核電站高壓缸壓力表故障風(fēng)險及改進(jìn)
高壓缸入口壓力表在核電機(jī)組上作為二回路負(fù)荷信號，參與了反應(yīng)堆的控制及保護(hù)。介紹了核電機(jī) 組高壓缸入口壓力表對反應(yīng)堆的保護(hù)功能，以及大亞灣嶺澳和嶺澳二期百萬千瓦核電機(jī)組反應(yīng)堆的不同保 護(hù)方式，分析了高壓缸入口壓力表故障有觸發(fā)安全注入動作的風(fēng)險，發(fā)生的幾起故障，都與高壓缸壓力儀表的 供電方式有關(guān)。為了防止安注信號的誤啟動，有必要對儀表的供電進(jìn)行改進(jìn)。通過回顧，總結(jié)了幾起高壓缸 入口壓力表故障及其處理的經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些改進(jìn)的建議。
1.高壓缸調(diào)節(jié)級壓力儀表的作用
核電站汽輪機(jī)一般采取噴嘴調(diào)節(jié)，噴嘴分為 幾組，每組各由一只調(diào)節(jié)閥控制，運(yùn)行時通過依次 啟閉這些調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)進(jìn)汽量。由于高壓缸調(diào)節(jié) 級噴嘴后的壓力與汽機(jī)功率之間有很好的線性關(guān) 系，因此噴嘴后的高壓缸入口壓力，可以用來表征 核電機(jī)組汽機(jī)功率。其中大亞灣/嶺澳核電站采 用GRE023/024MP表征，嶺澳二期采用 GRE022/023/024/MP表征，兩種表征方法在相 關(guān)控制保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式上存在一些差異。
1. 1汽機(jī)旁路排冷凝器系統(tǒng)的邏輯與控制
大亞灣/嶺澳核電站采用GRE023MP產(chǎn)生 汽機(jī)旁路排冷凝器允許信號（C7A、C7B)及短電 網(wǎng)故障信號（GCT406XU)。
嶺澳二期核電站采用GRE022/023/024MP， 通過表決器或手動選擇其一產(chǎn)生C7A、C7B及 GCT406XU 信號。
大亞灣/嶺澳核電站的GRE024MP把高壓 缸的入口壓力作為汽機(jī)負(fù)荷的表征，與最終功率 整定值高選生成汽機(jī)旁路排冷凝器系統(tǒng)（GCT- C)在溫度模式下用于控制其開度的參考溫度 (U，與一回路最高溫度（T?gm?)進(jìn)行比較產(chǎn)生 溫差AT，然后與GRE024MP和最終功率整定值 比較，形成一二回路功率偏差產(chǎn)生的溫度偏差信 號相加，用于控制GCT-C排放閥的開啟（快開或 調(diào)制開啟)和開度。
嶺澳二期核電站采用GRE022/023/024MP， 通過表決器或手動選擇其一作為高壓缸入口壓 力，代表汽機(jī)負(fù)荷，與最終功率整定值高選生成 GCT-C在溫度模式下用于控制其開度的7^，與 -回路Ta,g m?相比較，產(chǎn)生溫差A(yù)T，最終功率整 定值比較形成一二回路功率偏差產(chǎn)生的溫度偏差 信號相加以控制GCT-C排放閥的開啟方式（快 開或調(diào)制開啟)和開度。
1. 2蒸發(fā)器水位、控制棒及穩(wěn)壓器水位控制
大亞灣/嶺澳核電站通過選擇開關(guān)（402CC) 高選或二者之一后參與控制汽機(jī)負(fù)荷，與除氧器 排放（ADG)及冷凝器排放（GCT)的有效信號相 加后，作為總的二回路負(fù)荷，生成形成蒸汽發(fā)生器 (SG)水位控制中的水位整定值（L?r)。作為二回 路負(fù)荷，先與最終功率整定值選大后送往控制棒 控制（RGL)系統(tǒng)生成Te，與T-比較產(chǎn)生溫度 偏差，控制溫度控制棒的動作。作為二回路負(fù)荷， 還與最終功率整定值選大后送往RGL系統(tǒng)生成 T-，與Tavg比較后作為前饋信號，對穩(wěn)壓器 (PZR)水位整定值進(jìn)行修正。
