胡詩(shī)毅 鄭雪

摘 要：大亞灣核電基地歷史上曾發(fā)生因一二回路功率變化導(dǎo)致GRE上位機(jī)的蒸汽流量限制起作用，汽輪機(jī)功率被套住無法進(jìn)行改變的事件，針對(duì)這些事件的背景及原理進(jìn)行分析，以尋求解決該問題的方案。

關(guān)鍵詞：GRE上位機(jī)；蒸汽流量限制；壓力模式；解套

中圖分類號(hào)：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）24-0070-03

1 背景介紹

2012-4-10因?yàn)榘l(fā)生電網(wǎng)事故，嶺澳核電站開啟降負(fù)荷。降至約940 MW，因?yàn)椤皦毫刂啤蔽赐顺鰧?dǎo)致“壓力控制-反應(yīng)堆模式”生效，GRE上位機(jī)被套住，機(jī)組停止降功率，其后按解套預(yù)案，點(diǎn)動(dòng)下位機(jī)降汽機(jī)功率，逐步降低壓力值，解套后，GRE上位機(jī)將目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定為當(dāng)前值，并通過G棒匹配功率和冷熱，“壓力控制-反應(yīng)堆模式”生效及處理期間停留約5 min。

2002年5月10日00：59大亞灣1號(hào)主控突然出現(xiàn)一系列報(bào)警，高壓缸四個(gè)調(diào)節(jié)閥開大，汽機(jī)高壓缸入口壓力上升為60.2巴，大于操縱員設(shè)定壓力60巴，正常壓力模式起作用導(dǎo)致高壓缸調(diào)節(jié)閥不能自動(dòng)關(guān)小所致?？紤]到反應(yīng)堆長(zhǎng)時(shí)間處于超功率狀態(tài)違反核安全要求，決定退出壓力模式后降低反應(yīng)堆功率。為防止退出壓力模式瞬間功率波動(dòng)，首先將G棒置手動(dòng)，退出壓力模式，降負(fù)荷至950 MW。

1999年9月26日，臺(tái)風(fēng)過后，機(jī)組從760 MW開始升功率，目標(biāo)負(fù)荷設(shè)在800 MW，操縱員蒸汽流量限制為72%。當(dāng)上位機(jī)顯示蒸汽流量定值達(dá)到77%時(shí)，調(diào)節(jié)器上位機(jī)由自動(dòng)負(fù)荷控制轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制。操縱員發(fā)現(xiàn)情況后，重新設(shè)置操縱員蒸汽流量限制為80%，并切回到自動(dòng)負(fù)荷控制，造成發(fā)電機(jī)功率陡升到800兆瓦引起5%功率階躍，因G棒在堆頂，致使R棒提出，引起I右預(yù)警線報(bào)警，隨后在自動(dòng)方式下，機(jī)組穩(wěn)定在800 MW。

2 知識(shí)點(diǎn)介紹

2.1 操縱員蒸汽需求限制原理

操縱員通過上位機(jī)對(duì)蒸汽需求量給出的限值。該值可以設(shè)定（通過上位機(jī)Steam Demand Limit按鍵），在開始升負(fù)荷以前應(yīng)根據(jù)目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定合適的蒸汽流量限值以防升負(fù)荷過程中蒸汽流量限值起作作用。

當(dāng)蒸汽流量限值起作用后，實(shí)際蒸汽流量不再上升，GRE就會(huì)馬上由自動(dòng)轉(zhuǎn)到手動(dòng)狀態(tài)。、

操縱員可通過上位機(jī)對(duì)蒸汽需求量給出一個(gè)限值，可在-50%～105%之間。若不設(shè)置，默認(rèn)為105%。機(jī)組穩(wěn)態(tài)時(shí)，SD LIMIT設(shè)置比ACTUAL SD高13%。蒸汽需求限制原理圖，如圖1所示。

2.2 高壓缸入口壓力控制原理

壓力控制模式與其說是一種控制功能不如說是一種保護(hù)功能，它的原理是在系統(tǒng)同期狀態(tài)下（并網(wǎng)），采集壓力信號(hào)與壓力參考值比較，通過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生壓力限制，與操縱員蒸汽流量限制，超速限制，超加速限制一起（小選），產(chǎn)生蒸汽流量限制，將汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)氣壓力控制在設(shè)定值上。目的是限制汽機(jī)進(jìn)汽壓力或限制汽機(jī)進(jìn)汽壓力的增長(zhǎng)速率，防止一回路超功率。

