海阳核电1号机组汽轮机控制和保护系统仪控调试

田青旺

（国核自仪系统工程有限公司，上海 200241）

海阳核电1号机组汽轮机控制和保护系统仪控调试

田青旺

（国核自仪系统工程有限公司，上海 200241）

通过调试检验汽轮机控制和保护系统的设计、制造、安装质量，使汽轮机控制和保护系统（TCPS）达到在线监测数据准确、保护动作正确、自动控制可靠的安全运行条件，满足汽轮机安全运行需要。为后续AP1000同类核电机组TCPS的顺利调试累积宝贵经验。

调试；汽轮机控制和保护系统；汽轮机保护遮断系统；汽轮机电液调节控制系统

海阳核电1号机组主汽轮机采用四缸、单轴、六排汽、凝汽式设计。汽轮机控制和保护系统 （TCPS）由西屋电气公司 （以下简称“西屋”）负责设计，使用Ovation的OCR 400（版本3．3．1）控制，与非安全级主仪控采用一体化平台。

TCPS的控制系统主要包括7对控制器及9面机柜，没有单独的操纵员站。机组设有2个高压主汽调节联合阀，分别布置在高压缸两侧的基础上。每个主汽调节联合阀由2个主汽阀（MSV）和2个高压调节阀 （GV）构成。机组设有6个再热主汽阀 （RSV）和6个再热调节阀 （ICV）。

1 调试准备、调试阶段及调试范围

1．1 调试准备

（1）调试文件

调试文件主要指公司调试相关的管理性文件及指导调试大纲、规范和程序。对于TCPS调试人员来说，调试技术文件准备工作主要涉及对供货商提交设计文件的审查，在供货商提交文件基础上编写部分总体调试程序。通过对设计阶段文件审查，使调试技术骨干及早了解所负责调试的系统，做到知其然，也知其所以然。

NB／T 25007—2011 《核电厂调试文件体系编制要求》［5］指出，核电厂调试文件体系应至少包括调试大纲、系统调试大纲、试验顺序程序、通用试验程序、试验报告和总结报告。除了上述调试文件外，海阳一期核电站TCPS调试还包括一些专用试验程序，例如增强型冗余阀位卡eRVP切换试验等。项目主要编制的调试文件如下：

1）主汽轮机系统调试大纲；

2）主汽轮机控制和诊断系统调试大纲；

3）主汽轮机系统预运行试验规格书；

4）主汽轮机控制和诊断系统预运行试验规格书；

5）汽轮机非核蒸汽冲转试验规格书；

6）汽轮机冲转及空负荷试验规格书；

7）汽轮发电机组阀门活动试验规格书；

8）主汽轮机系统预运行试验程序；

9）主汽轮机控制和诊断系统试验程序；

10）汽轮机非核蒸汽冲转试验程序；

11）汽轮机冲转及空负荷运行试验程序。

（2）试验物质准备

调试物质准备主要包括调试临时设备准备、调试仪器仪表和工具准备、调试备品备件和消耗材料准备3项工作。保证试验所使用的仪器仪表为有效，从而保证了测量数据的质量。

1．2 调试阶段划分

TCPS调试主要分为单体试验、预运行试验、非核冲转试验和汽轮机冲转试验四大部分。

预运行试验前，机务需进行一些单体试验程序，以验证TCPS相关的单体设备性能满足设计要求。比如，主机电液调节程序，用以确认电磁阀运行电压范围和调整限位开关；TCPS涉及的仪控相关机柜需完成上电及相关测试，以支持后期的试验。

单体试验时，相关的支持系统需要完成调试并投运，比如汽机电液调节油系统、主机润滑油系统和压缩空气系统等。

核电厂的TCPS预运行试验主要发生在冷试 （A1）和热试 （A2）阶段，通过预运行试验以获取设备的静态特性数据，检验系统的保护动作、联锁、报警等，并考察各项技术指标是否达到设计要求。

汽轮发电机组的冲转是核电厂调试过程中一项具有里程碑性质的试验。为了及早的暴露和发现问题，从而及时采取纠正措施，为核电站并网发电准备条件，保证汽轮发电机组运行期间的安全稳定，有必要在核燃料添加前对汽轮发电机组进行冲转试验。试验主要方法：在热态功能试验的后期，利用反应堆冷却剂泵和稳压器电加热器的能量使一回路冷却剂升温升压，由蒸汽发生器内产生蒸汽来冲转汽轮发电机组。对汽轮机调节控制系统功能和机械转动的情况进行检查确认。