嶺澳二期核電站GRE022/023/024MP通過表決器或手動選擇其一參與控制，實(shí)現(xiàn)SG水位 控制中的，控制溫度控制棒的動作及對PZR 水位整定值進(jìn)行修正。
1.3反應(yīng)堆停堆保護(hù)信號
大亞灣/嶺澳核電站GRE023/024MP用于2取 1生成P13(汽機(jī)功率大于12%Pn)，進(jìn)而產(chǎn)生P7 (核功率大于10%Pn)。P7參與穩(wěn)壓器（86%水位， 13 MPa)、蒸發(fā)器（75%水位）、主栗（1 365 r/min， 88.8%Qn，主泵斷路器跳閘）6個停堆信號保護(hù)。
嶺澳二期核電站GRE022/023/024MP用于 3取2生成P13(汽機(jī)功率大于12%Pn)，進(jìn)而產(chǎn) 生P7(核功率大于10%代)。P7參與穩(wěn)壓器 (86%水位，13 MPa)蒸發(fā)器（75%水位）、主泵（1 365 r/min,88. 8% Qn，主泵斷路器跳閘）6個停堆 信號保護(hù)。
1.4安全注入信號
大亞灣/嶺澳核電站及嶺澳二期核電站均為 GRE023/024MP分別經(jīng)函數(shù)發(fā)生器（GRE401/ 402GD)形成蒸汽流量高整定值，與蒸汽發(fā)生器的 蒸汽流量(VVP004/005/006MD)或 VVP001/002/ 003MD比較，決定是否發(fā)出蒸汽流量高20%信 號，或者產(chǎn)生蒸汽發(fā)生器蒸汽流量高信號。在一 回路溫度低低及蒸汽發(fā)生器壓力低低的情況下， 觸發(fā)安全注入信號。
通過上面的分析，可以看到在生成蒸汽流量 高的安全注入保護(hù)信號方面，嶺澳二期與大亞灣/ 嶺澳相同，由此導(dǎo)致相應(yīng)的保護(hù)觸發(fā)的可能性增 大，甚至發(fā)生事故。事實(shí)上，大亞灣/嶺澳及嶺澳 二期核電站發(fā)生的幾起高壓缸入口壓力表故障的 事件，分析結(jié)果都表明觸發(fā)安注信號或存在著安 注風(fēng)險。
2.大亞灣核電站的故障及處理
2004年8月的某日，大亞灣2號機(jī)主控發(fā)現(xiàn) GRE023MP緩慢下漂，立即執(zhí)行核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng) 控制裝置和安全設(shè)施故障處理（IRRC/RPR)規(guī)程 進(jìn)行處理，將相關(guān)控制切至備用儀表GRE024MP 位置。不久GRE023MP階躍下漂至8%，現(xiàn)場報 告其儀表的下游管道斷裂。事故發(fā)生后立即采取 措施，將GRE023MP置安全位置，將所有調(diào)節(jié)系 統(tǒng)的供電由控制電源第三組（SIP3)切換到SIP4。 由于GRE023MP置于安全位置，因此觸發(fā)的是 P13(汽機(jī)功率大于10%匕，1/2)和三臺SG的蒸 汽流量高信號（高于定值20% )。其中P13進(jìn)而 產(chǎn)生P7，P7參與穩(wěn)壓器（86%水位，13 MPa)、蒸 汽發(fā)生器（75%水位）、主泵（1 365 r/min, 88. 8% Q。，主泵斷路器跳閘）6個停堆信號保護(hù)。正常情 況下，GRE023/024MP 分別經(jīng) GRE401/402GD 形成蒸汽流量高整定值，與VVP004/005/006MD 或VVP001/002/003MD比較，決定是否發(fā)出蒸 汽流量高20 %信號。GRE023MP置安全位置 后，觸發(fā)每臺SG各一列蒸汽流量高信號，輸送至 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPR)。