壓力控制兩種模式：正常模式（Normal Mode ）和反應(yīng)堆模式（Reator Mode）。 壓力控制方框圖，如圖2所示。

正常模式（Normal Mode ）：正常模式的壓力定值來源于系統(tǒng)的設(shè)定Pmax以及操縱員終端設(shè)定Operator Pressure reference，當(dāng)高壓缸入口壓力上升超過設(shè)定值時(shí)，PI調(diào)節(jié)器計(jì)算產(chǎn)出與此壓力相對(duì)應(yīng)的蒸汽流量限值（小于105%SD），如果壓力限制小于蒸汽需求指令則壓力模式投入運(yùn)行，閥門受壓力控制產(chǎn)生的限值進(jìn)行調(diào)節(jié)（入列，顯示" HP INLET PRESSURE CONTROL-NORMAL”）。

在系統(tǒng)壓力小于壓力定值，壓力控制計(jì)算的限值逐漸增長(zhǎng)并大于蒸汽需求指令，高壓缸入口壓力控制解除，微型調(diào)節(jié)器恢復(fù)到高壓缸入口壓力控制投入以前的狀態(tài)（手動(dòng)或自動(dòng)）（出列）。為避免PI調(diào)節(jié)器的積分作用使閥門過度關(guān)閉產(chǎn)生蒸汽鎖效應(yīng)，系統(tǒng)對(duì)壓力模式設(shè)置了限制，由可調(diào)參數(shù)“Pressure Control M in SD Limit”進(jìn)行限制（通過工程師終端設(shè)定），若低于該值，則輸出“Pressure Control M in SD Limit”。同時(shí)為了避免頻繁的出入列，軟件上設(shè)置了死區(qū)，同時(shí)需要將壓力參考值調(diào)大一些，以補(bǔ)償設(shè)置死區(qū)而降低的出力。

反應(yīng)堆模式：當(dāng)反應(yīng)堆功率小于96%Pn時(shí)，開關(guān)K1～K5的位置如圖1所示。當(dāng)反應(yīng)堆功率上升到96%Pn時(shí)，核功率測(cè)量系統(tǒng)RPN向汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)邏輯信號(hào)，汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)即轉(zhuǎn)為反應(yīng)堆壓力控制模式。該信號(hào)將開關(guān)K3置向右方，開關(guān)K2、K4閉合，并將與開關(guān)K4聯(lián)動(dòng)的開關(guān)K5置向下方。比較及存貯環(huán)節(jié)記憶并輸出當(dāng)時(shí)汽機(jī)進(jìn)汽壓力PR。PR經(jīng)開關(guān)K3輸至加法器。預(yù)先設(shè)置的汽機(jī)進(jìn)汽允許壓力Pmax（一般設(shè)置為105%SD）與PR的差值經(jīng)開關(guān)K4輸至開關(guān)K1。開關(guān)K1受上位機(jī)鍵盤上的壓力釋放按鍵控制。在操縱員按這個(gè)按鍵之前，K1是斷開的，此時(shí)Pmax-PR不能輸至加法器，加法器的輸出僅為PR。低選門在操縱員設(shè)置的汽機(jī)進(jìn)汽壓力限值Pr2與PR值中選出一個(gè)最低值，汽機(jī)進(jìn)汽壓力與它比較。比例積分調(diào)節(jié)器維持汽機(jī)進(jìn)汽壓力不變，汽機(jī)功率及反應(yīng)堆功率也維持不變。 反應(yīng)堆模式生效邏輯圖，如圖3所示。

待反應(yīng)堆功率穩(wěn)定下來以后，操縱員可按“壓力釋放”鍵，使開關(guān)K1閉合。速率限值比較器的輸出即以操縱員設(shè)置的很小的升壓速率向終值（Pmax-PR）過渡。該輸出通過開關(guān)K2加到加法器。加法器輸出Pr1即從原來的PR逐漸增加，最終引起汽機(jī)進(jìn)汽壓力緩慢上升，汽機(jī)功率和反應(yīng)堆功率也緩慢上升。這個(gè)壓力上升速率可以用壓力控制欄的速率鍵設(shè)定，最大值為0.003 Pmax/min。

