★北京广利核系统工程有限公司王玉丰，魏剑辉，陈涛，高连国

关键词：热负荷；旁排阀；阀位重构

VVER1200机组采用俄罗斯设计的最先进的第三代反应堆装置，汽轮机为上海电气提供的百万千瓦等级核电汽轮机。其汽轮机的旁路排汽系统的主要功能是在组启动、停机和汽轮机负荷加载时，通过汽轮机旁路排汽调节阀（后文中简称旁排阀）将蒸汽发生器中多余蒸汽排放到汽轮机凝汽器中，避免蒸汽发生器内的压力过大引起蒸汽发生器安全阀动作[1]。为保证凝汽器中的热负荷平衡，汽轮机旁排阀使用调节阀分组重构建方案。VVER1200机组中汽轮机旁排阀位重构建方案优化后，六组调节阀位总和进行自动调节，可以实现无扰调节。旁排阀自动模式下阀位重新构建时，旁排阀开度会稳定增大或减小，保证了蒸汽发生器中的蒸汽排放到凝汽器（A、B、C）的热负荷平缓变化，不会造成二回路主蒸汽压力变化，使主蒸汽的压力保持稳定，确保了机组的正常运行。

1　旁排阀重构方案

1.1　旁排阀分组

汽轮机旁路系统从主蒸汽系统引出两根排放总管，它们又分别接出3根排放支管。6根支管分别接入凝汽器两侧，每根支管上有一个常开的隔离阀和调节阀，如图1所示。

图1旁排阀组布置图

旁排阀共有六个分为四组：第一组为一个调节阀（MAN22_AA201），第二组为一个调节阀（MAN21_AA201），第三组为一个调节阀（MAN23_AA201），第四组为三个调节阀（MAN11/12/13_AA201）。

VVER1200机组通过调节四组旁排阀的位置大小，实现一回路功率与二回路负荷达到平衡，保证了核电站的安全可靠运行。

1.2　旁排阀重构优化前方案

优化前方案如图2所示，控制方案采用连续调节功能块放大100倍处理，将每个旁排阀的输出量程转换在0~10,000之间，将每个旁排阀的输出限幅在870~10,000之间，运算时减去死区870。

第一组启动方案：当四组旁排阀输出总和大于等于1200-870，第一组旁排阀投入自动模式；

第二组启动方案：当四组旁排阀输出总和大于等于2000-870，此时第二组旁排阀投入自动模式；

第三组启动方案：当四组旁排阀输出总和大于等于（2000-870）×2，此时第三组旁排阀投入自动模式；

第四组启动方案：当四组旁排阀输出总和大于等于（2000-870）×3，此时第四组旁排阀全部投入自动模式。

图2 旁排阀重构方案（优化前）

上述控制方案主要存在以下问题：

（1）手动模式下，旁排阀的位置不受开度和顺序的限制，造成第一组旁排阀自动投入无需达到最小开度12%，同时引起总阀位的突然增大、二回路主蒸汽的压力突然降低，一、二回路失去平衡。

（2）自动模式下，后组旁排阀投入自动模式无需满足前组旁排阀位均已达到20%的启动顺序要求，进行阀位重构逻辑，产生误投自动模式，偏离操作员的预期操作，影响机组的安全运行。

2   新的旁排阀控制方案要求

旁排阀在启动的过程中，为了维持各凝汽器热负荷平衡，需使各组调节阀门的开度之间的偏差尽量小。VVER1200机组设置了旁排阀启动过程的专用调节阀门启动顺序，使各组阀门开度一致（阀门开度8.7%以下为死区，即默认为阀门开度大于8.7%后才能有蒸汽流通，第一组旁排阀打开最小开度为12%时投入闭环控制，自动调节一、二回路负荷的平衡，当第一组旁排阀开度大于20%后，将第二组旁排阀自动投入自动模式，按此顺序启动直到四组旁排阀全部投入自动模式）。根据旁排阀的行程与流量特性曲线，旁排阀开度从8.7%至100%开度与流量之间近似线性关系，为保证调节阀开度之间的偏差尽量小，四组旁排阀的总阀位在每次重构建触发时，重新进行阀位开度平均分配[2]。当上一组阀门开度超过20%时，下一组阀门与前几组阀门开度重新构建（如图3所示）。在旁排阀位重构建时，旁排阀在非OM（操作员）站手动状态，阀门从第一组到第四组依次开启，当第一组阀门投闭环时，阀位值为12%（最小阀门位置），其后阀门投入作用是在之前的阀门开度达到20%才进行。旁排阀位重构建公式：[（20%-8.7%）×当前工作阀门个数/下一时刻工作阀门个数]+8.7%。

