□高 賡

甩負荷到廠用電試驗是核電站調試階段非常重要的一項綜合性試驗，其目的是在機組轉入孤島運行的瞬態(tài)過程中，驗證一二回路各主輔系統(tǒng)設備協(xié)調工作的能力；驗證各主要調節(jié)器的調節(jié)性能，并獲取試驗數(shù)據(jù)以修改、整定主要調節(jié)器參數(shù)；根據(jù)汽輪發(fā)電機組帶廠用電運行時供電頻率和電壓的變化情況以驗證廠用電供電可靠性。由于該試驗失敗可能導致機組切換至備用電源供電甚至失去所有廠外電源，因此該項試驗一般都置于調試階段后期進行，通過前面一系列的試驗盡可能地找出可能影響該試驗的缺陷加以消除，對主要調節(jié)器的性能進行優(yōu)化，保證試驗順利實施。

一、核電機組正常運行方式簡述

正常功率運行時，該核電廠有兩種運行模式，模式“N”：基本模式或基本負荷運行模式，機跟堆運行模式；模式“T”：調節(jié)模式或負荷跟蹤運行模式，堆跟機運行模式；負荷控制由兩個控制系統(tǒng)實現(xiàn)：反應堆功率控制系統(tǒng)(APC)和汽輪機電液調節(jié)和保護系統(tǒng)(DEH)。另外，二回路設置有蒸汽旁路排放系統(tǒng)，作用是在二回路突然甩負荷時可通過將蒸汽旁路汽輪機直接排入凝汽器以防止主蒸汽集管壓力不可控升高而導致蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥或安全閥動作，正常該系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。

二、試驗先決條件

(一)組織準備。試驗前對所有參與試驗人員已進行安全和技術交底，參與試驗的人員與配置符合要求；參加試驗人員提前準備好便攜式照明工具及其它個人防護用品；確認試驗區(qū)域通訊系統(tǒng)、應急照明可用；確認可能因為試驗導致?lián)p壞或數(shù)據(jù)丟失的系統(tǒng)和設備已退出或已采取有效控制措施；確認消防車、醫(yī)療救護車已提前在指定地點待命；少一臺輔助鍋爐處于熱備用狀態(tài)或者可從相鄰機組供應輔助蒸汽。

(二)機組狀態(tài)準備。機組出線兩側500KV開關同期裝置的試驗已完成；備用電源處于可用狀態(tài)；可靠段及應急段母線上的柴油機處于熱備用狀態(tài)；安全系統(tǒng)處于備用工況；一回路容積及硼控系統(tǒng)泵全部可用且系統(tǒng)除氣儲箱里有足夠的一回路冷卻劑已補償功率變化引起的一回路液位變化量；對于可能因全廠斷電事故而造成的安全殼誤噴淋和蒸汽發(fā)生器應急給水誤注入的風險，已采取有效措施得以消除；汽輪機相關停機試驗已完成；汽輪發(fā)電機相關油系統(tǒng)的直流油泵可用；二回路旁路排放系統(tǒng)系統(tǒng)可用，蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥可用，二回路各調節(jié)器工作正常；儀控相關系統(tǒng)運行正常；為應對可能發(fā)生的全廠斷電事故，其他相關安措已經完成，如：廢水接收系統(tǒng)和地坑液位保持在下限，供電母線及負荷的控制電源已轉由不間斷電源供電，停運不需連續(xù)運行系統(tǒng)的輔助加熱蒸汽等。