通過先維持汽機(jī)進(jìn)汽壓力不變，再以緩慢速率上升的方法，防止了反應(yīng)堆在接近滿功率時(shí)產(chǎn)生超調(diào)。通過壓力控制欄的參考值按鍵和數(shù)字鍵用人機(jī)對(duì)話方式設(shè)置壓力限值Pr2，用投入鍵投入壓力控制。當(dāng)Pr1增加到Pmax后，比較器輸出邏輯信號(hào)，使各開關(guān)恢復(fù)原位。 反應(yīng)堆模式信號(hào)示意圖，如圖4所示。

圖4中（a）是正常情況，反應(yīng)堆功率超過96%后沒有波動(dòng)，持續(xù)保持96%以上，這種情況該信號(hào)存在10 s后消失。圖（b）是另一種特殊情況，信號(hào)在96%附近波動(dòng)時(shí)就會(huì)反復(fù)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。由于RPN堆外中子測(cè)量的隨機(jī)性會(huì)造成測(cè)量值在一個(gè)較小幅度頻繁波動(dòng)，且RPN424/448/460/472XU設(shè)計(jì)中沒有回差，實(shí)際運(yùn)行過程中也遇到過這種情況，當(dāng)出現(xiàn)這種情況特別是反復(fù)出現(xiàn)間隔較短，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)觸發(fā)的信號(hào)一直不能消除，此時(shí)操縱員不能實(shí)施“釋放”，不能“釋放”意味著二回路功率不能升高，同樣由于采用“堆跟機(jī)”的控制模式，反應(yīng)堆功率也就不能上升，這就落入死循環(huán)，功率永遠(yuǎn)“穩(wěn)定”在96%附近。這需要操縱員手動(dòng)升降功率，盡快使反應(yīng)堆觸發(fā)信號(hào)消除，這樣才能打破死循環(huán)。

出現(xiàn)圖4中（b）情況下，則需手動(dòng)退出反應(yīng)堆模式。

3 模擬機(jī)操作

為了驗(yàn)證操縱員蒸汽需求限制、壓力控制-正常模式、壓力控制-反應(yīng)堆模式三種蒸汽流量限制生效后對(duì)機(jī)組的影響及如何退出限制才能對(duì)機(jī)組的擾動(dòng)最小，對(duì)此進(jìn)行了探究。

3.1 操縱員蒸汽需求限制生效后的退出

操縱員蒸汽需求限制生效后，按照S程序或者瞬態(tài)干預(yù)導(dǎo)則方法可解除限制。解除后電功率無自動(dòng)波動(dòng)，但在解除過程中因G棒在手動(dòng)位置，需關(guān)注一回路核熱功率及冷熱變化。

方法一：用下位機(jī)減小蒸汽流量設(shè)定值。

①將G棒放手動(dòng)控制；

②調(diào)整目標(biāo)負(fù)荷為實(shí)際負(fù)荷值；

③用數(shù)字鍵輸入實(shí)際負(fù)荷值；

④觸摸“ENTER”按鈕；

⑤按下LOWER和PERMIT鍵使；

⑥SDSetPt與OpSDLim一致；

⑦選擇自動(dòng)負(fù)荷控制方式；

⑧提高OpSDLi 值。

方法二：增加操縱員蒸汽流量設(shè)定值。

①將G棒放手動(dòng)控制；

②調(diào)整目標(biāo)負(fù)荷為實(shí)際負(fù)荷值；

③用數(shù)字鍵輸入實(shí)際負(fù)荷值；

④觸摸“ENTER”按鈕；

⑤觸摸“RATE”按鈕，并用數(shù)字；

⑥鍵輸入負(fù)荷速率數(shù)值為0.5MW/Min；

⑦觸摸“ENTER”按鈕；

⑧選擇自動(dòng)負(fù)荷控制方式，若不成功，將操縱員蒸汽流量限制改大0.1（%），再投自動(dòng)。重復(fù)該步，直到上位機(jī)在自動(dòng)負(fù)荷控制下將蒸汽流量設(shè)定值降到實(shí)際負(fù)荷值；

