核電站高壓缸壓力表故障風(fēng)險(xiǎn)及改進(jìn)
高壓缸入口壓力表在核電機(jī)組上作為二回路負(fù)荷信號(hào)，參與了反應(yīng)堆的控制及保護(hù)。介紹了核電機(jī) 組高壓缸入口壓力表對(duì)反應(yīng)堆的保護(hù)功能，以及大亞灣嶺澳和嶺澳二期百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組反應(yīng)堆的不同保 護(hù)方式，分析了高壓缸入口壓力表故障有觸發(fā)安全注入動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生的幾起故障，都與高壓缸壓力儀表的 供電方式有關(guān)。為了防止安注信號(hào)的誤啟動(dòng)，有必要對(duì)儀表的供電進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)回顧，總結(jié)了幾起高壓缸 入口壓力表故障及其處理的經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些改進(jìn)的建議。
1.高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)壓力儀表的作用
核電站汽輪機(jī)一般采取噴嘴調(diào)節(jié)，噴嘴分為 幾組，每組各由一只調(diào)節(jié)閥控制，運(yùn)行時(shí)通過(guò)依次 啟閉這些調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)汽量。由于高壓缸調(diào)節(jié) 級(jí)噴嘴后的壓力與汽機(jī)功率之間有很好的線(xiàn)性關(guān) 系，因此噴嘴后的高壓缸入口壓力，可以用來(lái)表征 核電機(jī)組汽機(jī)功率。其中大亞灣/嶺澳核電站采 用GRE023/024MP表征，嶺澳二期采用 GRE022/023/024/MP表征，兩種表征方法在相 關(guān)控制保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式上存在一些差異。
1. 1汽機(jī)旁路排冷凝器系統(tǒng)的邏輯與控制
大亞灣/嶺澳核電站采用GRE023MP產(chǎn)生 汽機(jī)旁路排冷凝器允許信號(hào)（C7A、C7B)及短電 網(wǎng)故障信號(hào)（GCT406XU)。
嶺澳二期核電站采用GRE022/023/024MP， 通過(guò)表決器或手動(dòng)選擇其一產(chǎn)生C7A、C7B及 GCT406XU 信號(hào)。
大亞灣/嶺澳核電站的GRE024MP把高壓 缸的入口壓力作為汽機(jī)負(fù)荷的表征，與最終功率 整定值高選生成汽機(jī)旁路排冷凝器系統(tǒng)（GCT- C)在溫度模式下用于控制其開(kāi)度的參考溫度 (U，與一回路最高溫度（T?gm?)進(jìn)行比較產(chǎn)生 溫差AT，然后與GRE024MP和最終功率整定值 比較，形成一二回路功率偏差產(chǎn)生的溫度偏差信 號(hào)相加，用于控制GCT-C排放閥的開(kāi)啟（快開(kāi)或 調(diào)制開(kāi)啟)和開(kāi)度。
嶺澳二期核電站采用GRE022/023/024MP， 通過(guò)表決器或手動(dòng)選擇其一作為高壓缸入口壓 力，代表汽機(jī)負(fù)荷，與最終功率整定值高選生成 GCT-C在溫度模式下用于控制其開(kāi)度的7^，與 -回路Ta,g m?相比較，產(chǎn)生溫差A(yù)T，最終功率整 定值比較形成一二回路功率偏差產(chǎn)生的溫度偏差 信號(hào)相加以控制GCT-C排放閥的開(kāi)啟方式（快 開(kāi)或調(diào)制開(kāi)啟)和開(kāi)度。
1. 2蒸發(fā)器水位、控制棒及穩(wěn)壓器水位控制
大亞灣/嶺澳核電站通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)（402CC) 高選或二者之一后參與控制汽機(jī)負(fù)荷，與除氧器 排放（ADG)及冷凝器排放（GCT)的有效信號(hào)相 加后，作為總的二回路負(fù)荷，生成形成蒸汽發(fā)生器 (SG)水位控制中的水位整定值（L?r)。作為二回 路負(fù)荷，先與最終功率整定值選大后送往控制棒 控制（RGL)系統(tǒng)生成Te，與T-比較產(chǎn)生溫度 偏差，控制溫度控制棒的動(dòng)作。作為二回路負(fù)荷， 還與最終功率整定值選大后送往RGL系統(tǒng)生成 T-，與Tavg比較后作為前饋信號(hào)，對(duì)穩(wěn)壓器 (PZR)水位整定值進(jìn)行修正。
