王 磊

（中核集團核電運營管理有限公司，浙江 嘉興 314000）

0 前言

穩(wěn)壓器的壓力對機組的安全至關(guān)重要，壓力過高或者過低，都會對機組的安全產(chǎn)生威脅。 壓力過高，會破壞一回路壓力邊界的完整性，導(dǎo)致壓力邊界出現(xiàn)破口（LOCA），冷卻劑喪失；壓力過低則會降低一回路冷卻劑的過冷裕度，使得堆芯冷卻劑沸騰，傳熱惡化，進而使得燃料元件燒毀，大量放射性物質(zhì)外泄。 因此，反應(yīng)堆保護系統(tǒng)（RPR）針對穩(wěn)壓器壓力這一參數(shù)設(shè)置了較多的保護閾值，當(dāng)相應(yīng)的閾值觸發(fā)時，會引發(fā)對應(yīng)的保護動作，如壓力過高會導(dǎo)致停堆，過低則會引發(fā)停堆，安注；另外還會產(chǎn)生一些允許信號和閉鎖信號。

1 穩(wěn)壓器壓力控制原理簡介

穩(wěn)壓器正常運行時，其內(nèi)部的蒸汽和水處于汽液兩相的飽和態(tài)，兩相溫度相同，此時其內(nèi)部的壓力取決于兩相的溫度。電加熱器投入，液相溫度升高，更多的水變成了汽，壓力升高；噴淋投入，兩相溫度下降，部分蒸汽凝結(jié)成水，壓力下降。 利用此原理來控制穩(wěn)壓器的壓力。穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)，通過改變穩(wěn)壓器噴淋閥的開度和控制電加熱器的功率輸出，將壓力維持在整定值15.5 MPa 上。 穩(wěn)壓器壓力的實測值由四個壓力表（RCP005，6，13，14MP）經(jīng)過選擇開關(guān)320 CC 次高選選出一個輸入到PID 調(diào)節(jié)器，與調(diào)節(jié)器本身的整定值15.5 MPa 相比較，并對壓力的偏差信號進行PID 運算。 PID 調(diào)節(jié)器的輸出即為補償壓差，用來對噴淋閥和比例式電加熱器實施連續(xù)控制，對通斷式電加熱器實施斷續(xù)控制。

正常在機組滿功率穩(wěn)定運行情況下，4#機組主控室P9 盤的EN 上的參數(shù)為： 一回路壓力有效值即次高選值在15.375 MPa.g 附近波動，PID 調(diào)節(jié)器的輸出在23%～25%之間輕微波動。此時，4RCP001，002VP 全關(guān)，4RCP402，403RC 輸出的控制信號為0（紅標(biāo)為0），模擬盤十字燈顯示為綠燈。 雖然兩個正常噴淋閥顯示為全關(guān)，實際上由一個機械擋塊使閥門保持在一個很小的開度上，以起到：保持穩(wěn)壓器內(nèi)水溫和化學(xué)成分的均勻性， 限制大流量噴淋對管線的熱應(yīng)力與熱沖擊，使比例式電加熱器以一個基值進行調(diào)節(jié)的作用。

此時理論上，補償壓差為0，PID 調(diào)節(jié)器的輸出為25%，比例式電加熱器RCP003，004RS 的功率輸出為50%，以平衡兩臺噴淋閥的小流量噴淋帶來的冷凝和設(shè)備管道的自然散熱。

2 故障回顧

2016 年02 月02 日，夜班，主控操縱員巡檢時，發(fā)現(xiàn)模擬盤上的4RCP002VP 對應(yīng)的十字燈亮起，4RCP001VP 的十字燈顯示為綠燈，4RCP403RC 的紅標(biāo)（4RCP002VP 閥門開度要求值）在 0%～5%之間輕微晃動，4RCP402RC 的紅標(biāo)（4RCP001VP 閥門開度要求值）為略高于0%的一個值，指針靜止不動。 而此時4RCP401RC（穩(wěn)壓器壓力控制器）的輸出為23%左右波動。此時的機組狀態(tài)為：一回路壓力 15.5 MPa.a，一回路平均溫度310 ℃，電功率660 MW。

