除氧器液位控制及控制器输入异常影响浅析

张春良

【摘 要】除氧器正常运行时给蒸汽发生器提供水源，除氧器液位的稳定对保证堆芯的冷却意义重大。本文通过介绍除氧器液位控制器三冲量控制的原理，分析在液位控制器输入参数异常情况下的系统响应和应对措施。

【关键词】除氧器；液位控制器；输入失效；措施

0 概述

除氧器的主要作用是除去给水中的氧气及其他不凝结性气体，保证给水的品质，减少腐蚀，提高传热效率。同时，除氧器本身又是一个混合式加热器，起到加热给水，提高给水温度的作用。我厂除氧器水箱的容量为338m3，可供给电厂全负荷运行5分钟的需水量。

除氧器液位是机组运行的一个重要的控制参数，因为除氧器液位过低，则可能导致给水泵汽蚀，并触发反应堆线性降功率，而除氧器液位过高则会淹没除氧头，不但影响除氧效果，还可能使给水经抽汽管线倒流至汽轮机，引起水击事故，损坏汽机。我厂除氧器的液位控制采用的是三冲量PID调节，较好的实现了除氧器的液位自动控制。但是控制器本身的输入参数异常会导致除氧器液位波动，处理不当会导致机组瞬态，本文拟结合机组上发生过的实例，介绍除氧器液位因控制器输入参数异常而发生波动时的故障处理思路。

1 除氧器液位的三冲量控制及其实现

1.1 除氧器液位的三冲量控制原理分析

我厂除氧器液位控制采用的是三冲量、内部串级加前馈控制方式。

除氧器液位控制受到凝结水流量、给水流量和除氧器液位多个变量的影响，这三个可测得的变量，就是所谓的“冲量”。除氧器液位三冲量中的输入一（IN1）为凝结水流量，输入三（IN3）为给水流量，输入五（IN5）为除氧器液位，除氧器液位控制器设置LOOP1是主回路，LOOP2是副回路。

内部串级：指主、副回路是串联作用的，主回路的输出作为副回路的设定点。每个控制器内部设定有两个回路（LOOP1/LOOP2），LOOP1为主回路，用于液位控制，除氧器液位测量值与液位设定值比较，经过PID计算，计算后的输出加上给水流量信号，作为LOOP1的输出，这个LOOP1输出作为副回路LOOP2的远程设定点（RSP）。LOOP2为副回路用于凝结水流量控制，凝结水流量设定值与凝结水流量实际值相比较，经过PID计算，作为控制器LOOP2的输出，用于控制现场除氧器液位控制阀的开度，进而控制凝结水上水流量。蒸发器给水流量信号作为前馈信号，与主回路输出相加，共同作为副回路LOOP2的设定点。

1.2 除氧器液位控制实现方式

我厂除氧器液位控制由主液位控制和辅助液位控制组成。主液位控制是当主凝泵运行时，主液位控制阀来进行除氧器液位的控制。辅助液位控制是失去IV级电源时，辅助凝结水泵通过辅助液位控制阀向除氧器供水，在排出反应堆衰变热期间维持除氧器所要求的液位。

控制器运行模式：操作手柄64321-HS4410A有三个位置“LT4410A，LT4410B，LT4410C”，用来选择三个液位控制器的主、从位置。当选定一个位置时，两个控制器投入运行：一个控制器在AUTO位置，一个控制器在STANDBY位置。在AUTO位置的液位控制器用于调节两个由控制手柄64321-HS4410C选定在AUTO位置的液位控制阀，在STANDBY位置的液位控制器控制剩下的一个在STANDBY位置的液位控制阀。

控制阀运行模式：位于PL10上的64321-HS4410C有三个位置，分别是“LCV4207A，B”、“LCV4207A，C”和“LCV4207B，C”。由64321-HS4410C选中的两个阀门受64321-HS4410A所选中的控制器控制，而另一个阀门则在除氧器液位低于3000mm时，由备用控制器所控制。

总的来说，就是在正常运行情况下，由三个液位控制器中的一个来控制两个除氧器上水阀，自动维持除氧器的液位在3380mm，另一控制器处于备用状态，当除氧器液位低于3000mm时，由备用控制器控制的第三个液位控制阀投入控制，三个液位控制阀共同来确保除氧器的水位维持在3380mm。

2 除氧器液位控制器输入参数异常分析与应对

2.1 主给水流量信号失效

事件：2006年1国内某电站主控出现"主凝泵流量低"和"凝泵再循环阀开"报警。立即检查发现除氧器上水流量大幅下降，除氧器液位降低，紧急手动降功率。反应堆功率降到60%FP后，除氧器上水流量逐步恢复正常，并最终恢复到正常值附近。确认机组状态稳定后，仪控人员检查发现送至除氧器液位控制器的主给水流量信号输入失效所致。

主给水流量信号作为前馈项，起超前调节的作用，当给水信号丧失时，满功率下控制器远程设定值（RSP）迅速减少，使控制器最终输出瞬间跌到约10%左右， 除氧器液位控制阀几乎全关。与此同时，因为实际给水流量保持不变，系统负荷平衡被破坏，除氧器水位开始下跌，促使主回路增加RSP。通过副回路的比例积分（PI）作用，使控制器的输出开始增加，以跟踪RSP，对应的除氧器液位控制阀开度增加， 之后除氧器液位开始慢慢回升。

