关键词：压水堆核电站；汽轮机；非核冲转；故障分析；维护
1 汽轮机调节保护系统概述
该压水堆核电站采用的是单机容量1000 MWe 的冲动式、单轴、中间再热、三缸四排汽、半转速汽轮机。汽轮机由一个高中压合缸和两个低压缸组成，高压缸和中压缸实现物理隔离。高压缸有四个进汽通道，每个进汽通道各设一个截止阀和一个调节阀。截止阀只有开关两个状态，控制新蒸汽的通断，当存在跳机指令时，安全油压电磁阀失电，安全油压泄压，截止阀快速关闭，实现保护功能。调节阀具有控制调节功能，由相应的阀门控制卡( VICKERS) 快速精准的控制阀门开度。高压缸排汽经汽水分离再热器( MSR) 再热后，分四路进入中压缸做功，中压缸也有四个进汽通道，每个进汽通道各设一个截止阀和一个调节阀。中压调节阀在蒸汽流量指令为20%及以上时，调节阀全开。
2 非核冲转期间汽轮机跳闸事件
根据该核电站汽轮机在非核冲转期间发生跳闸事件的原因分析，操作员在给出汽机转速设定值100 r /min 并确认程控升速后，汽机转速设定值逐渐上升，而汽轮机的转速依然保持盘车转速8 r /min 不变，20s 后汽轮机跳闸，安全油泄压，所有汽轮机进汽阀门快速关闭。通过查看操作员站历史趋势和报警列表确认是汽轮机调节系统( GRE) 发出的汽机控制跳机命令( Turbine Controller Trip) 导致跳机，继续追溯原因为产生了实测转速故障信号( ST Speed 203 failure) 。
2.1 汽轮机跳机的原因分析
根据跳机过程中的现象，查询汽轮机调节GRE 系统模拟逻辑图分析，当蒸汽流量指令超过3%延后7 s 后，且汽轮机转速依然小于0. 8%( 即12 r /min) ，会出现ST SPEED 203 FAILURE，使controller trip 汽轮机跳闸。
2.1.1 GRE 控制系统中对LVDT 的阀位反馈
汽轮机调节阀门阀位传感器由三个直线位移传感器( LVDT) 的探头组成，生成三路阀位反馈信号，第一路送到DCS，第二路送到汽轮机监测( GME) 系统，第三路送到汽机调节系统( GRE) 调节控制机柜参与阀门调节计算。
因这种直线位移传感器( LVDT) 在4.5mA～19.5mA的范围内是其线性最好的区间，能够保证阀门调节控制处在最优的线性区间，所以厂家将送往P320系统的汽轮机调节(GRE) 系统的8个高中压调节阀位置LVDT传感器的输出电流设置为4.5 mA～19.5 mA。这样，在阀门全关到位时，阀门送出的阀位反馈信号是4.5 mA; 阀门在全开到位时，阀门送出的阀位反馈信号是19.5 MA。若不进行迁移，则阀位反馈开度最小即为0.5/16= 3.125%的开度; 开最大时为96.875%的开度; 映射关系为反馈电流( 4.5 mA～19.5 mA ) 对应开度( 3.125%－96.875%) 。汽机调节系统(GRE) 接受的阀位信号参与控制汽轮机进汽阀开度控制，为保证GRE 系统逻辑计算，需将上述阀位反馈在汽机调节系统(GRE) 控制系统内做量程迁移。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆即将电流(4.5 mA～19.5 mA) 映射为(3.125%～96.875%) ，再映射为对应开度(0－100%)。阀门开度迁移的计算公式为Y=100×( X－3. 125) /( 96.875－3.125) 。在进行阀门开度指令计算之前，需结合GRE 逻辑图，将C3值设定值为3.125%，而C4 值设定值为96. 875%即可实现阀位反馈量程的0～100%的迁移。
阀门位移传感器(LVDT) 和汽机调节控制系统(GRE)发出阀门最终开度指令都会送到专用阀门控制卡( VICKERS)，在GRE 控制系统中，GRE阀位初始指令由蒸汽需求总量根据阀门控制曲线计算得来，阀门位置传感器(LVDT) 将阀位反馈信号( 4.5 mA～19.5 mA) 送到阀门控制卡(VICKERS) ，VICKERS卡将阀位信号送往GRE控制系统。为了提高响应速度和消除最终阀门开度与指令的偏差，GRE控制系统设计了积分环节，阀门最终控制指令由阀位初始指令加上积分计算得出。
2.1. 2 给出100 r /min 转速指令后的响应滞后及原因判定
根据高压调节阀门蒸汽流量与对应开度曲线，若使阀门控制指令达到3.125%，蒸汽需求量需达到8. 6%。根据汽机冲转阶段蒸汽流量生成指令进行计算，在升至3%蒸汽需求量时，大约需要25 s，由3%蒸汽需求量升至8.6%( 3.125%阀门开度指令对应蒸汽需求量) 大约需要12s，此时汽机才开始升速，但跳机信号已触发。
因此，在操作员完成程控升速确认后，汽轮机就应伴指令逐渐升速，因原设计中未考虑该指令的迁移，蒸汽需求量需逐渐达到8.6%时才能开始升速，此响应滞后导致蒸汽流量达到3%跳机阈值时，汽机转速仍未上升，导致跳机信号触发。在调试期间，需将阀门开度指令进行迁移，即将( 0～100%) 的指令映射为(3.125%－96. 875%) ，使蒸汽需求指令开始上升时汽轮机即开始升速。另一方面，首次冲转期间蒸汽参数可能较低，无法冲动汽轮机升速，现场需根据汽轮机本体特性，适当放大对蒸汽流量达到3%后汽机转速故障的判定时间区间，此时间区间宜在调试期间根据升转速曲线给予适当放大。
2.2 汽轮机跳闸的处理方法
2.2.1 修正软件内阀门指令信号
在原设计中，厂家并未考虑修正GRE 控制系统最终阀位指令迁移问题，导致阀门打开时间严重滞后。经过分析后，将阀门开度指令由( 0 ～ 100%) 映射修正为( 3.125% ～96.875%) 。
2.2.2 延时时间
对于7 s 内转速未能上升到12 r /min 的问题，根据现场的实际情况，在不影响机组安全启动的情况下，根据阀门升速特性，将判定时间延长为15 s，使开始升速阶段汽轮机充分进汽，且转速在15 s 内完成上升。
3 结论
本文简单介绍了汽轮机跳机保护系统的结构，详细分析了汽机首次冲转期间跳机的原因，通过对汽机控制系统综合控制指令迁移和修改跳机保护时间的措施，消除了跳机信号的设计缺陷，此2 项修改在后续的冲转中得到了很好的验证，后续再未出现相同原因的跳机事件。此事件的分析研究不仅解决了本机组的设计缺陷，还反馈到其他机组，对保证汽轮机调阀的调节性能和汽轮机冲转一次成功具有重要意义。
参考文献：
[1]王岩,范旭日,邵飞.压水堆核电站汽轮机的特点分析[J].中国城市经济,2011(09):145.
[2]崔伦元.用于压水堆核电站的核供热汽轮机[J].核动力工程,1986(06):42-48.
论文作者:郭浩 张太玉 吕艳松
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/12/2
标签：汽轮机论文; 阀门论文; 指令论文; 汽机论文; 蒸汽论文; 转速论文; 信号论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;