三、試驗過程及數(shù)據(jù)分析

(一)試驗過程。試驗當日07:10分，拉開最后一個500kV開關后，機組轉孤島運行。反應堆根據(jù)主變高壓側開關斷開信號觸發(fā)快速預保護和反應堆功率限制動作，快速預保護動作后核功率迅速降至52.5%左右，隨后功率限制系統(tǒng)通過調節(jié)棒組繼續(xù)降低反應堆功率至40%以下，動作結束后反應堆功率控制系統(tǒng)(APC)投入N模式維持當前功率。汽輪機根據(jù)超速預保護信號(OPC)關閉高壓主調門和低壓主調門，待轉速降低后逐漸打開高低壓主調門，汽輪機電液調節(jié)和保護系統(tǒng)DEH投入自動并維持汽機轉速，蒸汽旁路排放系統(tǒng)根據(jù)甩負荷信號打開以維持主蒸汽集管壓力6.27MPa，機組進入孤島運行狀態(tài)后機組各主要性能參數(shù)趨于穩(wěn)定，試驗結束。07:24通過500kV同期裝置并入電網(wǎng)。接著提升汽輪機功率至蒸汽旁路排放系統(tǒng)閥門關閉，隨后按照計劃繼續(xù)提升功率。

(一)數(shù)據(jù)分析。

1.反應堆功率。在接收500kV開關斷開信號后，快速預保護動作，核功率迅速降至52.3%，隨后因為功率負反饋核功率回升至56.8%左右，由于500kV開關斷開信號存在，限制核功率在40%以下，故功率限制系統(tǒng)繼續(xù)通過調節(jié)棒組降低核功率至40%，降功率速率約為0.36%/s。限功率信號消失后反應堆功率控制系統(tǒng)(APC)自動投入N模式，維持當前功率。熱功率下降速度比核功率略慢，經過300秒后基本保持與核功率相當。瞬態(tài)過程中，反應堆功率限制系統(tǒng)正確動作，滿足設計要求。

2.一回路壓力。由于反應堆快速預保護動作使反應堆功率快速下降，一回路壓力跟隨反應堆功率下降而開始減低，下降的過程中由于功率負反饋和一回路穩(wěn)壓系統(tǒng)電加熱器的投入而短暫回升一點，之后繼續(xù)下降。最低15.31MPa，約600秒后基本回到額定壓力。瞬態(tài)過程中，一回路壓力相關聯(lián)鎖邏輯正確動作，滿足設計要求。

3.一回路穩(wěn)壓系統(tǒng)儲罐(穩(wěn)壓器)液位。由于反應堆快速預保護動作反應堆功率迅速下降一回路被冷卻收縮穩(wěn)壓器液位在試驗開始后就快速下降。最低6.39m，約80秒后液位開始逐漸回升，期間一回路容積及硼控系統(tǒng)備用小泵根據(jù)根據(jù)液位偏差自動啟動向一回路補水。瞬態(tài)過程中，穩(wěn)壓器液位相關聯(lián)鎖邏輯正確動作，滿足設計要求。

4.蒸汽發(fā)生器液位。瞬態(tài)過程中四臺蒸汽發(fā)生器液位變化趨勢基本一致。開始階段，核功率下降使主冷卻劑泵的載熱量降低，蒸汽發(fā)生器給水調節(jié)閥從73%迅速關閉至55%，期間蒸汽發(fā)生器液位略有下降，給水調節(jié)閥動作正常。隨著主蒸汽集管壓力升高，蒸汽發(fā)生器液位開始下降，期間給水調節(jié)閥根據(jù)液位略有波動，經過2分鐘的周期性振蕩后蒸汽發(fā)生器液位恢復穩(wěn)定。

5.汽機轉速變化。斷開最后一個500KV開關后第1秒高壓主調閥和再熱主調閥全部關閉，第3秒汽機轉速上升到最高1544rpm，第5秒后轉速就開始下降，同時再熱主調閥開始打開，隨后2號高壓主調閥開始緩慢開啟，第58秒其他高壓主調閥開始緩慢開啟，轉速在第60秒降到最低點1492rpm，最后穩(wěn)定在1496rpm。操縱員手動修改轉速定值為1503rpm，實際轉速即恢復額定值1500rpm。

