320MW机组甩负荷瞬态及提高甩负荷成功率方法分析

赵子毅

【摘 要】甩负荷事故对电厂来说是一种严重的事故，尤其是当甩负荷失败后可能对反应堆、汽轮机、安全指标、经济性等诸多方面造成不利的影响。本文通过对甩负荷后瞬态的分析，及甩负荷后各参数的变化，提出了几条提高甩负荷成功的建议。

【关键词】320MW核电机组；甩负荷；蒸汽发生器液位；成功率

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0031-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.011

【Abstract】Load rejection accident is a serious accident to a plant.It is bad to the safety of the reactor， the safety of steam turbine， safety indicators， economy when the Load rejection failure. Based on the analysis of the transient Load rejection and the changes of the parameters，proposing several recommendations to improve the success of Load rejection.

【Key words】320MW nuclear power plant； Load rejection； The level of steam generator； Success rate

1 甩负荷成功的意义

秦山30万机组的甩负荷事故分为两类：一类是由于电网或母线故障而跳开2001M，带厂用电运行；另一类是2001B非全相保护动作三相跳闸，汽机空载运行。当30万机组发生甩负荷事故后，如果甩负荷失败，汽轮机停机将造成诸多不利的影响。第一，若P10信号存在，汽轮机停机将导致反应堆停堆，影响生产指标，同时控制棒快速落到堆底，可能对控制棒造成损坏。第二，若汽轮机停机，主汽门将快速关闭，而失去外电负荷调门将自动关闭，主汽门关闭速度比调门关闭速度快，所以若甩负荷失败导致汽机停机比甩负荷成功所引起的反应堆冷却剂系统压力、温度和水容积的瞬态的严重性更大。第三，汽轮机的运行可靠直接影响着机组本身的安全性和机组的使用寿命，机组频繁的启停以及变负荷运行而产生的交变应力可能损坏转子。第四，当2001M跳闸后，汽轮发电机的正常运行保证了给厂内负荷供电的可靠性，不但保证了反应堆的安全，也减小了对厂内用电设备的危害。第五，当2001B跳闸后，汽轮机不停机减少了机组再次并网的时间，更具经济性。

2 甩负荷事故后对各系统参数的影响

2.1 對转速的影响

当发生甩负荷故障后，由于转子阻力矩降低，汽轮机组会超速。此时DEH进入转速控制模式，OPC超前器功能启动，迅速关闭调门和再热调门，防止汽机超速。核电汽轮机组蒸汽为饱和蒸汽，参数低，容量大，汽轮机的通流部分表面与腔室、汽水分离再热器和回热抽汽管道中均覆盖着厚约几十微米的水膜，在个别处水膜的厚度可达几百微米，水膜中所包含的大量水分处于饱和状态，当发生甩负荷事故时，机组同流部分压力下降，水膜蒸发形成蒸汽，成为机组二次及多次超速的原因之一。秦山30万机组超速保护控制器设定超速保护值为103%，当OPC检测到汽机超速103%后，迅速关闭调门和再热调门，防止汽机二次超速。下图为30万机组50%、100%甩负荷试验时的相关趋势。

由于汽轮机的超速而导致的频率增加将增加冷却剂流量，增加的反应堆的安全裕度。但是若DEH调速系统故障，有可能导致棒电源机组及主泵等设备跳闸，从而导致反应堆停堆。当OPC自动动作正常时，汽轮机转速将控制在合理范围内，能保证重要负荷正常运行，将增大甩负荷成功的概率。此外，当发生甩负荷故障时，机操要关注汽机振动、金属温度、轴向位移等参数，若超过限值，要迅速手动停机。