嶺澳二期核電站GRE022/023/024MP通過(guò)表決器或手動(dòng)選擇其一參與控制，實(shí)現(xiàn)SG水位 控制中的，控制溫度控制棒的動(dòng)作及對(duì)PZR 水位整定值進(jìn)行修正。
1.3反應(yīng)堆停堆保護(hù)信號(hào)
大亞灣/嶺澳核電站GRE023/024MP用于2取 1生成P13(汽機(jī)功率大于12%Pn)，進(jìn)而產(chǎn)生P7 (核功率大于10%Pn)。P7參與穩(wěn)壓器（86%水位， 13 MPa)、蒸發(fā)器（75%水位）、主栗（1 365 r/min， 88.8%Qn，主泵斷路器跳閘）6個(gè)停堆信號(hào)保護(hù)。
嶺澳二期核電站GRE022/023/024MP用于 3取2生成P13(汽機(jī)功率大于12%Pn)，進(jìn)而產(chǎn) 生P7(核功率大于10%代)。P7參與穩(wěn)壓器 (86%水位，13 MPa)蒸發(fā)器（75%水位）、主泵（1 365 r/min,88. 8% Qn，主泵斷路器跳閘）6個(gè)停堆 信號(hào)保護(hù)。
1.4安全注入信號(hào)
大亞灣/嶺澳核電站及嶺澳二期核電站均為 GRE023/024MP分別經(jīng)函數(shù)發(fā)生器（GRE401/ 402GD)形成蒸汽流量高整定值，與蒸汽發(fā)生器的 蒸汽流量(VVP004/005/006MD)或 VVP001/002/ 003MD比較，決定是否發(fā)出蒸汽流量高20%信 號(hào)，或者產(chǎn)生蒸汽發(fā)生器蒸汽流量高信號(hào)。在一 回路溫度低低及蒸汽發(fā)生器壓力低低的情況下， 觸發(fā)安全注入信號(hào)。
通過(guò)上面的分析，可以看到在生成蒸汽流量 高的安全注入保護(hù)信號(hào)方面，嶺澳二期與大亞灣/ 嶺澳相同，由此導(dǎo)致相應(yīng)的保護(hù)觸發(fā)的可能性增 大，甚至發(fā)生事故。事實(shí)上，大亞灣/嶺澳及嶺澳 二期核電站發(fā)生的幾起高壓缸入口壓力表故障的 事件，分析結(jié)果都表明觸發(fā)安注信號(hào)或存在著安 注風(fēng)險(xiǎn)。
2.大亞灣核電站的故障及處理
2004年8月的某日，大亞灣2號(hào)機(jī)主控發(fā)現(xiàn) GRE023MP緩慢下漂，立即執(zhí)行核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng) 控制裝置和安全設(shè)施故障處理（IRRC/RPR)規(guī)程 進(jìn)行處理，將相關(guān)控制切至備用儀表GRE024MP 位置。不久GRE023MP階躍下漂至8%，現(xiàn)場(chǎng)報(bào) 告其儀表的下游管道斷裂。事故發(fā)生后立即采取 措施，將GRE023MP置安全位置，將所有調(diào)節(jié)系 統(tǒng)的供電由控制電源第三組（SIP3)切換到SIP4。 由于GRE023MP置于安全位置，因此觸發(fā)的是 P13(汽機(jī)功率大于10%匕，1/2)和三臺(tái)SG的蒸 汽流量高信號(hào)（高于定值20% )。其中P13進(jìn)而 產(chǎn)生P7，P7參與穩(wěn)壓器（86%水位，13 MPa)、蒸 汽發(fā)生器（75%水位）、主泵（1 365 r/min, 88. 8% Q。，主泵斷路器跳閘）6個(gè)停堆信號(hào)保護(hù)。正常情 況下，GRE023/024MP 分別經(jīng) GRE401/402GD 形成蒸汽流量高整定值，與VVP004/005/006MD 或VVP001/002/003MD比較，決定是否發(fā)出蒸 汽流量高20 %信號(hào)。GRE023MP置安全位置 后，觸發(fā)每臺(tái)SG各一列蒸汽流量高信號(hào)，輸送至 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPR)。