每臺SG蒸汽流量高信號2取1，然后3臺 SG蒸汽流量高信號3取2。兩臺以上SG蒸汽流 量高加主蒸汽壓力低低（3. 55 MPa，2/3)或一回 路平均溫度低低（P12)時會導(dǎo)致安注信號觸發(fā)。
從事件本身分析，GRE023MP下游管道泄漏 進(jìn)而斷裂，導(dǎo)致GRE023MP階躍下降至8%，觸發(fā) C7A/C7B信號。C7A/C7B信號一直存在，增加了 一回路溫度下降，P12信號出現(xiàn)風(fēng)險。GRE023MP 置于安全位置后，觸發(fā)P13和蒸汽流量高信號，增 加了停堆保護(hù)信號和安注信號觸發(fā)的可能性。
3.嶺澳二期核電站的故障及處理
2010年1月的某日，嶺澳二期3號機(jī)主控室 應(yīng)急停堆（ECP)盤上出現(xiàn)安注/安全殼隔離A階 段/停堆信號，操縱員確認(rèn)安注信號已觸發(fā)，并確 認(rèn)安注動作對機(jī)組狀態(tài)無影響。原因是由于 GRE024MP上的錄波工作導(dǎo)致VVP001/002/ 003MD產(chǎn)生蒸汽流量高信號，再疊加蒸汽壓力低 低與無一回路P12閉鎖，最終產(chǎn)生安注信號以及 安注后相應(yīng)系統(tǒng)的保護(hù)動作。
再從信號源頭查得，由于GRE024MP的信 號采集回路顯示壞點(diǎn)（之后查得是由于 GRE024MP卡件保險燒毀引起），即數(shù)據(jù)為 FAULT狀態(tài)，該信號去SF019功能組的sheet2 來生成VVP001/002/003MD的整定值，使得 VVP流量整定值為FAULT狀態(tài)。因?yàn)橄惹盁o P4(停堆）或C8(跳機(jī)）信號，如果此時有P4或C8 信號存在，則選擇模塊SWS將VVP001/002/ 003MD整定值選為40%FFR不變，就不會觸發(fā) VVP流量整定值故障信號。所以，由安注引發(fā) P4立即導(dǎo)致VVP流量高信號消失，故安注信號 閃發(fā)后立即消失。
VVP流量整定值信號進(jìn)入SF019的sheet6， 由于VVP001/002/003MD的蒸汽流量整定值為 FAULT 狀態(tài)，不與 SI022 采集的 VVP001/002/ 003MD實(shí)際值作差也不進(jìn)行閾值判斷，直接輸出 FAULT狀態(tài)的開關(guān)量進(jìn)入ALU;1/2表決模塊 12Y的4路輸入信號中的2路信號來自SIP IV 中的APU3和APU4均為FAULT,導(dǎo)致3個1/2 表決模塊12Y都輸出FAULT狀態(tài)的開關(guān)量去 表決模塊23 V表決。根據(jù)表決模塊23 V的說明 書，個輸入量都為FAULT時輸出為1，則降級 驅(qū)動，故最終產(chǎn)生安注（SI)信號。
4.改進(jìn)建議
大亞灣/嶺澳和嶺澳二期核電站都曾出現(xiàn)過 因GRE壓力儀表故障可能及觸發(fā)安注動作的事 件。由于大亞灣/嶺澳核電站僅有兩個儀表 (GRE023MP/024MP)，必須有一個作為蒸汽流 量的參考值參與反應(yīng)堆保護(hù)。但是由于設(shè)計中考 慮到獨(dú)立性及冗余性，采用了 GRE023/024MP 分別對應(yīng)單個蒸汽發(fā)生器一個蒸汽流量表，結(jié)果 造成了安注風(fēng)險。大亞灣/嶺澳核電站采取模擬 控制保護(hù)，較難避免單個GRE儀表故障可能出 現(xiàn)安注動作的現(xiàn)象，必須通過培訓(xùn)及規(guī)程強(qiáng)調(diào)防 止事件發(fā)生。