当多个给水流量信号失效时系统如何响应呢？主给水流量是作为前馈项参与控制和运算的，控制器将测得的除氧器液位信号与液位设定点进行比较，产生一个百分比输出，这个输出和主给水流量信号的百分比数值相加作为凝结水流量回路的设定点，流量设定点与凝结水流量比较后经PID运算，信号送阀门控制。所以失去一个给水信号，凝结水流量回路的设定点会下降，但是影响不大，因为凝结水流量设定点下降后，阀门会关小，除氧器液位会下降，除氧器液位下降后，凝结水流量设定点又会上调。失去更多个给水流量信号的作用原理是一样的，但是液位扰动会更大。电站专用运行规程（SOP） 指导运行人员在除氧器液位低于一定的数值时通过降低反应堆功率来降低蒸发器的给水流量来稳定除氧器的液位。当总的给水流量信号失效的时候，在控制器的界面上会出现“FF输入失效”的提示，虽然模拟机验证除氧器液位在下降到3000mm左右开始回升，但运行人员仍可以通过适当降低功率来予以响应，但是考虑到核电站控制系统的特殊性（主要是氙毒），单次降功率的幅度不应该太大以防止氙中毒，每次降完功率观察除氧器液位能否被调整回来。此种情况下个人不建议把控制器放手动，手动增加上水流量，因为高功率下手动控制除氧器液位本身风险很大，如果由于人为操作不当对系统引入了扰动往往后果更加严重，不到万不得已不建议使用。

2.2 凝结水流量测量信号漂移或失效

事件：2012年11月国内某电站仪控人员执行除氧器液位变送器检修工作，在征得主控同意后更换熔丝，在刚拆除旧熔丝时，运行人员通知，凝结水上水流量丧失。遂立即停止工作，十几秒后凝结水上水流量自动恢复，除氧器液位略有降低。事后原因分析为更换的熔丝所在端子与失效信号熔丝所在的端子紧挨着，从端子结构来看，其接触是靠上、下两片铜片夹住中间的金属片。初步分析为随着时间的增加，铜片的弹性减弱，夹紧力下降，在旁边端子动作的影响下产生接触不良

影响：该凝结水上水流量信号送至除氧器液位控制器，由于信号失效，控制器自动进入失效安全（FAILSAFE）模式，目前的FAILSAFE参数设置是输出自动降为4mA。因此除氧器液位控制阀自动关闭，凝泵出口流量迅速降为0，再循环流量控制阀开始打开。除氧器液位迅速下降。18秒之后，信号从IRR恢复，控制器也转入正常控制模式，液位控制阀迅速打开，凝泵出口流量马上恢复，液位也开始上升。该过程的响应均是正常的。

如果发生此种工况并没有及时恢复，运行人员应首先确认控制器界面出现“PV输入失效”字样，按下翻页键翻到ALARM页面，如果提示X5表示失去凝结水流量信号，此时应将控制器切换到手动，手动增加上水流量，除氧器液位异常波动处理的标准作业流程中要求当不明原因导致除氧器液位低于规定值时手动触发线性降功率，但因事故原因已得到确认，且正常情况下除氧器液位控制阀异常关闭除氧器液位在辅凝泵参与控制的情况下从设定值下降到线性降功率自动触发值大约需要2分多钟，所以运行人员有足够的时间手动增加控制器的输出将除氧器上水流量恢复到正常值。同时需要密切监视除氧器液位的变化趋势，如果液位下降的趋势一直得不到缓解可以适当降功率来予以响应。此种工况下，机组状态变化较大，运行人员手动控制上水流量维持除氧器液位的难度也会较大，对运行人员的的心理和技能会是一个很大的挑战。

2.3 除氧器液位测量信号漂移或失效

除氧器液位测量信号漂移（高漂），会导致除氧器液位降低，如果运行人员能在第一时间发现除氧器液位下降，可以通过除氧器液位控制器上显示进一步确认，此时运行人员可以将控制器切换到手动，手动控制除氧器液位，待液位稳定后在考虑切换控制器。

若除氧器液位测量失效，控制器上会出现“PV输入失效”字样，然后按下翻页键，翻到ALARM页面，如果提示X1，表示液位信号失去，此时控制器也会进入失效安全模式，除氧器液位控制阀也会自动关闭，此时事故的处理原则与凝结水流量信号失效是一样的。

3 结束语

除氧器液位控制器作为除氧器液位控制核心，随着机组运行时间变长存在老化的风险，在除氧器液位控制器输入参数出现异常的时候会对除氧器液位带来非常大的扰动进而可能影响到蒸发器液位直接影响到一回路热量的导出。作为运行人员要认识到各种失效模式带来的影响并采取合理的干预措施，避免瞬态保证机组的安全。

【参考文献】

[1]凝结水及补排水系统高级课堂教材.98-43210/43220-TMT-FB405.

[2]除氧器液位异常波动的处理标准作业流程（REV.1）.98-43210-SOP-002.

[3]凝结水及凝结水补排水系统.98-43210/43220-OM-001.

[责任编辑：田吉捷]