6.主蒸汽集管壓力。試驗初始階段，超速預保護OPC的動作導致主蒸汽集管壓力迅速上升，在第1秒時所有旁路排放系統(tǒng)閥門根據(jù)汽輪機甩負荷信號投入自動并觸發(fā)快開動作，所有旁路排放系統(tǒng)閥門均已全開，第7秒快開動作結束，旁路排放系統(tǒng)進入調節(jié)模式并逐漸回關到40%左右，但實際的主蒸汽集管壓力仍在上升中，經過3秒后旁路排放系統(tǒng)閥門又開始逐漸開大，第14秒主蒸汽集管壓力達到最高值6.54MPa，第18秒時所有旁路排放系統(tǒng)再次到達全開，此次全開為正常根據(jù)壓力調節(jié)全開，非快開動作，之后慢慢跟隨主蒸汽集管壓力的下降最終維持在6.27MPa；瞬態(tài)過程中主蒸汽集管最高壓力為6.517MPa。

7.除氧器的壓力和液位。凝結水出口壓力和流量根據(jù)降功率過程變化動作正常；試驗過程中汽輪機熱力機械參數(shù)均正常，沒有超出報警限值；試驗期間汽輪機最大軸承振動是30MKD12CY003，最大轉子振動30MAD02CY001，相比正常運行期間無較大變化。

四、核電廠在孤島運行模式下應注意的問題

(一)當汽輪機甩負荷至孤島運行時，廠用電負荷設定值與負荷實際值存在偏差。目前汽輪機電液調節(jié)和保護系統(tǒng)(DEH)邏輯的設計中，當汽輪機甩負荷至孤島運行時，汽輪機發(fā)電機進入一種特殊的模式：轉速模式下的負荷控制方式，負荷設定值自動設置為0，仿真機模擬廠用電負荷為90MW，負荷設定值和負荷實際值之間存在偏差。根據(jù)轉速不等率計算，此時負荷偏差對應轉速偏差為5rpm。DEH邏輯中負荷和轉速共用一個PI調節(jié)器，由于負荷存在偏差，因此實際轉速只能維持在1495rpm，此時需要操縱員手動將轉速設定值從1500rpm修改為1505rpm，這樣實際轉速才能保持1500rpm。另外，孤島運行重新并網(wǎng)后，需要操縱員通過控制畫面上的操作按鈕手段將轉速模式切換至負荷控制模式。對于目前的控制邏輯，在孤島運行期間，隨著部分設備的啟停，負荷將出現(xiàn)波動，如果汽輪機轉速不能自動調節(jié)，并維持在額定頻率，由此引起的頻率變化將會對核島一些重要設備造成影響。所以，整個孤島期間，在無需操縱員的干預下，汽輪機的轉速應能維持在1500rpm，同時在廠用電負荷發(fā)生波動時，且無操縱員干預的情況下，汽輪機的轉速應自動調節(jié)到額定頻率。同時，在并網(wǎng)后DEH也應自動切換至負荷模式。故建議在孤島運行時，將廠用電時的負荷設定值改為跟蹤實際負荷，汽輪機轉速自動維持1500rpm，同時并網(wǎng)后設置延時自動切換控制模式。

(二)汽輪發(fā)電機組孤島運行時間。汽輪發(fā)電機組孤島運行時間應該是汽輪發(fā)電機組的一項性能指標，允許時間越長，對核安全越有利。當然這還與孤島運行所帶的廠用電負荷及核島蒸汽流量有一定的關系。該核電機組孤島運行所帶的廠用電負荷初步估計為60MW，孤島運行時由核島提供的蒸汽流量約為額定功率時的40%，允許通過蒸汽旁路排放系統(tǒng)將多余蒸汽直接排至冷凝器。但讓汽輪發(fā)電機長時間保持在很低的功率運行，汽輪機的鼓風作用太小，對汽輪機末級葉片的性能指標是一個考驗，另外，長時間將30%功率左右的新蒸汽通過旁路排入凝汽器，對凝汽器鈦管形成持續(xù)沖刷，對其使用壽命也會產生一定影響。