嶺澳二期采用DCS控制技術(shù)，增加了儀表的 GRE022MP，而且在其他的控制保護(hù)中廣泛采用 表決器，防止出現(xiàn)單一儀表故障造成保護(hù)動作，但 是高蒸汽流量保護(hù)部分沒有采取相應(yīng)的設(shè)計。為 了降低此類事件的風(fēng)險是否需要改進(jìn)，如何改進(jìn) 都是值得進(jìn)一步探討的。GRE儀表在參與高蒸 汽流量保護(hù)中僅提供參考值，而且儀表取自汽輪 機(jī)同一部分，因此在滿足相應(yīng)保護(hù)設(shè)計準(zhǔn)則的前 提下可以改造，改造的關(guān)鍵是利用三個GRE壓 力表對蒸汽發(fā)生器流量計進(jìn)行比較。
保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則包括單一故障準(zhǔn)則、冗余 性和獨(dú)立性、多樣性、故障安全、邏輯符合、可試驗(yàn) 性和可維修性，其中冗余性和獨(dú)立性是儀表設(shè)計 中必須考慮的。在把冗余性的原則應(yīng)用到邏輯系 統(tǒng)、執(zhí)行器和電源時，為了排除由于環(huán)境因素和電 氣物理現(xiàn)象的相關(guān)影響，要求具有相同保護(hù)功能 的重復(fù)通道之間應(yīng)彼此獨(dú)立，保持物理上的分離 和電氣上的隔離，以免喪失冗余性。獨(dú)立性是采 用冗余技術(shù)的前提，也是克服由單一故障引起故 障，實(shí)現(xiàn)在線檢驗(yàn)和維修的重要措施，因此也要求 在保護(hù)系統(tǒng)與控制乃至與其他系統(tǒng)之間，保持電 氣上和結(jié)構(gòu)上的相互獨(dú)立。
根據(jù)前面的討論，為防止單個儀表故障的安 注風(fēng)險，可以將GRE022/023/024MP經(jīng)過表決 器產(chǎn)生_個壓力值作為二回路負(fù)荷的參考值，對 每一個蒸發(fā)器的蒸汽流量進(jìn)行比較。但是這樣又 會造成不同電源的儀表間信號傳遞問題，違反電 源的獨(dú)立性和冗余性。
為了避免單一儀表故障觸發(fā)安注，同時保證 電源的獨(dú)立性和冗余性，可以將GRE022MP加 入對蒸汽發(fā)生器流量計的校正，由其供電為SIP I 保證獨(dú) 立 性 要 求 。 根 據(jù) 供 電 電 源 對 蒸 汽 流 量 及 GRE壓力，可以采用表1的設(shè)置。
由于嶺澳二期采用DCS技術(shù)，因此相應(yīng)的修 改只要在對應(yīng)的機(jī)柜上修改程序，并對儀表的供 電（包括對蒸汽流量表的供電）稍作修改即可。儀 表的電源如表2。
如果按照表2配置，可以防止出現(xiàn)單一GRE 儀表故障觸發(fā)保護(hù)動作的可能性。
5.結(jié)論
由于設(shè)計的缺陷，嶺澳二期核電站GRE023/ 024MP —旦發(fā)生故障有觸發(fā)安注誤動作的風(fēng)險。 建議采取改造的方式，將GRE022MP引入蒸汽 流量高的保護(hù)，并對GRE各儀表的供電及相應(yīng) 的對蒸汽發(fā)生器蒸汽流量的比較作修改，保證單 個GRE儀表的故障不再有安注誤動作的風(fēng)險， 提高機(jī)組的安全可靠性。
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