“华龙一号”主蒸汽隔离阀控制特点及现场问题处理

黄 甦，高黄彬，韩大地,李雪瑶

(福建福清核电有限公司，福建 福清 350318)

主蒸汽系统为核电厂“主动脉”，用于控制核岛向常规岛输送蒸汽，一旦出现故障，核电厂就面临停机停堆的风险[1-2]。主蒸汽隔离阀(简称MSIV)作为控制“主动脉”通断的重要关键设备，长期依赖进口。作为拥有完全知识产权的国产三代核电“华龙一号”(简称HPR1000)首堆福清核电5号机组MSIV首次采用国产设备，除了阀体本身，其控制系统也有多项改进，不仅完全满足正常开关、五秒内快速关闭(简称快关)，以及90%局关试验的要求，还设计“带载”试验——定期检查快关回路上先导电磁阀(简称先导阀)和快关分配阀(简称分配阀)的功能。由于首次投用，从热试到冲转到升功率到满负荷过程中出现问题较多，经过技术人员不懈努力，最终得以解决，并经受机组瞬态及长期运行的考验。

本文介绍国产MSIV设备的控制原理，对比HPR1000和M310机组的异同，总结安装调试过程中出现的主要问题及处理方法，对国产MSIV推广使用，以及后续三代核电MSIV设备采购、安装调试和维修运行具有十分重要的借鉴意义。

1 HPR1000机组MSIV控制原理

MSIV安装在压水堆核电厂二回路主蒸汽管道上，当主蒸汽管道或主给水管道破裂后，用于防止蒸汽失控喷放，维持反应堆冷却和安全壳压力在可接受的范围内，属于核电厂的重大关键设备。其主要功能包括：1)提供主蒸汽管道安全壳隔离，防止蒸汽发生器传热管破裂后一回路放射性介质扩散到二回路中；2)在接到隔离信号后，能够快关截断蒸汽流；3)反应堆热停堆状态时，将汽轮机侧的部分主蒸汽管道与核蒸汽供应系统隔离开，以便进行下游设备检修。

首台国产MSIV为双闸板楔形闸阀[3]，电控部分采用美国CURTISS-WRIGHT公司的电液控制系统(控制原理简图详见图1)，为典型的A/B列双冗余结构[4]，主要设备包括气泵(101PO/111PO)、进气电磁阀(201EL/211EL)(简称进气阀)、A列先导阀(251EL/261EL)、B列先导阀(271EL/281EL)、A列分配阀(251DR/261DR)、B列分配阀(271DR /281DR)、回油电磁阀(221EL)(简称回油阀)、A列压力调节阀(FCA)(简称调节阀)、B列调节阀(FCB)、以及对应的油压开关等[5]。

图1 HPR1000机组MSIV控制原理简图[6]Fig.1 Schematic of MSIV control principle of HPR1000

通过控制先导阀和回油阀的通断，MSIV实现正常开、正常关、快关以及相应的定期试验功能[7]，其主要逻辑功能如下[8]：

1.1 正常打开功能

正常打开状态下，201EL/211EL同时带电，101PO/111PO启动，推动油腔进油，MSIV缓慢打开。

1.2 正常关闭功能

正常关闭状态下，221EL带电，201EL/211EL同时失电，中断101PO/111PO供气，油腔泄油，MSIV缓慢关闭。

1.3 快速关闭功能

当反应堆保护系统自动触发，或者手动设定主蒸汽隔离时，201EL/211EL失电，中断气泵供气；251EL/261EL同时带电，251DR/261DR打开；同理271EL/281EL同时带电，271DR/281DR打开；MSIV泄油快关。两列快关功能互为冗余的，若一列失效，另外一列仍能实现快关功能。快关时间通过调节阀FCA/FCB控制[9]。

1.4 局关试验功能

局关试验用来检查MSIV机械部分是否存在卡涩，在MSIV开启状态下221EL带电，201EL/211EL失电，MSIV缓慢关闭；当触发90%限位后，221EL失电，201EL/211EL带电，101PO/111PO启动，MSIV重新开启。

1.5 带载试验功能

带载试验为HPR1000机组特有，其目的是在MSIV开启状态下，定期检查快关回路上先导阀、分配阀及相关油路状态是否正常。以A列为例：251EL带电，251DR打开，通过对应压力开关检查油压变化，若正确则251EL失电，251DR关闭。间隔30 s后，261EL带电，261DR打开，同样检查对应油压变化，若正确则261EL失电，261DR关闭，带载试验结束。

综上，HPR1000机组MSIV不同功能由7个电磁阀控制，不同功能电磁阀状态详见表1。

表1 HPR1000机组MSIV典型工况电磁阀状态对比图[10]Table 1 State comparison of the solenoid valve under typical MSIV operation conditions of HPR1000

2 M310主蒸汽隔离阀控制原理

MSIV国产化之前，国内M310压水机组普遍采用FLOWSERVE公司产品，其控制原理简图详见图2，主要设备包括进气阀(211EL)、气泵(101PO)、A列先导阀(251EL/261EL)、A列快关错油阀(251DR)、A列试验错油阀(261DR)、A列调节阀(FCA)、B列先导阀(271EL/281EL)、B列快关错油阀(271DR)、B列试验错油阀(281DR)、B列调节阀(FCB)。