图3旁排阀重构方案

2.1   旁排阀重构建优化后方案

优化后方案如图4所示，连续调节功能块采用0至100的量程处理（采用PID+AMAN模拟量接口手操器，PID精度可以满足需求），调节阀的输出量程为0至100。第一组启动方案：当第一组调节阀开度大于等于12%，此时第一组调节阀投入自动模式；第二组启动方案：第一组调节阀开度大于等于20%，此时第二组调节阀投入自动模式，并重构建第一组和第二组阀位为14.35%；第三组启动方案：当第一组和第二组调节阀开度均大于等于20%，此时第三组调节阀投入自动模式，并重构建第一组、第二组和第三组阀位为16.23%；第四组启动方案：当第一组、第二组和第三组调节阀开度均大于等于20%，此时第四组调节阀投入自动模式，并重构建第一组、第二组、第三组和第四组阀位为14.35%。

图4旁排阀重构方案（优化后）

优化后的控制方案解决了优化前的控制方案存在的问题：

(1) 手动模式下，只有当第一组旁排阀位达到最小开度12%时，才能将第一组阀的开度投入自动模式，其它组旁排阀位的开度不影响第一组旁排阀的投自动模式。例如：当操作员在操作员站将第一组旁排阀手动开到10%，第二组旁排阀手动开到10%，第三组旁排阀手动开到10%，由于第一组阀位未达到12%，第一组旁排阀不会投入自动模式，继续打开第一组旁排阀位达到12%，第一组旁排阀投入自动模式。满足旁排阀启动顺序要求，不会产生误动作。同时由于第一组旁排阀投自动后，旁排阀的总开度未变，因此不会造成二回路主蒸汽压力值突降，维持了一回路功率与二回路负荷平衡，保证了机组的安全运行[3]。

(2) 自动模式下，后组旁排阀投入自动模式必须满足前组旁排阀位开度均已达到20%的启动顺序要求，才能进行阀位重构逻辑。例如：当一组旁排阀已投自动，保持第二组和三组旁排阀的开度在10%位置，当蒸汽发生器压力过大后，第一组旁排阀由于处在自动模式下开始自动调节，阀位开始增大，向凝汽器内排放多余蒸汽，维持二回路负荷平衡。当第一组旁排阀位开度增加至20%时，满足第二组旁排阀投自动模式条件，第二组旁排阀投入自动模式。满足旁排阀启动顺序要求，不会产生误动作。同时由于第一组和第二组旁排阀投自动后，阀位开始重新构建，第一组和第二组阀位在14.35%有效基础开度上进行自动调节，因此维持了一回路功率与二回路负荷平衡，保证了机组的安全运行。

2.2   方案优化前与优化后对比

优化后的方案主要具备了以下3点优势，如表1所示。

表1旁排阀优化前后对比

3   结论

本文通过对VVER-1200旁排阀位重构建方案进行优化，使旁排阀在机组启动、停机和负荷加载时能够均衡地将蒸汽发生器内多余蒸汽排放到凝汽器，避免了操作过程中的误动作。同时由于采用了旁排阀重构方案，使用阀位可以根据需求自动调节，因此始终维持了一回路功率与二回路负荷的平衡，提升了机组运行的安全性、稳定性和可靠性。

作者简介

王玉丰（1980-），男，河北人，工程师，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事非安仪控设计方面的研究。

参考文献：

[1]黄潜.VVER-1000核电厂仪控系统[M].北京:原子能出版社,2015.

[2]冯琦,姚广楠.田湾核电站3号机组汽轮机旁排阀的硬件改造与控制逻辑优化[J].产业与科技坛,2019,18(8):45-46.

[3]蒲小勤.秦山核电站蒸汽旁排阀的比较研究[J].云南电力技术,2005,2:45-48.

摘自《自动化博览》2024年3月刊