每臺(tái)SG蒸汽流量高信號(hào)2取1，然后3臺(tái) SG蒸汽流量高信號(hào)3取2。兩臺(tái)以上SG蒸汽流 量高加主蒸汽壓力低低（3. 55 MPa，2/3)或一回 路平均溫度低低（P12)時(shí)會(huì)導(dǎo)致安注信號(hào)觸發(fā)。
從事件本身分析，GRE023MP下游管道泄漏 進(jìn)而斷裂，導(dǎo)致GRE023MP階躍下降至8%，觸發(fā) C7A/C7B信號(hào)。C7A/C7B信號(hào)一直存在，增加了 一回路溫度下降，P12信號(hào)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。GRE023MP 置于安全位置后，觸發(fā)P13和蒸汽流量高信號(hào)，增 加了停堆保護(hù)信號(hào)和安注信號(hào)觸發(fā)的可能性。
3.嶺澳二期核電站的故障及處理
2010年1月的某日，嶺澳二期3號(hào)機(jī)主控室 應(yīng)急停堆（ECP)盤(pán)上出現(xiàn)安注/安全殼隔離A階 段/停堆信號(hào)，操縱員確認(rèn)安注信號(hào)已觸發(fā)，并確 認(rèn)安注動(dòng)作對(duì)機(jī)組狀態(tài)無(wú)影響。原因是由于 GRE024MP上的錄波工作導(dǎo)致VVP001/002/ 003MD產(chǎn)生蒸汽流量高信號(hào)，再疊加蒸汽壓力低 低與無(wú)一回路P12閉鎖，最終產(chǎn)生安注信號(hào)以及 安注后相應(yīng)系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作。
再?gòu)男盘?hào)源頭查得，由于GRE024MP的信 號(hào)采集回路顯示壞點(diǎn)（之后查得是由于 GRE024MP卡件保險(xiǎn)燒毀引起），即數(shù)據(jù)為 FAULT狀態(tài)，該信號(hào)去SF019功能組的sheet2 來(lái)生成VVP001/002/003MD的整定值，使得 VVP流量整定值為FAULT狀態(tài)。因?yàn)橄惹盁o(wú) P4(停堆）或C8(跳機(jī)）信號(hào)，如果此時(shí)有P4或C8 信號(hào)存在，則選擇模塊SWS將VVP001/002/ 003MD整定值選為40%FFR不變，就不會(huì)觸發(fā) VVP流量整定值故障信號(hào)。所以，由安注引發(fā) P4立即導(dǎo)致VVP流量高信號(hào)消失，故安注信號(hào) 閃發(fā)后立即消失。
VVP流量整定值信號(hào)進(jìn)入SF019的sheet6， 由于VVP001/002/003MD的蒸汽流量整定值為 FAULT 狀態(tài)，不與 SI022 采集的 VVP001/002/ 003MD實(shí)際值作差也不進(jìn)行閾值判斷，直接輸出 FAULT狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量進(jìn)入ALU;1/2表決模塊 12Y的4路輸入信號(hào)中的2路信號(hào)來(lái)自SIP IV 中的APU3和APU4均為FAULT,導(dǎo)致3個(gè)1/2 表決模塊12Y都輸出FAULT狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量去 表決模塊23 V表決。根據(jù)表決模塊23 V的說(shuō)明 書(shū)，個(gè)輸入量都為FAULT時(shí)輸出為1，則降級(jí) 驅(qū)動(dòng)，故最終產(chǎn)生安注（SI)信號(hào)。
4.改進(jìn)建議
大亞灣/嶺澳和嶺澳二期核電站都曾出現(xiàn)過(guò) 因GRE壓力儀表故障可能及觸發(fā)安注動(dòng)作的事 件。由于大亞灣/嶺澳核電站僅有兩個(gè)儀表 (GRE023MP/024MP)，必須有一個(gè)作為蒸汽流 量的參考值參與反應(yīng)堆保護(hù)。但是由于設(shè)計(jì)中考 慮到獨(dú)立性及冗余性，采用了 GRE023/024MP 分別對(duì)應(yīng)單個(gè)蒸汽發(fā)生器一個(gè)蒸汽流量表，結(jié)果 造成了安注風(fēng)險(xiǎn)。大亞灣/嶺澳核電站采取模擬 控制保護(hù)，較難避免單個(gè)GRE儀表故障可能出 現(xiàn)安注動(dòng)作的現(xiàn)象，必須通過(guò)培訓(xùn)及規(guī)程強(qiáng)調(diào)防 止事件發(fā)生。