图2 M310机组MSIV控制原理简图[11]Fig.2 Schematic of MSIV control principle of M310

快关错油阀和HPR1000机组分配阀功能类似，同为两位三通阀，带电时接通，失电时截止。试验错油阀功能有所不同，带电时半开，实现正常关闭功能；失电时全开，实现快关功能。其主要逻辑功能如下。

2.1 正常打开功能

正常打开状态下，251EL失电，251DR关闭；261EL失电，261DR全开；211EL带电，101PO启动，推动油腔进油，MSIV缓慢打开。

2.2 正常关闭功能

正常关闭状态下，261EL带电，试验错油阀261DR半开；211EL失电，中断101PO供气；一段延时后251EL带电，快关错油阀251DR打开，MSIV缓慢关闭。

2.3 快速关闭功能

当反应堆保护系统自动触发，或者手动设定主蒸汽隔离时，211EL失电，中断气泵供气； 251EL/271EL带电，快关错油阀251DR/271DR打开；261EL/281EL失电，试验错油阀261DR/281DR全开；MSIV快速关闭。两列快关功能互为冗余，若一列失效，另外一列同样实现快关功能。快关时间同样通过压力调节阀FCA/FCB控制。

2.4 局关试验功能

局关试验中，261EL带电，试验错油阀261DR半开；251EL带电，快关错油阀251DR打开，主蒸汽隔离缓慢关闭；当MSIV大于90%开度时，211EL失电；当MSIV触发90%限位后，211EL带电，101PO启动；同时251EL失电，快关错油阀251DR关闭，MSIV重新开启。B列局关试验和A列类似。局关试验中如收到快关指令，MSIV同样能够实现快关功能[12]。

综上，M310机组MSIV不同功能由5个电磁阀控制，不同功能电磁阀状态详见表2。

表2 M310机组MSIV典型工况电磁阀状态对比图Table 2 State comparison of the solenoid valve under typical MSIV operation conditions of M310

3 HPR1000与M310机组MSIV的异同

HPR1000与M310机组均能实现正常开关、快关和局关，以及快关功能。HPR1000机组设计专门的回油回路，避免单一故障导致阀门异常快关，冗余性高；M310机组在快关油路上同时实现快关和正常关功能，油路相对简单，因设计手动隔离阀可维护性较好[13]。两者在系统设备和控制逻辑的异同如表3和表4所示。

表3 HPR1000与M310机组MSIV设备异同Table 3 Similarities and differences between the MSIV equipment of HPR1000 and M310

表4 HPR1000与M310机组MSIV逻辑功能异同Table 4 Similarities and differences of MSIV logic functions between HPR1000 and M310

4 HPR1000主蒸汽隔离阀常见问题及应对措施

HPR1000机组MSIV首次投用期间暴露缺陷较多，主要问题及应对措施如下：

4.1 气泵频繁启停

气泵主要功能包括：MSIV开阀时启动，对液压回路进行补油补压至MSIV全开；当MSIV已处全开位，若液压无法达到正常开阀压力时启动，补充回路压力。HPR1000机组正常运行气泵频率为10～15 min/次，但在50%功率期间气泵启停频繁，一度达到30 s/次，且有恶化趋势。经过深入排查，确认液压回路内漏、液压回路外漏、泵功能异常，以及安全阀起跳值不合理为可能的原因[14]。后通过在回路加装压力表，逐一关闭执行机构手动阀后观察压力及气泵频率变化的方法，确认内漏位置为气泵出口溢流阀。后对溢流阀定值重新进行整定调整后，气泵启动频率恢复到正常范围。

4.2 MSIV限位开关反馈异常

开展局关试验时，多次出现100%限位还未完全脱开，90%限位率先触发的情况，现场多次对90%限位进行调整，但是一段时间后上述故障再次出现，导致局关试验失败。经过反复检查MSIV反馈杆，确认受热或者受力导致反馈杆松动是90%限位无法保持原位的根本原因。重新加固反馈杆，上述问题得以解决。

4.3 带载试验中MSIV误关

HPR1000机组带载试验执行到261EL带电步骤时，多次出现MSIV误关情况。分析原因为261EL带电261DR打开瞬间，251DR并未完全关闭。考虑到机组长期运行后油温升高、杂质变多，产生的杂质容易导致油路上节流孔变小堵塞[15]，将原先设计251EL失电到261EL带电的时间间隔从30秒延长到60秒，后经过多次带载试验验证，均未出现MSIV误关情况。

4.4 压力开关漏油

HPR1000机组热试期间，压力开关“O型圈”突然断裂，造成液压油泄漏，后经过解体确定压力开关结构不合理，原设计的密封圈未固定，开关承压后密封圈反复剪切受力至密封失效是根本原因。后通过改进压力开关材质，增加密封圈固定凹槽，改善密封材料等方式，最终解决压力开关漏油问题。

5 结论

本文介绍了HRP1000机组MSIV的控制原理和主要功能，对比HPR1000与M310机组MSIV在主要设备和控制逻辑的异同，详解首次投用过程中常见问题及应对方案。随着越来越多国产MSIV设备的投用，相关工程设计和运行维修经验将能为越来越多的核电厂所借鉴。