核电站主给水泵再循环阀

核电站主给水泵再循环阀

对蒸汽发生器水位控制的影响及应对措施

王健生

福建福清核电有限公司（FQNPC）福建省 福清市

1. 前言

在核电站，反应堆内核燃料裂变产生的热量用来加热蒸汽发生器（以下简称SG）的给水，从而产生蒸汽供给汽轮机发电。

核电厂正常运行时SG必须保持正常的水位，核电厂有很多SG水位控制失败而导致停机停堆的经验反馈，因此SG水位一直是核电运行人员学习和研究的重点。SG水位控制的功能实现由水位调节系统与给水泵（APA）转速调节系统共同完成。APA泵参与控制SG的给水流量，对SG水位控制影响极大。

2. APA泵再循环阀作用及控制原理

APA泵通过调节转速改变出力，从而改变SG给水流量，进而参与SG水位控制。由于二回路工况的改变，SG给水需求改变，所以APA泵的出力是动态变化的，以适应SG水位控制的需要。但是APA泵的出力太低可能对泵产生损坏，为此每台APA泵都设置了两个再循环阀（如下图1 ，APA115/120VL）。在主给水流量低的情况下回流至电厂除氧器；随着向蒸汽发生器供水量的增加，再循环流量调节阀逐渐关小，在向蒸汽发生器给水流量值达到给水泵一定额定流量时，再循环流量调节阀完全关闭，如此确保泵在任何时候流量大于额定流量的40%，防止水泵过热和汽蚀，保护泵的运行安全。

图1主给水泵（APA）流程简图

3. APA泵再循环阀对SG液位控制的发散分析

单个再循环阀的通流能力能达到20%额定流量以上(FQNPC为25%左右)。再循环调节阀的开关死区为14%的额定流量(506m³/h)，远小于单阀的流通能力。

若在某一较低功率平台下，单台APA泵运行提供SG给水，APA泵的流量正好处于再循环阀全开—全关的流量区间内。就会带来一个问题（以下图115VL为例）：功率波动使APA泵给水流量降低，导致再循环调节阀APA115VL迅速开启，导致APA泵再循环回流增大，进入蒸汽发生器的给水流量降低，进而导致水汽压差降低，水汽压差降低导致APA泵转速随之上升，转速上升后蒸汽发生器给水流量上升；当给水流量上升后APA115VL开度又随之迅速减小，进入蒸汽发生器的给水流量增大，这导致水汽压差升高，从而给水泵转速降低，给水流量又开始降低，最终造成水汽压差、小流量循环调节阀开度、主给水泵转速震荡，如图2所示：

图2 APA再循环阀震荡图

由于再环调节阀的开关死区远远小于单阀的流通能力，总体震荡呈爬升趋势，这就会造成再循环阀不停地开关动作，水汽压差忽高忽低且震荡发散；从而造成SG水位的波动。水汽压差、SG液位是核电操纵员值班监视的重点参数，机组稳态下要在一个稳定的数值范围内；水汽压差、SG液位的震荡和波动势必会严重干扰操纵员正常工作，影响机组的运行状态，甚至误导操纵员做出错误的响应；多个核电站曾出现APA泵再循环阀波动导致SG水位异常甚至停堆事件。

4. 应对措施

4.1 设计改进措施

APA泵再循环阀对SG水位控制的影响得到核电工作者关注后，在设计上研究对APA泵再循环阀进行适当改造，调整每个再循环阀为开关型阀门，不具备调节功能；或者将再循环阀门换型为通能力更低的阀门或者调整开关死区等均可以避免此问题。这些改造已经在岭澳二期、宁德核电等核电站获得实践。目前主要有五种方案。

1、增加回滞区间。这样可以使再循环阀的死区接近其通流能力，可以有效避免震荡增大。优点：实施简便；缺点：增加循环阀的动态工作范围，总体稳定裕度升高的同时也将导致原来稳定的区间降低了。

2、对再循环阀动态范围期间的变化率进行限幅。即限制阀门的最大开启或关闭速度，避免对控制系统的强烈扰动。该方案可作为回滞函数参数优化的辅助方案，保证调节系统稳定性。

3、改变调节阀控制方式 由跟踪总流量实现调节开关，改为跟踪总流量实现开关动作，即达到一定的。设定值后以预先设置的速率开启或关闭阀门（此时阀门开度与流量不再相关）。

4、将其中一个再循环阀的调节功能取消，保留其APA泵流量低时超驰开启功能，仅保留一个再循环阀的调节功能。 优点：可以避免两个再循环阀调节耦合，同时也不会增加动态范围；缺点：需要在运行规程中增加手动开启关闭取消调节功能的再循环阀操作，同时需要试验其超驰开启时对SG水位影响是否可以接受。

5、限制再循环阀的自动调节开启最大开度，从而减小其通流能力，保留超驰开启和手动全开功能。其原理是改变阀门通流能力，但由于每台泵的再循环通流能力不同，每台泵的再循环阀限制开度需要单独调整。

4.2运行人员应对措施

运行人员发现汽水压差波动，可采取以下响应思路：

查看三台蒸汽发生器的水位，确认水位趋势是否稳定（为小幅波动且无恶化趋势也判为稳定）；查看水汽母管压差波动是否发散。

若水汽母管压差波动且呈发散趋势，或SG水位波动呈发散趋势,则判断水汽母管压差大幅波动是否为主给水泵（APA）再循环阀开关所致。如果该现象由主给水泵再循环阀开大、关小导致，则将对应再循环阀打手动，并调整再循环开度以保证运行的主给水泵流量大于40%额定流量。同时及时改变二回路负荷，不要使APA泵流量处于再循环阀全开—全关区间过久停留。

对于控制系统打手动一定要慎重，必须确认是这里发生了问题后才能执行；如果SG大小阀本身的控制或动作都是正常的，就不能都放手动，尤其三台SG液位都出现大幅波动的情况下。关于决策机制，操纵员对于重要系统打手动必须经过值长同意；同时值长要独立思考，对问题进行分析，避免羊群效应。

5. 结论

APA再循环调节阀流通能力大造成了给水系统震荡时，就使得APA再循环阀加入SG水位控制，加剧了系统震荡。随着我国核电运行经验的积累，APA泵再循环阀对SG水位的影响逐渐被核电工作者关注和研究。充分认识到主给水再循环阀在特定负荷下对蒸汽发生器水位控制的发散影响，可以帮助操纵员在出现相关瞬态时采取合理有效的响应，对核电机组的稳定安全运行有极大意义；亦可推动APA泵设计变更，促进主给水泵设备控制性能升级。

参考文献

[1] 福清核电1、2号机组中级运行培训教材，2012年8月

[2] 福清核电1、2号机组高级运行培训教材，2012年8月

[3] APA电动主给水系统手册2-5章，华东电力设计院，2010年5月

[4] 1号机APA小流量调节阀震荡分析报告，福清核电有限公司

[5] 模拟机复训之SG水位控制专题，福清核电有限公司培训处