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★北京廣利核系統工程有限公司王玉豐，魏劍輝，陳濤，高連國

關鍵詞：熱負荷；旁排閥；閥位重構

VVER1200機組采用俄羅斯設計的最先進的第三代反應堆裝置，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節閥（后文中簡稱旁排閥）將蒸汽發生器中多余蒸汽排放到汽輪機凝汽器中，避免蒸汽發生器內的壓力過大引起蒸汽發生器安全閥動作[1]。為保證凝汽器中的熱負荷平衡，汽輪機旁排閥使用調節閥分組重構建方案。VVER1200機組中汽輪機旁排閥位重構建方案優化后，六組調節閥位總和進行自動調節，可以實現無擾調節。旁排閥自動模式下閥位重新構建時，旁排閥開度會穩定增大或減小，保證了蒸汽發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定，確保了機組的正常運行。

1　旁排閥重構方案

1.1　旁排閥分組

汽輪機旁路系統從主蒸汽系統引出兩根排放總管，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，每根支管上有一個常開的隔離閥和調節閥，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：第一組為一個調節閥（MAN22_AA201），第二組為一個調節閥（MAN21_AA201），第三組為一個調節閥（MAN23_AA201），第四組為三個調節閥（MAN11/12/13_AA201）。

VVER1200機組通過調節四組旁排閥的位置大小，實現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　旁排閥重構優化前方案

優化前方案如圖2所示，控制方案采用連續調節功能塊放大100倍處理，將每個旁排閥的輸出量程轉換在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870。

第一組啟動方案：當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 旁排閥重構方案（優化前）

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，進行閥位重構邏輯，產生誤投自動模式，偏離操作員的預期操作，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，需使各組調節閥門的開度之間的偏差盡量小。VVER1200機組設置了旁排閥啟動過程的專用調節閥門啟動順序，使各組閥門開度一致（閥門開度8.7%以下為死區，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%時投入閉環控制，自動調節一、二回路負荷的平衡，當第一組旁排閥開度大于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系，為保證調節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建觸發時，重新進行閥位開度平均分配[2]。當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建（如圖3所示）。在旁排閥位重構建時，旁排閥在非OM（操作員）站手動狀態，閥門從第一組到第四組依次開啟，當第一組閥門投閉環時，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。旁排閥位重構建公式：[（20%-8.7%）×當前工作閥門個數/下一時刻工作閥門個數]+8.7%。

圖3旁排閥重構方案

2.1   旁排閥重構建優化后方案

優化后方案如圖4所示，連續調節功能塊采用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），調節閥的輸出量程為0至100。第一組啟動方案：當第一組調節閥開度大于等于12%，此時第一組調節閥投入自動模式；第二組啟動方案：第一組調節閥開度大于等于20%，此時第二組調節閥投入自動模式，并重構建第一組和第二組閥位為14.35%；第三組啟動方案：當第一組和第二組調節閥開度均大于等于20%，此時第三組調節閥投入自動模式，并重構建第一組、第二組和第三組閥位為16.23%；第四組啟動方案：當第一組、第二組和第三組調節閥開度均大于等于20%，此時第四組調節閥投入自動模式，并重構建第一組、第二組、第三組和第四組閥位為14.35%。

圖4旁排閥重構方案（優化后）

優化后的控制方案解決了優化前的控制方案存在的問題：

(1) 手動模式下，只有當第一組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，才能進行閥位重構邏輯。例如：當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，當蒸汽發生器壓力過大后，第一組旁排閥由于處在自動模式下開始自動調節，閥位開始增大，向凝汽器內排放多余蒸汽，維持二回路負荷平衡。當第一組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，閥位開始重新構建，第一組和第二組閥位在14.35%有效基礎開度上進行自動調節，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   方案優化前與優化后對比

優化后的方案主要具備了以下3點優勢，如表1所示。

表1旁排閥優化前后對比

3   結論

本文通過對VVER-1200旁排閥位重構建方案進行優化，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生器內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方案，使用閥位可以根據需求自動調節，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、穩定性和可靠性。

作者簡介

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

參考文獻：

[1]黃潛.VVER-1000核電廠儀控系統[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化[J].產業與科技壇,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,2005,2:45-48.

摘自《自動化博覽》2024年3月刊