3 故障分析

正常噴淋閥是CC1-A（關(guān)鍵1 級）設(shè)備，一旦失效會引起自動或手動停堆、停機等重大事件，所以該故障需盡快處理。

首先，該分析故障的關(guān)鍵點是，4RCP002VP 是否真的已經(jīng)部分開啟，因為開與沒開，性質(zhì)，后果是完全不一樣的。 如果閥門沒有開啟，而僅僅是閥門的限位顯示故障或者4RCP403RC 的指針指示不準(zhǔn)， 或者其他原因，則后果沒有那么嚴重；如果閥門實際上已經(jīng)真實有了一定的開度，則噴淋流量就會增加，進而會導(dǎo)致穩(wěn)壓器上部的更多的蒸汽的冷凝，壓力下降，PID壓力調(diào)節(jié)器輸出減小， 電加熱器的功率輸出增加，以維持穩(wěn)壓器壓力在整定值。

那如何判斷這個故障到底僅僅是閥門限位故障，4RCP403RC 指針指示不準(zhǔn)， 還是噴淋閥4RCP002VP真實有了開度，或還是別的缺陷，這需要逐個的鑒別。因為任何故障剛一出來，首先需要我們運行的通過自己的分析去給出一個盡可能精確的故障定位，然后才能要求維修人員按照我們所提供的方向去針對性地檢查相關(guān)的設(shè)備和器件；不能沒有運行的判斷就讓維修盲目地去檢查。那么接下來就對以上幾種可能的故障原因進行逐一的分析。

3.1 閥門限位故障

若僅僅是閥門的限位指示故障，閥門本身還保持在關(guān)閉位置，則缺陷不是很嚴重。并且若該現(xiàn)象成立，則以下各參數(shù)應(yīng)與正常運行的情況相符：

（1）一回路壓力穩(wěn)定在15.4MPa.g，4RCP401RC（穩(wěn)壓器壓力控制器）的輸出在23%～25%之間輕微波動；而實際值為4RCP401RC 的輸出為23%，一回路壓力為15.375MPa.g，壓力滿足要求，PID 調(diào)節(jié)器的輸出也滿足正常的調(diào)節(jié)范圍， 至少沒有明顯偏離23%～25%的正常波動范圍。

（2）再來看看手操器4RCP403RC，該手操器的紅標(biāo)，即噴淋閥4RCP002VP 的要求開度值，正常情況下，該要求開度值為0，而此時的要求開度值在0%～5%之間輕微晃動， 對比4RCP402RC 的紅標(biāo)為略高于0%的一個值，指針靜止不動，4RCP001VP 的模擬盤十字燈為綠燈。 眾所周知，主控室的各手操器的指針指示不是很精確，普遍都有一個誤差，而5%只是手操器紅標(biāo)刻度上的一小格， 因此 4RCP403RC 的紅標(biāo)在0%～5%之間輕微晃動，也不能認為4RCP403RC 就一定有了輸出。 由于，穩(wěn)壓器正常噴淋閥處于反應(yīng)堆廠房，正常運行情況下，進去不易，除非生產(chǎn)領(lǐng)域的副總簽字同意；所以，無法去現(xiàn)場直接檢查閥門的本體情況。

因此綜合以上分析， 噴淋閥4RCP002VP 的限位故障是可能存在的。

3.2 4RCP002VP 的手操器故障

手操器4RCP403RC 正常情況下的輸出信號為0， 只有當(dāng)PID 調(diào)節(jié)器的輸出大于等于39.59%時，正常噴淋閥才開始開啟，而此時PID 調(diào)節(jié)器的輸出只有23%，因此4RCP403RC 輸出應(yīng)該為0，而實際上，此時4RCP403RC 的紅標(biāo)在0～5%之間輕微晃動，考慮到主控室的手操器的指針普遍不是很精確， 也不能斷定4RCP403RC 有輸出。