1．3 调试范围

海阳核电一期汽轮机控制和保护系统的调试范围主要包括汽轮机保护遮断系统 （MTP）和汽轮机电液调节控制系统 （MTC）两个包。

汽轮机保护遮断系统范围：电磁阀 （主机的AST电磁阀、LOCKOUT电磁阀、喷油试验电磁阀、挂闸电磁阀、推力轴承油压通道试验电磁阀，轴承润滑油压通道试验电磁阀，凝汽器真空通道试验电磁阀，及控制柜与电磁阀之间的电缆；现场仪表 （压力开关等）及核电厂控制系统 （PLS） （DPU022－026）与现场仪表的信号缆；LVDT （线性位移传感器）及其至MTC之间的信号电缆；行程开关至MTP之间的信号电缆；行程开关至MTC之间的信号电缆；MTP与就地仪表盘中 “WL”之间的信号电缆；伺服阀插头至MTP的控制电缆；电磁阀线圈至MTP的控制电缆。

汽轮机电液调节控制系统：电磁阀 （A／B／C／D高压主汽门活动试验电磁阀，A／B／C／D高压调门活动试验电磁阀，A／B／C／D／E／F低压主汽门活动试验电磁阀，A／B／C／D／E／F低压调门活动试验电磁阀，及控制柜与电磁阀之间的电缆；现场仪表 （行程开关等）及PLS（DPU021、DPU035）与现场仪表的信号缆；与GCB、GIS的信号缆。

2 预运行试验

三菱公司作为主汽轮机系统 （MTS）的供应商，提交了MTS的试验程序，MTS试验程序由机务负责执行，程序中关于仪控相关的试验由仪控调试执行。仪控调试本身编制了TCPS试验程序，两个程序间存在一定的迭代，确保所有试验项被执行。

调试遵循先单体后回路，先单系统后联合仿真的原则执行。

调试的先决条件包括：系统已移交调试，移交包签署完成；本试验与电厂本系统正在进行的其他试验无冲突；调试所需文件齐全有效。

2．1 MTP回路检查

试验项目主要包括：

（1）PLS投入检查

包括PLS （MTP） （DPU022－026）控制柜I／O卡件投入检查及PLS （MTC） （DPU021）控制柜涉及行程开关的I／O卡件投入检查。在投入OVATION控制柜的I／O卡件时，必须避免或防止强电串入烧坏控制卡件事件发生。投入卡件前，可先用万用表查证排除无接线回路220VAC、220VDC、线路接地等风险因素。

（2）LVDT检查

LVDT的回路检查前，建安公司已将LVDT安装完成并且牢固，并且LVDT的安装满足油动机行程要求。LVDT的回路检查应重点关注初级线圈接线、次级线圈1、次级线圈2的极性对应性和正确性；并且LVDT回路的接线应压紧避免接线回路的松动。

（3）电磁阀回路检查

电磁阀回路的检查应将电磁阀的对应性及电磁阀线圈电压等级为核查重点。

（4）伺服阀回路检查

伺服阀回路的检查应将伺服阀的对应性及极性为核查重点。

（5）通道信号回路检查

（6）电磁阀通电检查

（7）仪表投入检查

（8）阀门整定

通过使用Ovation系统标准的阀位定值器上传／下载／校准图形来查看和修改VP调节常数以执行校准。通过校准顺序来确定0% 和100%校准值和解调器增益；通过调整相关常数，确定机械行程的端点，使LVDT达到最佳性能。

2．2 MTP／MTC报警试验

MTP／MTC报警试验需要与电厂控制系统画面和AP1000报警显示系统 （APS）配合检查。确保报警点不但在报警监视画面上正确显示，还应在APS上正确报警。

2．3 MTP联锁试验

在屏蔽MTP跳闸条件时，对采取措施（短接或解线）接线回路的线号进行保护以防脱落，以便恢复接线回路时正确接线。

为防止在做MTP联锁遮断保护试验中，频繁打闸／挂闸对汽轮机阀门 （MSV、RSV、GV、ICV）造成损坏，应选择1－2次遮断保护项目，来检验汽机遮断保护功能的正确性。其余遮断项目，采用关闭RSV、GV、ICV的进油针型阀的措施后，并且挂闸后不采取EH AUTO方式，进行挂闸／遮断试验。

在未采取关闭MSV、RSV、GV、ICV的进油针型阀的措施，进行挂闸／打闸遮断试验前应做好示警TEST牌，以免汽机阀门开关或打闸伤人事故发生，并且在模拟遮断前，应建立三段式沟通，确认汽机遮断保护动作不会造成阀门伤人风险，方可模拟遮断保护动作。

