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★北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司王玉豐，魏劍輝，陳濤，高連國

關(guān)鍵詞：熱負荷；旁排閥；閥位重構(gòu)

VVER1200機組采用俄羅斯設(shè)計的最先進的第三代反應(yīng)堆裝置，汽輪機為上海電氣提供的百萬千瓦等級核電汽輪機。其汽輪機的旁路排汽系統(tǒng)的主要功能是在組啟動、停機和汽輪機負荷加載時，通過汽輪機旁路排汽調(diào)節(jié)閥（后文中簡稱旁排閥）將蒸汽發(fā)生器中多余蒸汽排放到汽輪機凝汽器中，避免蒸汽發(fā)生器內(nèi)的壓力過大引起蒸汽發(fā)生器安全閥動作[1]。為保證凝汽器中的熱負荷平衡，汽輪機旁排閥使用調(diào)節(jié)閥分組重構(gòu)建方案。VVER1200機組中汽輪機旁排閥位重構(gòu)建方案優(yōu)化后，六組調(diào)節(jié)閥位總和進行自動調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)無擾調(diào)節(jié)。旁排閥自動模式下閥位重新構(gòu)建時，旁排閥開度會穩(wěn)定增大或減小，保證了蒸汽發(fā)生器中的蒸汽排放到凝汽器（A、B、C）的熱負荷平緩變化，不會造成二回路主蒸汽壓力變化，使主蒸汽的壓力保持穩(wěn)定，確保了機組的正常運行。

1　旁排閥重構(gòu)方案

1.1　旁排閥分組

汽輪機旁路系統(tǒng)從主蒸汽系統(tǒng)引出兩根排放總管，它們又分別接出3根排放支管。6根支管分別接入凝汽器兩側(cè)，每根支管上有一個常開的隔離閥和調(diào)節(jié)閥，如圖1所示。

圖1旁排閥組布置圖

旁排閥共有六個分為四組：第一組為一個調(diào)節(jié)閥（MAN22_AA201），第二組為一個調(diào)節(jié)閥（MAN21_AA201），第三組為一個調(diào)節(jié)閥（MAN23_AA201），第四組為三個調(diào)節(jié)閥（MAN11/12/13_AA201）。

VVER1200機組通過調(diào)節(jié)四組旁排閥的位置大小，實現(xiàn)一回路功率與二回路負荷達到平衡，保證了核電站的安全可靠運行。

1.2　旁排閥重構(gòu)優(yōu)化前方案

優(yōu)化前方案如圖2所示，控制方案采用連續(xù)調(diào)節(jié)功能塊放大100倍處理，將每個旁排閥的輸出量程轉(zhuǎn)換在0~10,000之間，將每個旁排閥的輸出限幅在870~10,000之間，運算時減去死區(qū)870。

第一組啟動方案：當(dāng)四組旁排閥輸出總和大于等于1200-870，第一組旁排閥投入自動模式；

第二組啟動方案：當(dāng)四組旁排閥輸出總和大于等于2000-870，此時第二組旁排閥投入自動模式；

第三組啟動方案：當(dāng)四組旁排閥輸出總和大于等于（2000-870）×2，此時第三組旁排閥投入自動模式；

第四組啟動方案：當(dāng)四組旁排閥輸出總和大于等于（2000-870）×3，此時第四組旁排閥全部投入自動模式。

圖2 旁排閥重構(gòu)方案（優(yōu)化前）

上述控制方案主要存在以下問題：

（1）手動模式下，旁排閥的位置不受開度和順序的限制，造成第一組旁排閥自動投入無需達到最小開度12%，同時引起總閥位的突然增大、二回路主蒸汽的壓力突然降低，一、二回路失去平衡。

（2）自動模式下，后組旁排閥投入自動模式無需滿足前組旁排閥位均已達到20%的啟動順序要求，進行閥位重構(gòu)邏輯，產(chǎn)生誤投自動模式，偏離操作員的預(yù)期操作，影響機組的安全運行。

2   新的旁排閥控制方案要求

旁排閥在啟動的過程中，為了維持各凝汽器熱負荷平衡，需使各組調(diào)節(jié)閥門的開度之間的偏差盡量小。VVER1200機組設(shè)置了旁排閥啟動過程的專用調(diào)節(jié)閥門啟動順序，使各組閥門開度一致（閥門開度8.7%以下為死區(qū)，即默認為閥門開度大于8.7%后才能有蒸汽流通，第一組旁排閥打開最小開度為12%時投入閉環(huán)控制，自動調(diào)節(jié)一、二回路負荷的平衡，當(dāng)?shù)谝唤M旁排閥開度大于20%后，將第二組旁排閥自動投入自動模式，按此順序啟動直到四組旁排閥全部投入自動模式）。根據(jù)旁排閥的行程與流量特性曲線，旁排閥開度從8.7%至100%開度與流量之間近似線性關(guān)系，為保證調(diào)節(jié)閥開度之間的偏差盡量小，四組旁排閥的總閥位在每次重構(gòu)建觸發(fā)時，重新進行閥位開度平均分配[2]。當(dāng)上一組閥門開度超過20%時，下一組閥門與前幾組閥門開度重新構(gòu)建（如圖3所示）。在旁排閥位重構(gòu)建時，旁排閥在非OM（操作員）站手動狀態(tài)，閥門從第一組到第四組依次開啟，當(dāng)?shù)谝唤M閥門投閉環(huán)時，閥位值為12%（最小閥門位置），其后閥門投入作用是在之前的閥門開度達到20%才進行。旁排閥位重構(gòu)建公式：[（20%-8.7%）×當(dāng)前工作閥門個數(shù)/下一時刻工作閥門個數(shù)]+8.7%。