若手操器真實故障，那此時最大的風(fēng)險為故障手操器的輸出擴大，導(dǎo)致噴淋閥開度加大，噴淋流量增加，穩(wěn)壓器壓力急劇下降，引發(fā)停堆，甚至安注。 為了排除手操器的故障，將4RCP403RC 置于手動，撥動撥桿全關(guān)，此時4RCP002VP 的模擬盤綠燈亮起，排除了手操器的故障。 同時懷疑4RCP002VP 之前確實有了開度。

3.3 4RCP002VP 真實有開度

假設(shè)此時4RCP002VP 的模擬盤十字燈亮可信，閥門真實有開度，但開度較小，噴淋流量稍微增加，引起PID 壓力調(diào)節(jié)器的輸出稍微減小，電加熱器輸出功率略有增加， 最終使得穩(wěn)壓器壓力不變， 穩(wěn)定在了15.4MPa.g 附近， 這也是有可能的。 下面就對噴淋閥4RCP002VP 的開度進行進一步的確認。 在KIT 中調(diào)出以下參數(shù)的趨勢:4RCP700EU(穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)器輸出)，4RCP002MT （1# 主 泵 出 口 的PZR 噴 淋 管 線 溫度），4RCP003MT （2# 主泵出口的PZR 噴淋管線溫度），4RCP001VE（穩(wěn)壓器壓力有效值）。 將二者進行仔細對比（機組均處于滿功率運行期間）。 對比可以發(fā)現(xiàn)，相同點有：（1）在此時間段內(nèi)，兩種情況的穩(wěn)壓器壓力有效值一致， 穩(wěn)定且無明顯的波動；（2）4RCP002MT（正常噴淋閥4RCP001VP 上游的噴淋水溫度計）在兩種情況下顯示均平穩(wěn)，且基本一致，約為282℃；理論情況下，若不考慮散熱損失等因素，正常噴淋閥上游的溫度應(yīng)與主泵出口一環(huán)冷段上的冷卻劑溫度相同。滿功率情況下，一回路冷段冷卻劑溫度為294℃，但考慮到主泵出口標(biāo)高為+8 m，4RCP002，3MT 的標(biāo)高為+24 m，高度差有16 m，盡管管道包裹有保溫層，但由于管內(nèi)外溫差較大， 噴淋水仍有較多的熱量散出，導(dǎo)致正常噴淋閥上游溫度往往小于主泵出口冷段溫度，略小12～14℃。

不同點有：

（1）PID 壓力調(diào)節(jié)器的輸出在兩種情況下均有波動，波動幅度差不多；故障期間，PID 調(diào)節(jié)器的輸出最小為22.36%，最大為24.99%；正常情況，PID 調(diào)節(jié)器的輸出最小為23.9%，最大為25.82%，數(shù)值均略高于故障期間，而且兩種情況下的坐標(biāo)系相同，目測觀察可以較清楚地發(fā)現(xiàn)， 該時間段內(nèi)， 故障情況對應(yīng)的PID 調(diào)節(jié)器輸出的平均值要小于正常情況所對應(yīng)的PID 調(diào)節(jié)器輸出的平均值；

（2）正常情況下，4RCP003MT（正常噴淋閥4RCP002VP 上游的噴淋水溫度計）的值一直非常平穩(wěn)， 為286.5℃。 而故障情況下，4RCP003MT 的值由288.82 ℃緩慢漲至290.13 ℃，后又緩慢下降至288.83℃，之后一直在288.8～290.13 ℃之間輕微波動，但不小于288.5 ℃。 由此可以看出，4RCP002MT 在正常和故障兩種情況下顯示溫度一致， 而4RCP003MT 在故障情況下的數(shù)值明顯大于正常情況下的數(shù)值，差額至少有2 ℃。 可以判斷出，4RCP001VP 運行沒有問題，4RCP002VP 運行可能有異常，即：4RCP002VP 有局部開度，導(dǎo)致噴淋流量增加，因此4RCP003MT 溫度上漲， 明顯高于正常值。 并且4RCP403RC 的紅標(biāo)在0%～5%之 間 輕 微 晃 動，4RCP003MT 也 在288.8 ～290.13 ℃之間輕微波動，懷疑4RCP002VP 的真實開度很可能也在輕微的波動。 而且，故障期間PID 調(diào)節(jié)器輸出較正常偏低一些， 可以再次確認4RCP002VP真實有了局部開度。

