AP1000旁排系统调试经验反馈

罗吉江(山东核电有限公司， 烟台 265116)

AP1000机组常规岛热力系统采用单元制，机组运行负荷模式为承担基本负荷。核电汽轮机旁路系统又称为旁路排放系统，简称旁排系统。AP1000机组采用一级大旁路形式，即通过旁排系统直接将主蒸汽排至凝汽器。旁排流量按额定工况主蒸汽流量的40%设计。在启动初期和异常情况下，旁排系统将主蒸汽排至凝汽器，避免主蒸汽大气释放阀、主蒸汽安全阀和稳压器安全阀的动作。本文对旁排阀调试过程中产生的问题，如旁排阀控制对象错误、定位器反馈单元异常及甩负荷时旁排阀控制异常等进行了分析，并给出了应对措施，为后续同类型机组的调试、运行提供借鉴。

1 旁排系统的功能

汽轮机旁排系统是核电站不可或缺的重要组成部分之一，为机组的启动、停运、正常运行和异常瞬态工况(如汽轮机跳闸、阶梯负载降低或主蒸汽管道的隔离)提供蒸汽旁路，确保机组的安全、经济运行。旁排系统具有启动机组、泄流、保证机组安全和实现机组特殊工况的功能。

1.1 配合机组的启动

压水堆核电汽轮机是饱和蒸汽汽轮机。为降低进入汽轮机的蒸汽湿度，在启动初期，机组随着核岛蒸汽压力的升高而逐渐开启旁排阀，使汽轮机进汽管路得到充分的暖管。

常规火电机组旁排系统对于锅炉蒸汽温度与汽轮机金属温度的合理匹配起着至关重要的作用。而压水堆核电汽轮机冲转参数低，蒸汽温度与汽轮机汽缸金属温度的匹配对旁排系统没有要求，这一特点是其与常规火电旁路功能的最大区别之一。

1.2 配合机组的停运和正常停堆

机组的停运是启动的逆过程，当负荷下降到一定值时，旁排系统投入运行，使汽轮机负荷与核岛反应堆功率的匹配。

旁排系统的余热排出功能是核电机组所特有的。在核岛停堆过程中，核电站需要有足够的旁路容量和瞬态响应能力，来保证反应堆自动控制的稳定运行，并能够实现手动控制冷却核反应堆，最终将反应堆冷却到余热排出系统投运状态。

1.3 确保机组的蒸汽品质

旁排系统能够提高汽水品质, 使蒸汽中的固体小颗粒通过旁排进入凝汽器, 保证合格的蒸汽进入汽轮机，从而防止汽轮机调速汽门、喷嘴及叶片受到硬质颗粒的腐蚀。

1.4 溢流作用

溢流作用即协调汽轮机与核岛间的不平衡蒸汽量。旁排系统容量和阀门操作响应时间与反应堆控制系统的设计相匹配，可以保证主蒸汽大气释放阀、稳压器或主蒸汽安全阀在以下工况不动作：反应堆从100% 负荷跳堆；100%负荷下汽轮机跳闸，而反应堆未停堆或甩负荷。

1.5 安全功能

旁排系统具有防止反应堆冷却剂系统过冷却的功能，旁排系统在失去动力时将关闭旁排阀。旁排系统同时具有防止蒸汽发生器烧干的功能，当蒸汽发生器宽量程水位低时，闭锁旁排系统投入，关闭旁排阀。当机组发生异常，比如出现核岛反应堆功率与汽轮机功率不匹配，或发生大于10%的负荷阶跃或负荷变化率大于5%时，旁排系统与反应堆控制系统共同动作，维持主蒸汽系统压力稳定，防止系统超压。

1.6 实现停机不停堆及快速甩负荷(FCB)功能

FCB功能是指机组在电网故障时能快速减负荷并自动转为只带厂用电，作“孤岛运行”的功能。从理论上讲,当汽轮机凝结水及循环水等系统运行正常时, 选择合适容量的旁排系统，能保证任何电负荷下将发电机解列而汽轮机不停机，或汽轮机停机不停堆，以及实现FCB功能。旁排系统的设计考虑了电网故障、发电机机组故障、机组甩负荷时反应堆单独运行的情况和带厂用电运行的情况。

1.7 回收工质和热量

旁排系统将从蒸汽发生器过来的蒸汽排放至凝汽器，回收机组的蒸汽，从而最大程度地减少机组在启动、异常工况及停机时的工质和热量损失。

2 旁路排放系统配置

2.1 旁路排放系统布置

汽轮机旁排系统是从主蒸汽管道引出一个旁路，以可控的方式将蒸汽引入凝汽器,使反应堆能够在汽轮发电机负载瞬态大幅度变化后仍然保持运行，并能够独立于汽轮发电机运行。旁路排放系统由6个蒸汽旁排阀及与主蒸汽、凝汽器相连接的管道组成，每个凝汽器与两个旁排阀相连接，布置在凝汽器循环水出水侧的7.5 m平台,如图1所示。

