满功率单台蒸发器蒸汽流量漂移的分析与对策

王施洲

（中核核电运行管理有限公司运行五处，浙江 嘉兴 314300）

0 引言

SG的液位是通过蒸发器液位控制程序（以下简称SGL程序）来进行控制，而PTH是通过功率测量和校正程序（以下简称PMCR程序）计算的。早期的蒸汽流量变送器位于室外，下雨或是雷电的影响均可能造成流量参数的漂移。对于蒸汽流量漂移的分析以及相应的对策考虑是有利于机组稳定运行的。

1 理论分析

1.1 SG液位的影响

SGL程序有两个设计目标：

（1）保持给水流量与蒸汽流量的平衡，使得蒸发器液位保持在设定值；

（2）在反应堆功率变化时补偿“膨胀”或“收缩”现象对液位的影响。

为此，SGL程序引入了比例积分项、质量平衡项、功率项。

蒸汽流量对质量平衡项和功率项的影响。

（1）对质量平衡项的影响。

四个SG蒸汽流量在SGL程序里先标准化处理（蒸汽流量/258.25），再平均化处理（四个值取平均）；接着每个蒸汽流量与平均值比较，如果偏差大于±10%，则蒸汽流量认为无效，会以其他三个蒸汽流量的平均值替代。由此大致判断蒸汽流量失效的上下限制分别为293 kg/s和234 kg/s。SGL程序还设置了一条规则：如果质量平衡项的变化小于1%（死区），则默认质量平衡项为0。由此，在其他SG的蒸汽流量不变，漂移的SG蒸汽流量只要在（234，293）范围内，SGL程序就认为数据可信。

质量平衡项在满功率下的值为蒸汽流量与给水流量的差，意味着质量平衡项是随着蒸汽流量同趋势变化的，这种变化是瞬时的。若是漂移的量在死区范围，则质量平衡项不起作用。

（2）对功率项的影响。

SGL程序里的功率项：1.04×PDA（铂探功率）+ADAF。

ADAF：PTH-1.04×PDAF（铂探功率过滤20 s后的值），计算的值需过滤180 s。

PTH：1 659×蒸汽流量+（1 153.28-4.36×给水温度）×给水流量。

如果铂探功率稳定不变，那么SGL程序的功率项的值为3 min之前的热功率值。而PTH是随着蒸汽流量同趋势变化的。所以，如果蒸汽流量发生漂移，对于SGL程序功率项需要3 min才会起作用，有时间的滞后性。

1.2 热功率计算的影响

PTH：1659×蒸汽流量+（1153.28-4.36×给水温度）×给水流量

PMCR程序功率项计算和SGL程序功率项的计算一样，计算的反应堆功率在铂探功率稳定的前提下，就是3 min之前的热功率。一旦计算的反应堆功率变化，反应性调节装置开始动作，维持计算的反应堆功率在设定值。由于SG蒸汽流量漂移是虚假的，真实的反应堆功率没有发生变化，所以反应性调节装置的动作就属于错误性调节。带来的后果就是停堆裕量（以下简称ROPT裕量）的变化以及汽机功率的变化。

2 案例分析

2013年10月8日，二号机组满功率运行，由于台风雷雨天气，3#SG蒸汽流量变送器箱体进水，导致该测量回路信号异常波动，3#SG蒸汽流量AI2542漂移，从254 kg/s快速降到246 kg/s，3#SG液位下降，最低液位达到2.39 m，机功率上升8 MW。反应堆功率的异常波动导致停堆系统出现多个ROPT裕量不足报警。此事件过程中3个蒸发器（1#、2#、4#SG）蒸汽流量未见异常。机组紧急降功率到98%FP，清除质量平衡项，将AI2542的端子拔掉后机组稳定。后续清理3#SG蒸汽流量变送器积水，对变送器箱体重新做了防水处理。

由图1可以看到蒸汽流量（AI2542）的变化（由254减小到246）是在（234，293）这个范围区间里的，因此SGL程序是认为流量信号可用的。

对于SG的液位（AI1312），总体上是先下降后上升，最终趋于稳定的过程。从图1可以看到，蒸汽流量尚未漂移的时候，给水流量（AI2532）类似于正弦函数，而在漂移的前期（质量平衡项没有清除的阶段），给水流量调节得很密集，这是因为随着蒸汽流量下降，质量平衡项是减小的，意味着要求给水流量下降，上水阀关小。在一定时间的滞后下，SGL程序的功率项也开始发挥作用，减小给水流量。从SG液位开始下降开始，比例积分项开始缓解，要求上水阀开大。两种矛盾的要求最终由于液位的偏差过大，比例积分的作用大于质量平衡项和功率项的作用，所以给水流量密集调节的区域呈总体上升趋势。随后作为干扰项的质量平衡项被人为清除，可以看到给水流量不再呈密集调节状态。由于此时上水阀门已要求开大到等百分比特性的流量变化较大区域，同样的开度信号下给水流量出现大幅上升，很快SG的液位大幅上涨，大于设定值（机组降功率，设定值比初期略小）的情况下，比例项又开始大幅限制给水流量，最终比例积分综合作用，SG的液位趋于可控状态。

热功率（AX012）是随着蒸汽流量下降而有降低的。在反应堆功率的计算上，由于ADAF需要3 min的过滤，减小的反应堆功率是滞后的。这是从图1可以看出：汽机功率（AI2565）是在蒸汽流量漂移开始一定时间后才开始达到稳定的。由于堆功率的上升，向下漂移的蒸汽流量在热传输的积累下是有上升的。此时，热功率也回到了原来的值。此时由于多个ROPT裕量不足报警，紧急降功率到98%FP，事态得以缓和。

3 总结与对策

蒸汽流量向下漂移：在质量平衡项和功率项的作用下，上水阀要求关小，由于阀门的流量特性，SG液位的下降是平缓的。在比例积分的缓解作用下，SG液位得到缓解。总的趋势是先下降后上升，在去除质量平衡项的前提下水位趋于稳定。由于蒸汽流量向下漂移，热功率是下降的。使得计算得到的反应堆功率偏小，反应性调节下，真实反应堆功率会上升，部分ROPT裕量不足，汽机功率会上升。满功率下堆机功率的异常上升对机组危害是特别大的。

蒸汽流量向上漂移：质量平衡和功率项最先作用，要求给水开大，SG水位开始上升，比例积分作用进行缓解，总的趋势为先上升后下降，最终在去除质量平衡项的前提下水位趋于稳定。值得赘述的是，由于上水阀的等百分比调节特性，初期给水上升的速率可能较大，SG液位的波动会较大，存在汽机跳机的风险。对于热功率，随着蒸汽流量的上漂移，热功率是上升的，使得计算的反应堆功率是上升的，反应性调节升LZC水位，最终反应堆功率是下降的，从而汽机功率也是下降的。由于下降是保守的，所以危害较缓和。

蒸汽流量在（234，293）范围内非正常波动属于漂移现象，去除质量平衡项是首要进行的干预行动。由于质量平衡项是整体去除，对于整个SG的液位监视就显得非常重要。防止SG高液位脱扣汽机，防止ROPT裕量低是应对措施非常重要的两步。在此基础上，拔掉漂移的蒸汽流量WIBA，使得控制程序不再使用漂移的流量。由此，保持对SG水位，功率的监视，显得格外重要。

图1 事件过程机组参数