2．4 MTP远方通道试验

真空低通道试验的先决条件是凝汽器已建立真空；此试验在凝汽器建立真空后择时进行。

2．5 MTP喷油试验

本试验的试验目的在于检验机械超速（MOST）的逻辑功能，并不涉及检验撞击子的动作功能。验收准则是喷油试验功能正确可靠，满足设计要求。

在做MOST试验时，汽机挂闸／打闸前应做好示警TEST牌，和建立三段式沟通确认无伤人风险，以免汽机阀门开关或打闸伤人事故发生。

2．6 MTC回路检查

电磁阀回路检查：电磁阀接线回路正确、类型正确，符合设计要求。

通道信号回路检查：信号回路正确，并满足以下精度要求：电流 （mA），基本误差：±0．2%；热电偶 （mV），基本误差：±0．3%。

MTC电磁阀通电试验：电磁阀通电后皆能正确励磁，符合设计要求。

2．7 检查、试验、分析和验收准则 （ITAAC）

根据AP1000设计控制文件，针对主汽轮机系统，共用以下四项试验需要纳入ITAAC，在预运行试验阶段完成。国家核安全局需要对涉及的ITAAC项进行检查。

1）在主控跳闸汽轮发电机组；

2）收到保护和安全监测系统 （PMS）的信号之后，汽轮发电机组跳闸；

3）主汽轮发电机在收到来自多样化驱动系统 （DAS）的信号之后跳闸；

4）两种独立的电超速试验。

2．8 非核蒸汽冲转试验

本试验目的是确认汽轮发电机组在冲转升速和运行时各个状态参数正常，冲转过程中进行的试验主要包括调节控制系统功能相关的试验和部分保护装置试验。

非核冲转试验涉及的试验程序主要包括：

1）汽轮机非核蒸汽冲转试验程序；

2）非核冲转前联锁试验程序；

3）机组冲转前的逻辑闭锁程序；

4）汽轮发电机组振动监测和动平衡试验程序。

验证各调节控制系统和联锁保护功能的正确，具体项目包括：MSV控制机组升速功能、MSV稳定机组转速功能、机组转速自平衡功能、PMS联锁跳汽轮机功能、DAS联锁跳汽轮机功能、TOP、COP联锁启动功能、阀切换功能、GV转速控制功能、OPC试验功能。

在机组升速过程中，监测汽轮发电机组各轴承的振动情况，实机组测临界转速。

检查汽轮机组的安装与运行情况，确认机组在升速期间和额定转速空负荷情况下各项参数符合设计要求。具体项目包括：机组摩擦检查、400r／min机组参数检查、1 060r／min机组参数检查、1 500r／min机组参数检查。

检查确认汽轮发电机组主油泵与液压保安系统工作正常，具体项目包括：就地停机试验、远方停机试验、主油泵工作情况检查、就地注油试验。

针对静态特性试验期间发现的阀门反馈非线性问题，在非核蒸汽冲转期间进一步验证。

3 调试中主要问题及建议

3．1 调试中出现的主要问题及解决方法

（1）LVDT行程不匹配问题

在进行 “MTP回路检查”检查试验时，发现E－ICV对应的冗余RVP模件在阀门正常动作时繁发生控制模件主控和副控切换。经过多次分析和试验，先后排除了控制系统模件故障、版本不匹配和就地LVDT本身故障，最后将故障锁定在两个LVDT行程在过程中反馈偏差大，超过平台要求的1．5%要求。通过调整就地LVDT安装行程，问题得以解决。

（2）阀门自由行程不线性问题

在阀门自由行程标定时发现，4个高压主汽门 （MSV）、四个高压调节门 （GV）和6个低压调节汽门 （ICV）的指令与LVDT反馈出现非线性偏差，最大偏差达到4%。

西屋作为控制系统的供应商，其TCPS出厂报告显示eRVP卡工作正常，但是其试验为纯仿，没有和三菱真实的油动机一起联调。三菱公司的出厂报告显示，其采用的 “Servo count card”进行测试显示，LVDT线性度满足要求。

现场搭建了试验平台，首先对RVP模件这一侧进行测试，查找原因。试验证明，改变eRVP供给LVDT初级线圈励磁源的电压和频率 （包括甚至取消eRVP上的供电固件），采用第三方励磁源，均不能改善LVDT线性度。本试验排除了是线路或eRVP模件引起LVDT线性度不准确的可能。

经过了LVDT De－modulator对直流感应电压进行过滤。现场实际接线中，西屋是将反馈的感应电压接到了RVP模件上。三菱此前将其出厂的配置发给过西屋，但是没有引起对De－modulator作用的重视。

最后，通过在逻辑中对反馈进行函数修正，解决了此问题。

（3）阀门关闭时间

汽轮机主汽阀及调节汽阀关闭的快慢，直接决定了机组甩负荷时调节系统控制下机组的最高飞升转速以及在超速时危急遮断器动作后机组的实际飞升转速［6］。

按照 《电力建设施工及验收技术规范》［4］（DL 5011—92），100MW 以上汽轮机组主汽阀关闭时间不大于500ms，调节汽阀则没有要求。按照DL／T 711－1999，《汽轮机调节控制系统试验导则》［3］的要求，高、中压调节汽阀和高、中压主汽阀油动机的总关闭时间t为关闭过程中的动作延迟时间t1和关闭时间t2之和。针对600MW以上机组，试验导则建议的总关闭时间小于0．3s。