图1 旁排系统简图

旁路排放系统在进入凝汽器内部管路设置了消能装置——双层多孔管，防止旁路蒸汽直接冲击凝汽器管束，并且在凝汽器的受冲击区域采用0.7 mm厚的管子。

为防止进入凝汽器的旁排热蒸汽进入汽轮机，在每个旁排系统的消能装置正上方布置了水幕喷水，以达到对进入凝汽器的高温蒸汽降温的目的。减温水来自机组的凝结水系统。

为避免汽轮机旁排系统在投运时发生振动，AP1000旁排系统将控制阀布置在靠近凝汽器的位置，阀门至凝汽器的管道长度仅有5～6 m。另外在旁排阀前的管道上设置带疏水罐并联气动疏水阀的疏水系统，使旁排系统在运行中保持在热备用状态, 避免对旁路的热冲击。

2.2 技术参数[1]

旁排系统主要技术参数详见表1。

表1 旁排系统主要技术参数

3 旁排系统调试

3.1 旁排阀的冷态调试

旁排阀是气动调节阀，冷态调试主要包括就地和远方的开关试验、阀门行程试验。旁排阀的快开、快关时间测量满足设计要求。详见表2。

表2 旁排阀快开、快关时间记录表

3.2 旁排吹扫

在热试期间，机组一回路冷却剂系统处于正常压力(NOP)、正常温度(NOT)平台，利用蒸汽发生器的蓄热和主蒸汽管道存汽，通过瞬间开启旁排阀的方法对主蒸汽管道进行爆破式吹扫，清除主蒸汽管道残存的杂质，提高常规岛侧的蒸汽品质，为后续旁排阀正常投运及汽轮机冲转创造条件。

使用快速开启单个旁排阀爆破式吹扫的方式，开启6台旁排阀逐台进行吹扫，每个旁排阀至少吹扫三次，开度分别为70%、100%、快开100%。吹扫过程中将反应堆冷却剂系统(RCS)的温度控制在不低于280 ℃的水平。当RCS温度接近282 ℃时关闭旁排阀，停止吹扫。

每次吹扫前后取凝结水进行浊度和铁离子化验，依据化验情况判断，如果吹扫结果不理想，以吹扫前后凝结水中铁离子增加不超过500ug/L为目标，不达标则增加吹扫次数。

3.3 旁排阀的热态调试

机组热试期间，逐一对旁排阀进行0%、25%、50%、75%及100%开关试验，检验旁排阀动作响应特性是否正常。

启动试验阶段，利用手动升降反应堆功率的方式来检验旁排阀在平均温度模式和蒸汽压力控制模式下的调节响应特性，必要时进行优化调整。

4 旁排系统调试经验反馈

4.1 旁排阀控制对象相反问题

4.1.1 过程描述

某机组处于热试阶段，一回路温度232.2 ℃，压力11.2 MPa，主蒸汽处于暖管阶段。操作旁排阀V01C、V02C时，控制动作正好相反，控制V01C动作时，V02C动作，控制V02C动作时，V01C动作。现场进行检查，确认同一管道旁排阀动作正好相反，共涉及旁排阀V01A、V02A， V01B、V02B，及V01C、V02C六个旁排阀。

4.1.2 原因分析

乳制品中药物残留和环境污染的问题已经拉响我国奶源安全的警报。多氯联苯和有机氯农药是国际环境科学领域十分关注的持久性有机污染物。此类化合物具有亲脂性和半挥发性，难以被生物降解，可通过食物、水、大气和土壤等环境介质与包括人类在内的环境生物体系接触，对生态环境和人类的健康带来潜在的危害，因此建立多氯联苯和有机氯农药残留的检测方法对于保证乳制品的质量十分重要。

经调查发现，2号常规岛厂家供货的阀门上的两个铭牌不一致，而且阀门布置的ISO图和PI&D图不一致。以上是导致旁排阀接线错误的主要原因，而安装人员没有仔细核对，则是旁排阀接线错误的又一原因。

4.1.3 应对措施

阀门及控制柜的规格型号均一致，无差别，可以互用。按照主蒸汽系统PI&D图所示的阀门以及仪控设备布置要求，在现场将同一旁路管道上的两个旁排阀的电磁阀电源电缆以及温度、限位开关和阀门的仪控电缆进行对调修改，以消除故障。