圖3旁排閥重構(gòu)方案

2.1   旁排閥重構(gòu)建優(yōu)化后方案

優(yōu)化后方案如圖4所示，連續(xù)調(diào)節(jié)功能塊采用0至100的量程處理（采用PID+AMAN模擬量接口手操器，PID精度可以滿足需求），調(diào)節(jié)閥的輸出量程為0至100。第一組啟動方案：當(dāng)?shù)谝唤M調(diào)節(jié)閥開度大于等于12%，此時第一組調(diào)節(jié)閥投入自動模式；第二組啟動方案：第一組調(diào)節(jié)閥開度大于等于20%，此時第二組調(diào)節(jié)閥投入自動模式，并重構(gòu)建第一組和第二組閥位為14.35%；第三組啟動方案：當(dāng)?shù)谝唤M和第二組調(diào)節(jié)閥開度均大于等于20%，此時第三組調(diào)節(jié)閥投入自動模式，并重構(gòu)建第一組、第二組和第三組閥位為16.23%；第四組啟動方案：當(dāng)?shù)谝唤M、第二組和第三組調(diào)節(jié)閥開度均大于等于20%，此時第四組調(diào)節(jié)閥投入自動模式，并重構(gòu)建第一組、第二組、第三組和第四組閥位為14.35%。

圖4旁排閥重構(gòu)方案（優(yōu)化后）

優(yōu)化后的控制方案解決了優(yōu)化前的控制方案存在的問題：

(1) 手動模式下，只有當(dāng)?shù)谝唤M旁排閥位達到最小開度12%時，才能將第一組閥的開度投入自動模式，其它組旁排閥位的開度不影響第一組旁排閥的投自動模式。例如：當(dāng)操作員在操作員站將第一組旁排閥手動開到10%，第二組旁排閥手動開到10%，第三組旁排閥手動開到10%，由于第一組閥位未達到12%，第一組旁排閥不會投入自動模式，繼續(xù)打開第一組旁排閥位達到12%，第一組旁排閥投入自動模式。滿足旁排閥啟動順序要求，不會產(chǎn)生誤動作。同時由于第一組旁排閥投自動后，旁排閥的總開度未變，因此不會造成二回路主蒸汽壓力值突降，維持了一回路功率與二回路負荷平衡，保證了機組的安全運行[3]。

(2) 自動模式下，后組旁排閥投入自動模式必須滿足前組旁排閥位開度均已達到20%的啟動順序要求，才能進行閥位重構(gòu)邏輯。例如：當(dāng)一組旁排閥已投自動，保持第二組和三組旁排閥的開度在10%位置，當(dāng)蒸汽發(fā)生器壓力過大后，第一組旁排閥由于處在自動模式下開始自動調(diào)節(jié)，閥位開始增大，向凝汽器內(nèi)排放多余蒸汽，維持二回路負荷平衡。當(dāng)?shù)谝唤M旁排閥位開度增加至20%時，滿足第二組旁排閥投自動模式條件，第二組旁排閥投入自動模式。滿足旁排閥啟動順序要求，不會產(chǎn)生誤動作。同時由于第一組和第二組旁排閥投自動后，閥位開始重新構(gòu)建，第一組和第二組閥位在14.35%有效基礎(chǔ)開度上進行自動調(diào)節(jié)，因此維持了一回路功率與二回路負荷平衡，保證了機組的安全運行。

2.2   方案優(yōu)化前與優(yōu)化后對比

優(yōu)化后的方案主要具備了以下3點優(yōu)勢，如表1所示。

表1旁排閥優(yōu)化前后對比

3   結(jié)論

本文通過對VVER-1200旁排閥位重構(gòu)建方案進行優(yōu)化，使旁排閥在機組啟動、停機和負荷加載時能夠均衡地將蒸汽發(fā)生器內(nèi)多余蒸汽排放到凝汽器，避免了操作過程中的誤動作。同時由于采用了旁排閥重構(gòu)方案，使用閥位可以根據(jù)需求自動調(diào)節(jié)，因此始終維持了一回路功率與二回路負荷的平衡，提升了機組運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

作者簡介

王玉豐（1980-），男，河北人，工程師，現(xiàn)就職于北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，主要從事非安儀控設(shè)計方面的研究。

參考文獻：

[1]黃潛.VVER-1000核電廠儀控系統(tǒng)[M].北京:原子能出版社,2015.

[2]馮琦,姚廣楠.田灣核電站3號機組汽輪機旁排閥的硬件改造與控制邏輯優(yōu)化[J].產(chǎn)業(yè)與科技壇,2019,18(8):45-46.

[3]蒲小勤.秦山核電站蒸汽旁排閥的比較研究[J].云南電力技術(shù),2005,2:45-48.

摘自《自動化博覽》2024年3月刊