海阳一期项目三菱汽机额定功率大于1 000MW，其汽阀关闭时间计算公式为t＝t1＋t2／2，不同于试验导则要求，但是其RSV和ICV的关闭时间均同样要求小于0．3s，理论上不满足 《汽轮机调节控制系统试验导则》的要求。

3．2 控制平台与工艺系统不协调问题

传统上，汽机转速信号先接到OPC控制器，再输出到MTC。这种情况下，OPC控制器一旦故障，需要设计成联锁跳机。海阳一期TCPS的汽机转速信号分配方案为特殊设计，不需要将OPC控制器故障作为联锁跳机条件。

Ovation平台采用控制器计算转速信号后再送出动作OPC电磁阀，控制器计算本身需要比较长的周期，加上模件输出，OPC响应时间比硬件回路方式更长。主机厂计算后给出了能接受的最大OPC响应时间值，在项目的出厂验收试验中，发现有超限情况。实际运行中，OPC超限可能导致汽机超速。

调试中，发现RVP旧版型号无法识别初级线圈回路断线 （因为在中间位置时，LVDT电压输出在基本为0V）。经过升版固件，解决了这个问题，但是又发现丧失了厂家说明书上的电压外输出功能。

3．3 经验总结

汽机转速信号必须单独使用一根带屏蔽层的双绞线进行传输，不允许与其他传输信号共用一根电缆，包括其他的转速信号，以免受到干扰。

为最大限度减少损坏TCPS控制模件、模件通道及通道保险，TCPS调试时要求安装公司查线后将TCPS控制侧端接头浮空；等调试人员试验到相关设备或系统时，调试人员再次查线后由调试逐一端接。在后期的现场变更实施或消缺时，都采用这一原则，就地拆除或更换设备，TCPS控制侧的接线先解除，线缆重新查证后重新恢复。

调试中，还应收集存档TCPS系统软件的版本信息、硬件部件的部件号和序列号，定期与DCS平台的召回信息核对。

4 结束语

核安全法规 HAF 103［1］中要求核电厂调试的实施情况应分阶段审查，在完成对前阶段调试试验所得结果的评价和监查，并确认已实现了全部目标和满足了全部核安全管理要求之后才允许进行下一阶段的调试试验工作。海阳核电站的调试管理中设立试验审查委员会来实施上述法规要求。

核电厂安全导则HAD103－02《核电厂调试程序》［2］对核电厂调试主要阶段进行了详细描述，海阳一期核电站TCPS调试各阶段的内容符合HAD103－02的要求。

空负荷试验后，TCPS还需要进行带负荷试验，以获取调节系统在有蒸汽作用下的醅汽机构特性、调节汽阀重叠度特性和提升特性等特性，以及验证负荷稳定性及汽机性能等试验。

通过对海阳核电1号机组TCPS的成功调试，积累了Ovation控制系统与三菱主机的调试经验，可以为后续同型机组的调试提供一定的参考。

［1］国家核安全局 ．核动力厂运行安全规定：HAF 103［S］．北京：2004．

［2］国家核安全局 ．核电厂调试程序：HAD103－02［S］．北京：1987．

［3］电力行业电站汽轮机标准化技术委员会 ．汽轮机调节控制系统试验导则：DL／T 711—1999 ［S］．北京：1998．

［4］中国电力企业联合会基建工作部 ．电力建设施工及验收技术规范：DL 5011—92 ［S］．北京：1992．

［5］国家能源局 ．核电厂调试文件体系编制要求：NB／T 25007—2011 ［S］．北京：2011．

［6］党原健．蒲城电厂1号汽轮机主汽阀及调节汽阀静态关闭时间测试及分析 ［J］．西北电力技术，2003（3）：23－24．

I＆C Commissioning for the Turbine Control and Protection System of Haiyang Unit 1

TIAN Qing－wang
（State Nuclear Power Automation System Engineering Company，Shanghai 200241，China）

Through commissioning of turbine control and protection system，the design，manufacture，and installation quality of the system are validated，with an aim to achieve accurate on－line monitoring data，correct protection act，and reliable automatic control of the TCPS，and to meet normal and abnormal operating requirements of the main turbine system．

commissioning；turbine control and protection system；steam turbine protection interrupt system；electro－hydraulic turbine control system．

TM623．7 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0320－06

TM623．7

A

1674－1617 （2017）03－0320－06

10．12058／zghd．2017．03．320

2017－05－26

田青旺 （1979—），男，河南南阳人，学士，工程师，现主要从事AP1000仪控相关工作 （E－mail：tianqingwang＠snpas．com．cn）。

（责任编辑：白佳）