

2.1.2 主给水泵运行异常

单台运行主给水泵故障或跳闸。

故障现象：

（1）所有SG液位下降，SG给水流量下降；

（2）主控出现主给水泵故障报警或是主给水泵断路器跳闸报警。

先期干预：

（1）若是主给水泵故障导致泵出力不足，则一方面应当手动触发SETBACK至89%FP，另一面关闭备用泵的出口电动阀，而后手动启动备用泵，让其在再循环模式下运行，功率达到89%FP后即可进行泵的切换操作；

（2）若是主给水泵故障跳闸，则应当确认备用给水泵自动启动，如果备用主给水泵没有自动启动，操纵员应立即尝试手动启动备用主给水泵，确认给水流量恢复，SG液位上升。否则，手动触发SETBACK到50%FP左右，同时手动启动两台辅助给水泵。

运行主给水泵的再循环阀故障开启。

故障原因：

（1）主给水泵的出口流量计故障或仪表阀关闭而使出口流量计未投运，这导致再循环流量控制器认为主给水泵的出口流量降至零，故要求再循开启环阀；

（2）再循环流量控制器由于失电导致黑屏或是显示异常，再循环阀由于是反向控制而导致其全开；

（3）再循环阀由于失气或是电/气转换器故障导致阀门全开。

故障现象：

（1）所有SG液位下降，SG给水流量下降；

（2）故障泵的出口流量比另一台运行泵要明显减少，而且故障泵有再循环流量；

（3）主控室会出现再循环阀故障的报警。

先期干预：

立即手动SETBACK到90%FP或更低，同时手动启动两台辅助给水泵，确认所有SG液位恢复到设定值。

2.2 SG液位控制阀故障

2.2.1 处于控制的大液位控制阀发生卡涩

故障现象：

如果阀门卡死在比要求开度大的位置，则单个SG液位上升，而且该SG的液位控制阀要求开度明显小于其他SG，但其给水流量明显大于其他SG且保持不变；如果阀门卡死在比要求开度小的位置，现象则相反。

先期干预：

（1）对于第一种情况，则应当直接通过液位控制阀切换手柄进行切换，确保SG液位在切换过程中不会上升至2.96米。

（2）对于第二种情况，则应当先将故障液位控制阀的电动隔离阀置于“开”位置，然后通过液位控制阀切换手柄进行切换，确保SG液位在切换过程中不会降得过低导致快速降功率逻辑（以下简称STEPBACK）触发。

2.2.2 处于控制的大液位控制阀突然全关

故障原因：失气、失电、电/气转换器故障、SGLC控制信号输出失效。

故障现象：

单个SG液位下降，而且该SG的液位控制阀要求开度明显大于其他SG，其给水流量接近为0kg/s。

先期干预：

（1）如果SG液位变化缓慢，应及时切换大液位控制阀，并观察给水流量是否恢复，假如给水流量没有恢复，则很有可能是给水流量计和液位控制阀之间的管线存在大破口，应立即停堆；

（2）如果SG液位变化太快，STEPBACK或是非对称给水管线破裂逻辑已经触发，则应执行EOP-001，而后根据就地值班员的汇报来决定进入《失去蒸汽发生器给水应急运行规程》或是通过控制器手动开启小液位控制阀，恢复SG液位后，退出非对称给水管线破裂逻辑。

2.2.3 小液位控制阀突然开启

故障原因：失气、失电、电/气转换器故障。

故障现象：单个SG液位上升，其给水流量较其他三个SG偏大，而且大液位控制阀的要求开度较其他三个SG减小，出现小液位控制阀故障的报警。

先期干预：立即关闭小液位控制阀上游的电动隔离阀，确认给水流量下降，SG液位恢复正常。

2.3 SG传热管破裂

故障现象：

（1）单个SG液位上升，其给水流量较其他三个SG偏小，大液位控制阀的要求开度较其他三个SG减小；

（2）主系统上充流量增加，稳压器液位有可能下降。先期干预：手动停堆，执行《蒸汽发生器传热管破裂应急运行规程》。

2.4 SGLC故障

2.4.1 DCC-X和DCC-Y上的SGLC均失效

故障现象：

（1）主控室出现DCC-X/DCC-Y程序失效的相关报警；

（2）SGLC的程序执行灯不再闪烁；

（3）SG液位迅速下降，可能触发STEPBACK或停堆系统动作；

（4）所有SG的大液位控制阀全关，小液位控制阀全开。

先期干预：

（1）尝试手动复位一台DCC上的SGLC；

（2）若停堆系统动作，则执行EOP-001，手动控制小液位控制阀来保证SG液位在合理的范围内。

2.4.2 SG蒸汽流量信号或给水流量信号漂移

本文以SG蒸汽流量信号向下漂移为例来阐述。SG给水流量信号漂移时的故障现象与之相同或相反，先期干预措施也相同，故不再赘述。

故障现象：

（1）单个SG液位下降：由于蒸汽流量读数缓慢减少，质量平衡项会缓慢减小，阀门开度变小，出现正的液位偏差，积分项向正的积累。如果积分项不能补偿质量平衡项，那么SG液位将持续下降；

（2）反应堆功率升高：由于蒸汽流量信号参与反应堆功率控制程序（以下简称RRS）中SG热功率的计算，它的减少将导致SG热功率的减少。而SG热功率又用于校正反应堆功率，故SG校正后的反应堆功率也将下降。在RRS的控制下，又将使校正后的反应堆功率升高；

（3）发电机功率升高：由于反应堆功率升高，使得蒸发器压力上升，蒸发器压力控制程序增加了汽轮机的调门开度，使得发电机功率升高。

先期干预：

立即手动清除质量平衡项，确认蒸发器液位恢复稳定。之后应当尽快将故障蒸汽流量信号输入DCC的端子断开，因为SG蒸汽流量信号仍在参与RRS中SG热功率的计算，可能导致发电机功率的再次波动。

3 结语

导致SG液位异常的原因有很多，而且在短时间就有可能触发SG液位相关的自动保护动作。在重水堆核电站的运行中也发生了多起由于SG液位异常导致的停堆停机事件。因此，操纵员应当深刻理解SG液位控制的原理，熟悉导致SG液位异常的原因，并且对相应的先期干预做到心中有数，以争取在短时间内能够做出正确的判断，稳定SG液位，或是将机组置于安全的状态，从而确保核安全。