4.2 旁排阀定位器反馈单元异常

4.2.1 问题描述及分析

旁排阀V01A定位器反馈单元固定板发生螺栓断裂、手轮脱落，并产生阀位偏差而报警。旁排阀阀门开度在80%以上时，阀门振动剧烈，长时间投运导致上述问题。机组启动初期，6个旁排阀接受旁排指令按顺序逐个开启，旁排投运后先开启旁排阀V01A，此阀保持长期运行，直至机组并网后，旁排阀逐渐关闭。

4.2.2 应对措施

更改阀门定位器，将原来机械式连接的定位器更换为磁条式非接触式定位器，更换对象是经常使用的V01A、V01B、V01C三台阀门。改造效果良好，避免了因阀门振动导致的指令与反馈偏差大的问题。

4.3 蒸汽发生器(SG)液位出现波动

4.3.1 问题描述

机组由30%负荷进行甩负荷后，旁排阀V01A、B、C全开，V02A、B开18%，V02C未动作，主蒸汽母管压力由初始的6.765 MPa升高，最高升至7.012 MPa，甩负荷后旁排阀V01A、B、C和V02A的阀位出现波动，并呈现发散现象；汽轮机旁排阀预期动作正常，但是动作开始约500 s过程中震荡较大。旁排阀V01A、B动作情况详见图2。

图2 30%甩负荷后旁排阀V01A、B动作情况

4.3.2 原因分析

汽轮机旁排阀有3种控制模式，即平均温度控制模式、蒸汽压力控制模式、蒸汽排放堵塞模式。平均温度控制模式下，系统具有0%至100%功率范围内自动控制旁排阀的能力。该模式下蒸汽排放量由反应堆冷却剂平均温度测量值TAVG与参考平均温度TREF的差值计算得到。这种模式主要用于运行瞬态需要蒸汽排放的情况[2]。

机组正常运行时，旁排阀为温度控制模式，汽轮机由30%负荷进行甩负荷后，甩负荷控制器控制旁排阀的动作，从而控制蒸汽排放量，TAVG-TREF在甩负荷后最高升至6.17 ℃。由于旁排阀阀位出现波动，TAVG和TREF数值分别在3.7 ℃、3.96 ℃和2.88 ℃、2.06 ℃之间震荡，并呈现发散现象。由于旁排阀开度出现震荡发散，导致SG液位和主蒸汽压力也出现震荡发散。将旁排阀控制方式由温度控制切换至压力控制后，震荡消失。

4.3.3 应对措施

在旁排控制逻辑LEAD/LAG模块中，将旁排阀动作延迟时间由6 s修改为4 s，后续机组甩负荷试验时未出现旁排阀控制发散问题。反应堆功率低于额定功率的20%后，及时将旁排阀控制方式由温度控制切换至压力控制，这样能够避免旁排阀低功率下温度控制模式开度不稳定的问题，避免影响主蒸汽压力和SG液位的稳定。

4.4 旁排减温水管道振动

4.4.1 问题描述

机组在热试期间，一台凝结水泵运行，凝结水母管压力为2.79 MPa，汽轮机轴封系统投运，凝汽器真空为-95.6 kPa，旁排系统投运，旁排水幕喷水投运。检查发现旁排水幕喷水控制阀前后管道振动大，在旁排水幕喷水控制阀到旁排的减温水管线垂直管段振动最大，南北方向为146.7 mm/s，东西方向为90.5 mm/s，其他振动数据详见表3。

4.4.2 原因分析

表3 旁排水幕喷水管道振动情况表

旁排水幕喷水控制阀为开关型阀门， 无调节功能，根据厂家提供的减温水流量对该阀门进行整定，然后固定阀门开度。对旁排水幕喷水管线及控制阀进行检查， 发现旁排水幕喷水管线的部分支吊架松动，其喷水控制阀开度由之前整定的约50%变为当前的100%全开状态。初步分析认为旁排水幕喷水管线振动大原因主要有两点：一是管道支吊架松动，二是旁排水幕喷水管线超流量工作。

4.4.3 应对措施

对松动的支吊架进行调整，恢复正常状态，管道振动有所降低，但是无明显改善；重新对旁排水幕喷水控制阀开度进行整定，旁排水幕喷水管线振动满足要求[3]，振动数据详见表3。

为避免旁排水幕喷水控制阀开度出现变化和阀门检修后的重新整定，在减温水管道加装节流孔板，将旁排水幕喷水控制阀保持全开。

5 结 论

旁排系统是机组重要的组成部分，AP1000旁排系统经过启动试验的验证，在机组启动、甩负荷等工况下旁排阀动作响应正常，能够满足机组连续安全运行的要求。本文对AP1000旁排系统的特点、调试及调试过程中出现的问题进行了总结分析，可为后续核电机组旁排系统在设计、调试及运行方面提供经验。