⑨提高OpSDLim值。

3.2 高壓缸入口壓力模式

壓力控制兩種模式：正常模式（Normal Mode）和反應(yīng)堆模式（Reator Mode）。

3.2.1 高壓缸入口壓力模式（正常模式）

我們?cè)囼?yàn)了四種退出正常高壓缸入口壓力模式的方法。

①直接修改高壓缸入口設(shè)定值REF。

把REF直接改為當(dāng)前壓力加上3bar，改完以后電功率將快速向load set point 變化，速率RATE不起作用，此時(shí)即使改變上位機(jī)target load ，load set point仍然保持不變，電功率直至達(dá)到load set point才開始以設(shè)定速率向target load變化。

所以直接改變REF會(huì)造成電功率的波動(dòng)，波動(dòng)的大小與壓力模式中電功率的變化大小相關(guān)，壓力模式中電功率變化越大，退出壓力模式后電功率的瞬間變化也大。

②用下位機(jī)減負(fù)荷減小高壓缸入口壓力。

根據(jù)機(jī)組實(shí)際經(jīng)驗(yàn)：利用下位機(jī)減電負(fù)荷從而使實(shí)際高壓缸入口壓力減小，當(dāng)壓力低于REF一定值后，高壓缸入口壓力模式可退出。

但是在模擬機(jī)的操作過程中，發(fā)現(xiàn)高壓缸入口壓力模式生效后，無法操作下位機(jī)來減負(fù)荷。此種方法驗(yàn)證失敗。

③利用上位機(jī)直接退出高壓缸入口壓力模式。

在上位機(jī)上直接利用OUT退出高壓缸入口壓力模式時(shí)，上位機(jī)將直接轉(zhuǎn)手動(dòng)，電功率維持在波動(dòng)的那一瞬間的電功率不再變化，波動(dòng)小，退出之后可正常操作上位機(jī)升負(fù)荷。

需要注意的是若果上位機(jī)還沒有顯示“HP INLET PRESSURE CONTROL-NORMAL”，只是HPpressurelimit 開始下降時(shí)就退出高壓缸入口壓力模式，負(fù)荷將同直接修改REF一樣，向load set point 變化，速率RATE不起作用，此時(shí)即使改變上位機(jī)target load ，load set point仍然保持不變，電功率直至達(dá)到load set point才開始以設(shè)定速率向target load變化。

④利用操縱員蒸汽需求限制。

在上位機(jī)上改變操縱員蒸汽需求限制至比Actual load小1%，這樣操縱員蒸汽需求限制將生效，此時(shí)在將高壓缸入口壓力模式直接OUT，因?yàn)橛蠸D的限制，電功率仍然處于SD限制的波動(dòng)中。在高壓缸入口壓力模式退出以后，再利用操縱員蒸汽需求限制的解套方法將其解除。

這種方法解除限制之后電功率波動(dòng)小，之后可在上位機(jī)上重新設(shè)置。

3.2.2 高壓缸入口壓力模式（反應(yīng)堆模式）

對(duì)于高壓缸入口壓力模式（反應(yīng)堆模式），我們實(shí)驗(yàn)了三種解套方法。

①直接退出。

直接退出反應(yīng)堆模式與直接退出正常壓力模式效果相似

波動(dòng)也較小。

②用下位機(jī)降負(fù)荷。

與正常壓力模式相同，在反應(yīng)堆模式生效時(shí)，模擬機(jī)上也不利用下位機(jī)改變電負(fù)荷。

③利用操縱員蒸汽需求限制。

這種方法的效果與正常壓力模式也相似，在實(shí)際機(jī)組上也應(yīng)用過，對(duì)機(jī)組的影響較小。

4 模擬機(jī)操作小結(jié)

在驗(yàn)證操縱員蒸汽需求限制退出時(shí)，根據(jù)S*GRE程序或者瞬態(tài)導(dǎo)則即可。

在正常高壓缸入口壓力模式生效退出時(shí)，四種方法種直接退出法、利用操縱員蒸汽需求限制法解套之后的電功率波動(dòng)較小，而直接修改REF退出之后電功率波動(dòng)較大，利用下位機(jī)降負(fù)荷因?yàn)槟M機(jī)模擬失敗，沒有得到驗(yàn)證。需要特別注意的是，在正常高壓缸入口壓力模式剛開始降HP pressure limit時(shí)就采用直接退出法的話，電功率將有較大波動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 濮繼龍.大亞灣核電站運(yùn)行教程（上下）精裝[M].北京：原子能出版社，

1999。