3.4 結(jié)論

綜上所述，基本可以判斷，4RCP002VP 限位十字燈亮真實， 即閥門已經(jīng)離開全關(guān)限位； 手操器4RCP403RC 可用，且其到閥門本體的控制回路正常。故障很有可能來自手操器4RCP403RC 上游的信號回路。 將上述判斷反饋給維修儀控人員，引導(dǎo)其沿此方向檢查， 最終發(fā)現(xiàn)4RCP002VP 對應(yīng)的調(diào)節(jié)卡件4RCP403RG 輸出高漂， 正好處在閥門限位開關(guān)動作的臨界點上， 導(dǎo)致主控顯示4RCP002VP 的限位十字燈亮。 更換卡件后， 投入2 組通斷式加熱器， 隨著4RCP401RC 的輸出增加到40%時，4RCP001/002VP相繼自動開啟，隨著4RCP401RC 的增大，兩臺閥門開度增大，開度基本保持一致，4RCP002VP 手自動切換正常。故障判斷正確并成功處理。由此可見，機組出現(xiàn)異常，即使現(xiàn)象不明顯，只要經(jīng)過細致的分析，仍有可能找到問題的根源。

4 正常噴淋閥的其他異常及處理

根據(jù)邏輯圖分析，正常噴淋閥平時是運行在自動調(diào)節(jié)狀態(tài)， 在模擬控制信號喪失或SAR 儀用壓空失去的情況下，閥門保持在關(guān)閉狀態(tài)；在48V 繼電器失電情況下，閥門保持在自動控制狀態(tài)。

（1）正常情況下，噴淋閥保持關(guān)閉（在小流量擋塊上），比例式電加熱器保持約50%的功率輸出。此時喪失模擬信號或閥門失氣， 閥門保持在關(guān)位置不變，對穩(wěn)壓器的壓力控制不會產(chǎn)生瞬態(tài)。 若此時，噴淋閥有了局部開度（如在大流量稀釋或硼化，較多地改變主回路硼濃度，有通斷式電加熱器投入時），單個閥門突然的失氣失電， 會導(dǎo)致該閥關(guān)閉， 穩(wěn)壓器壓力上漲，PID 輸出增加， 另一臺完好的噴淋閥開度會增加，最終可以將壓力穩(wěn)定在15.4MPa.g。

（2）若噴淋閥的控制回路故障，如輸出信號高漂，滿漂等導(dǎo)致噴淋閥開度增大甚至全開，則會導(dǎo)致穩(wěn)壓器的壓力急劇下降，甚至引發(fā)安注。噴淋閥故障開大，會導(dǎo)致穩(wěn)壓器壓力降低， 比例式加熱器功率輸出增加，若壓力繼續(xù)下降，通斷式加熱器投入。 若此時，仍無法穩(wěn)住穩(wěn)壓器壓力， 則應(yīng)盡快停運對應(yīng)環(huán)路的主泵，RCP001VP 對 應(yīng) 的 是1#主 泵，RCP002VP 對 應(yīng) 的是2#主泵，以終止壓力的下降。 若此時P7 存在，一臺主泵停運則會導(dǎo)致緊急停堆，若核功率＜P7，則不會導(dǎo)致停堆。若P7 雖然存在，但穩(wěn)壓器壓力下降過程較為緩慢，有充足的時間降功率，則應(yīng)以最快的30 MW/min的速率降負荷至P7 以下，再停運相應(yīng)的主泵。已盡可能地避免壓力低所導(dǎo)致的停堆，安注。由此可見，正常噴淋閥故障開的危險性要比故障關(guān)大得多。