核电厂蒸汽转换系统安全阀动作原因分析

刘镇国，蔡二灵

（大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳 518000）

1 引言

核电厂蒸汽转换系统（STR）用于产生低压辅助蒸汽，通过辅助蒸汽分配系统（SVA）分配给核岛和常规岛各用户。蒸汽转换器系统主要由蒸汽转换器（001TX）、疏水箱（001BA）、疏水冷却器（001RP）、辅助蒸汽除氧器（001DZ）、排污箱（001CW）、给水泵（001PO、002PO）及相应的阀门和管道组成。来自主蒸汽系统（VVP）高压饱和蒸汽经两支并联的降压调节阀002/005VV降压到2 MPa.a后，进入蒸汽转换器001TX进口联箱，在转换器壳体内由一束高压传热管将蒸汽热能传至周围的给水，从而产生1MPa.a的辅助蒸汽。当电站两台机组正常运行时，辅助蒸汽由其中一台机组的STR产生，根据生产需要可进行两台机组STR的切换。

某核电站在执行2STR切换至1STR带载过程中，工作人员在SVA有较大负荷的情况下切换，调节系统未能正常响应，导致1STR一次侧安全阀1STR007VV动作，反应堆短时功率上升。本文针对该问题展开原因分析。（图1）

2 事件过程描述

工作人员按指令执行2STR切换至1STR带载，考虑到热功率的变化，主控先将电功率降低1MW。系统初态情况为：2STR蒸汽转换器一次侧压力 6.8bar，二次侧 6.6bar；2STR001MP 定值 A bar，2STR002MP 对应定值 6bar；1STR001/002MP定值均为0bar；SVA的核岛蒸汽用户9TEP系统有持续用汽。

现场工作人员按规程进行1STR启动前在线，将9ASG/9SVA等疏水切换至1STR后，根据2STR001/002MP的定值分别逐步调整1STR001MP至A bar，逐步调整1STR002MP定值至8bar，检查1STR002VV有开度且稳定，随后到2STR降低其压力定值。

主控观察到热功率有上升，同时接到电话汇报现场有较大的安全阀动作声音。主控立即降低电功率，同时要求现场停止1STR投运工作，核岛值班员停运9TEP蒸汽用户。

事后调查，在现场关闭1STR002VV手动隔离阀1STR001/003VV时，观察到1STR一次侧压力达A+10bar（1STR007VV动作定值A+10.5bar），发现1STR002VV在1STR001MP设定值为零的情况下，该阀门开度较大且有波动。

3 STR控制原理

辅助蒸汽由与蒸汽入口压力001MP级联的辅助蒸汽出口压力002MP进行调节。

降压调节阀002VV或005VV由蒸汽转换器的蒸汽入口压力001MP和辅助蒸汽出口压力002MP一同控制。辅助蒸汽出口压力002MP用于控制降压调节阀以保持蒸汽出口压力稳定。当主蒸汽入口压力上升到A+10bar或更高时，该主蒸汽入口压力信号会超越辅助蒸汽出口压力信号，并使降压调节阀关小以保持蒸汽入口压力在A+10bar或更低。当入口蒸汽压力降到A+10bar以下时，辅助蒸汽出口的压力信号又恢复对降压调节阀的控制。卸压阀007VV和022VV用来防止在降压调节阀故障情况下蒸汽转换器一次侧超压。

根据控制原理，蒸汽入口压力001MP测量新蒸汽降压调节阀（002/005VV）下游蒸汽的压力，002MP测量蒸汽转换器出口蒸汽的压力。002MP测量值与PI2调节器给定值比较，差值输入PI2调节器，PI2调节器输出值与PI1调节器定值进行比较，取其较小值，再与001MP测量值比较，差值通过PI1调节器去控制002/005VV的开度。

图2 蒸汽降压调节阀（002/005VV）控制原理图

4 事件原因分析

事件发生后，从人员、工作程序、设备故障等角度分析可能的原因。

4.1 人员

对于STR启动等不常见的运行操作，运行值重视程度不够，针对不同工况下的风险分析及应对措施存在不足。

由于对STR调节器准确性认识不足，在9TEP持续用汽的情况下，降低2STR二次侧压力，运行值也没有组织安排足够人力现场持续跟踪1STR002VV的响应情况。带负荷切换STR，使PI2调节器超出调节范围，PI1调节器的取小环节失去作用，压力异常时未能及时干预。

4.2 工作程序

现场使用的工作程序S1STR001对启动过程风险提示不足，需要现场操作员凭经验进行操作。

4.3 设备情况

咨询仪表人员得知，1/2STR001/002MP不是准确的控制器，其设定值与实际控制效果并不完全吻合，根据2STR参数设置1STR001/002MP的定值并不恰当，应该根据一/二次侧实际压力对定值进行缓慢调节。

由于SVA系统持续有用户使用蒸汽，现场降低2STR二次侧压力后，使得1STR002MP测量值低于其整定值，1STR002VV开度增大，一次侧压力1STR001MP逐渐升高。待1STR001MP一次侧压力高于整定值约16bar时，1STR001MP设定值与1STR002MP实际输出取小后，与1STR001MP实测值比较。如果1STR001MP输出信号正确的话，可以控制1STR002VV开度减小，限制一次侧压力1STR001MP继续升高。但调节系统未能正确响应，1STR002VV的继续开大，最终导致安全阀1STR007VV动作。

经实地调查验证，在1STR001/003VV关闭，1STR001MP整定值为0的情况下，设置1STR002MP整定值与实测值有偏差，PI2有持续输出信号的情况下，1STR803VA安全阀动作排气后，1STR002VV仍会逐渐全开，PI2的输出与PI1整定值的取小环节未能起作用，未能实现调节系统的限制保护作用。

另外，1STR002MP内的整定值旋到接近8bar时，1STR002MP输出压力表才开始有读数，这时整定值与二次侧实测值1STR005LP相差1bar，远远大于设计值。因此，由于1STR002MP设整定值的旋钮指示偏差太大，运行人员只能根据实测值1STR005LP指示和阀门开度来判断设定整定值，不能根据1STR002MP设整定值旋钮上的指示设定，极易造成设定值过高，导致阀门开度过大。

4.4 事件原因

综上所述，STR调节系统响应异常是事件的直接原因。STR系统调节粗糙，设定值偏差较大，1STR001MP和1STR803VA设备故障，未能有效控制STR002VV阀门开度，导致蒸汽转换器入口压力超过安全阀定值。

由于系统设计缺陷，在SVA系统有较大负荷的情况下切换STR，给1STR引入较大的系统扰动，这是安全阀动作的根本原因。规程风险提示不到位，工作人员经验不足是此次STR安全阀动作的促成因素。

5 纠正措施

结合本次事件的原因分析，制定相应的纠正措施如下：①在STR启动时应根据系统实际响应情况设置STR001/002MP的定值，相邻机组的参数不能作为设置的主要依据；②机组间STR负荷切换过程中，确认本机组STR带载后，方可进行相邻机组STR减载，同时必须有人连续跟踪STR001/002MP的响应情况，必要时进行干预；③在STR启动期间，暂停SVA重大蒸汽用户，如TEP/TEU/ASG等；由于带负荷切STR，使PI2调节器超出调节范围，PI1调节器的取小环节失去作用。据仪表专业建议，应控制STR002MP内的输出小压力表指示最大不超0.7bar；④优化STR启动规程，加强培训提高操作技能；⑤对STR系统进行改造，增强调节系统稳定性。