嶺澳二期采用DCS控制技術(shù)，增加了儀表的 GRE022MP，而且在其他的控制保護(hù)中廣泛采用 表決器，防止出現(xiàn)單一儀表故障造成保護(hù)動(dòng)作，但 是高蒸汽流量保護(hù)部分沒(méi)有采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)。為 了降低此類(lèi)事件的風(fēng)險(xiǎn)是否需要改進(jìn)，如何改進(jìn) 都是值得進(jìn)一步探討的。GRE儀表在參與高蒸 汽流量保護(hù)中僅提供參考值，而且儀表取自汽輪 機(jī)同一部分，因此在滿(mǎn)足相應(yīng)保護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前 提下可以改造，改造的關(guān)鍵是利用三個(gè)GRE壓 力表對(duì)蒸汽發(fā)生器流量計(jì)進(jìn)行比較。
保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括單一故障準(zhǔn)則、冗余 性和獨(dú)立性、多樣性、故障安全、邏輯符合、可試驗(yàn) 性和可維修性，其中冗余性和獨(dú)立性是儀表設(shè)計(jì) 中必須考慮的。在把冗余性的原則應(yīng)用到邏輯系 統(tǒng)、執(zhí)行器和電源時(shí)，為了排除由于環(huán)境因素和電 氣物理現(xiàn)象的相關(guān)影響，要求具有相同保護(hù)功能 的重復(fù)通道之間應(yīng)彼此獨(dú)立，保持物理上的分離 和電氣上的隔離，以免喪失冗余性。獨(dú)立性是采 用冗余技術(shù)的前提，也是克服由單一故障引起故 障，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢驗(yàn)和維修的重要措施，因此也要求 在保護(hù)系統(tǒng)與控制乃至與其他系統(tǒng)之間，保持電 氣上和結(jié)構(gòu)上的相互獨(dú)立。
根據(jù)前面的討論，為防止單個(gè)儀表故障的安 注風(fēng)險(xiǎn)，可以將GRE022/023/024MP經(jīng)過(guò)表決 器產(chǎn)生_個(gè)壓力值作為二回路負(fù)荷的參考值，對(duì) 每一個(gè)蒸發(fā)器的蒸汽流量進(jìn)行比較。但是這樣又 會(huì)造成不同電源的儀表間信號(hào)傳遞問(wèn)題，違反電 源的獨(dú)立性和冗余性。
為了避免單一儀表故障觸發(fā)安注，同時(shí)保證 電源的獨(dú)立性和冗余性，可以將GRE022MP加 入對(duì)蒸汽發(fā)生器流量計(jì)的校正，由其供電為SIP I 保證獨(dú) 立 性 要 求 。 根 據(jù) 供 電 電 源 對(duì) 蒸 汽 流 量 及 GRE壓力，可以采用表1的設(shè)置。
由于嶺澳二期采用DCS技術(shù)，因此相應(yīng)的修 改只要在對(duì)應(yīng)的機(jī)柜上修改程序，并對(duì)儀表的供 電（包括對(duì)蒸汽流量表的供電）稍作修改即可。儀 表的電源如表2。
如果按照表2配置，可以防止出現(xiàn)單一GRE 儀表故障觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作的可能性。
5.結(jié)論
由于設(shè)計(jì)的缺陷，嶺澳二期核電站GRE023/ 024MP —旦發(fā)生故障有觸發(fā)安注誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。 建議采取改造的方式，將GRE022MP引入蒸汽 流量高的保護(hù)，并對(duì)GRE各儀表的供電及相應(yīng) 的對(duì)蒸汽發(fā)生器蒸汽流量的比較作修改，保證單 個(gè)GRE儀表的故障不再有安注誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)， 提高機(jī)組的安全可靠性。
