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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(guó)

關(guān)鍵詞：熱負(fù)荷；旁排閥；閥位重構(gòu)

VVER1200機(jī)組采用俄羅斯設(shè)計(jì)的最先進(jìn)的第三代反應(yīng)堆裝置，汽輪機(jī)為上海電氣提供的百萬(wàn)千瓦等級(jí)核電汽輪機(jī)。其汽輪機(jī)的旁路排汽系統(tǒng)的主要功能是在組啟動(dòng)、停機(jī)和汽輪機(jī)負(fù)荷加載時(shí)，通過(guò)汽輪機(jī)旁路排汽調(diào)節(jié)閥（后文中簡(jiǎn)稱旁排閥）將蒸汽發(fā)生器中多余蒸汽排放到汽輪機(jī)凝汽器中，避免蒸汽發(fā)生器內(nèi)的壓力過(guò)大引起蒸汽發(fā)生器安全閥動(dòng)作[1]。為保證凝汽器中的熱負(fù)荷平衡，汽輪機(jī)旁排閥使用調(diào)節(jié)閥分組重構(gòu)建方案。VVER1200機(jī)組中汽輪機(jī)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾調(diào)節(jié)。旁排閥自動(dòng)模式下閥位重新構(gòu)建時(shí)，旁排閥開(kāi)度會(huì)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(fù)荷平緩變化，不會(huì)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(jī)組的正常運(yùn)行。

1　旁排閥重構(gòu)方案

1.1　旁排閥分組

汽輪機(jī)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(gè)常開(kāi)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(gè)分為四組：第一組為一個(gè)調(diào)節(jié)閥（MAN22_AA201），第二組為一個(gè)調(diào)節(jié)閥（MAN21_AA201），第三組為一個(gè)調(diào)節(jié)閥（MAN23_AA201），第四組為三個(gè)調(diào)節(jié)閥（MAN11/12/13_AA201）。

VVER1200機(jī)組通過(guò)調(diào)節(jié)四組旁排閥的位置大小，實(shí)現(xiàn)一回路功率與二回路負(fù)荷達(dá)到平衡，保證了核電站的安全可靠運(yùn)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(gè)旁排閥的輸出量程轉(zhuǎn)換在0~10,000之間，將每個(gè)旁排閥的輸出限幅在870~10,000之間，運(yùn)算時(shí)減去死區(qū)870。

第一組啟動(dòng)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(dòng)模式；

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

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

第四組啟動(dòng)方案：當(dāng)四組旁排閥輸出總和大于等于（2000-870）×3，此時(shí)第四組旁排閥全部投入自動(dòng)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(wèn)題：

（1）手動(dòng)模式下，旁排閥的位置不受開(kāi)度和順序的限制，造成第一組旁排閥自動(dòng)投入無(wú)需達(dá)到最小開(kāi)度12%，同時(shí)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(dòng)模式下，后組旁排閥投入自動(dòng)模式無(wú)需滿足前組旁排閥位均已達(dá)到20%的啟動(dòng)順序要求，進(jìn)行閥位重構(gòu)邏輯，產(chǎn)生誤投自動(dòng)模式，偏離操作員的預(yù)期操作，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

2   新的旁排閥控制方案要求

旁排閥在啟動(dòng)的過(guò)程中，為了維持各凝汽器熱負(fù)荷平衡，需使各組調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度之間的偏差盡量小。VVER1200機(jī)組設(shè)置了旁排閥啟動(dòng)過(guò)程的專用調(diào)節(jié)閥門(mén)啟動(dòng)順序，使各組閥門(mén)開(kāi)度一致（閥門(mén)開(kāi)度8.7%以下為死區(qū)，即默認(rèn)為閥門(mén)開(kāi)度大于8.7%后才能有蒸汽流通，第一組旁排閥打開(kāi)最小開(kāi)度為12%時(shí)投入閉環(huán)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)一、二回路負(fù)荷的平衡，當(dāng)?shù)谝唤M旁排閥開(kāi)度大于20%后，將第二組旁排閥自動(dòng)投入自動(dòng)模式，按此順序啟動(dòng)直到四組旁排閥全部投入自動(dòng)模式）。根據(jù)旁排閥的行程與流量特性曲線，旁排閥開(kāi)度從8.7%至100%開(kāi)度與流量之間近似線性關(guān)系，為保證調(diào)節(jié)閥開(kāi)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(shí)，重新進(jìn)行閥位開(kāi)度平均分配[2]。當(dāng)上一組閥門(mén)開(kāi)度超過(guò)20%時(shí)，下一組閥門(mén)與前幾組閥門(mén)開(kāi)度重新構(gòu)建（如圖3所示）。在旁排閥位重構(gòu)建時(shí)，旁排閥在非OM（操作員）站手動(dòng)狀態(tài)，閥門(mén)從第一組到第四組依次開(kāi)啟，當(dāng)?shù)谝唤M閥門(mén)投閉環(huán)時(shí)，閥位值為12%（最小閥門(mén)位置），其后閥門(mén)投入作用是在之前的閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到20%才進(jìn)行。旁排閥位重構(gòu)建公式：[（20%-8.7%）×當(dāng)前工作閥門(mén)個(gè)數(shù)/下一時(shí)刻工作閥門(mén)個(gè)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(dòng)方案：當(dāng)?shù)谝唤M調(diào)節(jié)閥開(kāi)度大于等于12%，此時(shí)第一組調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)模式；第二組啟動(dòng)方案：第一組調(diào)節(jié)閥開(kāi)度大于等于20%，此時(shí)第二組調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)模式，并重構(gòu)建第一組和第二組閥位為14.35%；第三組啟動(dòng)方案：當(dāng)?shù)谝唤M和第二組調(diào)節(jié)閥開(kāi)度均大于等于20%，此時(shí)第三組調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)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(dòng)方案：當(dāng)?shù)谝唤M、第二組和第三組調(diào)節(jié)閥開(kāi)度均大于等于20%，此時(shí)第四組調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)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(wèn)題：

(1) 手動(dòng)模式下，只有當(dāng)?shù)谝唤M旁排閥位達(dá)到最小開(kāi)度12%時(shí)，才能將第一組閥的開(kāi)度投入自動(dòng)模式，其它組旁排閥位的開(kāi)度不影響第一組旁排閥的投自動(dòng)模式。例如：當(dāng)操作員在操作員站將第一組旁排閥手動(dòng)開(kāi)到10%，第二組旁排閥手動(dòng)開(kāi)到10%，第三組旁排閥手動(dòng)開(kāi)到10%，由于第一組閥位未達(dá)到12%，第一組旁排閥不會(huì)投入自動(dòng)模式，繼續(xù)打開(kāi)第一組旁排閥位達(dá)到12%，第一組旁排閥投入自動(dòng)模式。滿足旁排閥啟動(dòng)順序要求，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。同時(shí)由于第一組旁排閥投自動(dòng)后，旁排閥的總開(kāi)度未變，因此不會(huì)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(fù)荷平衡，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行[3]。

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

2.2   方案優(yōu)化前與優(yōu)化后對(duì)比

優(yōu)化后的方案主要具備了以下3點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，如表1所示。

表1旁排閥優(yōu)化前后對(duì)比

3   結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)VVER-1200旁排閥位重構(gòu)建方案進(jìn)行優(yōu)化，使旁排閥在機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)和負(fù)荷加載時(shí)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(guò)程中的誤動(dòng)作。同時(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)，因此始終維持了一回路功率與二回路負(fù)荷的平衡，提升了機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

作者簡(jiǎn)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(jì)方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年3月刊