2.2 对反应堆冷却剂平均温度、稳压器压力、液位的影响

由于甩负荷故障后，调门快速关闭，蒸汽流量突然减小，蒸汽发生器壳侧压力升高。与此同时，蒸汽发生器传热能力减小，反应堆冷却剂平均温度升高和体积膨胀，从而导致冷却剂向稳压器流动，引起反应堆冷却剂压力升高。随后随着控制棒的下插、稳压器压力控制系统（喷淋）动作及旁排或大气释放阀的动作，反应堆冷却剂平均温度、稳压器压力液位下降。下图为30万机组75%甩负荷试验时的相关趋势。

从试验数据可以看出，甩负荷事故对秦山30万机组反应堆冷却剂平均温度及稳压器的压力和液位影响并不大，自动控制系统可以将各参数控制在要求的范围内。所以在甩负荷事故后，堆操要尽快确认自动控制系统是否相应正常。若动作异常，应迅速手动调节。需要注意的是：甩负荷后，若C5信号存在，控制棒不会自动提升，控制棒应手动控制平均温度。

2.3 对蒸汽发生器液位的影响

下图是C2调试50%甩负荷试验时蒸汽发生器液位的变化趋势：

从图中可以看出，甩负荷的瞬间，由于调门的关闭，蒸汽流量下降，蒸汽压力上升，蒸汽发生器窄量程水位由于虚假水位迅速下降。随后旁排动作，蒸汽压力释放，蒸汽发生器液位上升。随着程序液位的降低，主给水调节阀关小，主给水流量降低，蒸汽发生器液位开始下降。由于堆机功率不匹配，旁排阀的频繁动作，使蒸汽发生器液位不断波动。此外，旁排阀的频繁动作，使汽轮机的冲动级压力波动，从而使参考平均温度及蒸汽发生器程序液位不断波动，堆机功达平衡调节时间较长。

2.4 对发电机端电压的影响

甩负荷后，频率增加，端电压升高，由于为恒端电压控制方式，晶闸管导通角减小，发电机无功减小，端电压降至18KV。若AVR调节过慢，可能导致发电机过电压保护。

2.5 对主给水系统的影响

由于汽轮机超速保护动作，各抽汽逆止阀关闭。低加抽汽的隔离造成进入除氧器的凝结水温度降低，高加抽汽的隔离造成高加至除氧器的疏水减少，加上除氧器本身四段抽汽的丧失，使除氧器的压力迅速降低，但是除氧器内部的水温变化较压力有一定的滞后，导致除氧器压力小于入口给水温度对应的饱和压力，则很有可能导致主给水泵前置泵发生汽蚀，而前置泵的汽蚀导致主给水泵汽蚀，从而损坏主给水泵。

若主给水泵小流量再循环阀没有打开，主给水流量低导致泵体内水温度升高，同样会造成主给水泵的汽蚀。

3 提高甩负荷的成功概率的方法及建议

根据前面的分析，甩负荷不成功主要的原因有：转速调节系统不佳，导致重要设备跳闸，从而导致停堆；机组振动、润滑油温度超标导致停机停堆；主给水泵汽蚀，丧失主给水；发电机端电压过高；蒸汽发生器液位由于虚假液位停机或停堆。针对不成功原因，提高成功的方法有下：

3.1 提高DEH的转速调节性能，加强对汽轮机的疏水

通过试验可以看到秦山30万机组DEH调节转速的性能较好，甩负荷后频率能保持在合理的范围内，并且最后稳定运行，可以保证设备可靠运行。

通流部分水膜压力突降变成蒸汽是秦山30万机组汽轮机超速的主要原因之一，因此甩负荷后检查汽轮机本体疏水是否正常打开非常有必要。甩负荷事故发生后，常规岛值班员应迅速检查汽机本体疏水阀、导气管通风阀是否打开。若疏水阀不能正常动作，则手动打开相关疏水阀。

3.2 保证二回路重要系统的正常运行

甩负荷事故发生后，因为各重要系统都在自动控制下进行调节，所以在确认完自动系统动作正常、辅助蒸汽切换后，主控及现场均应立即检查二回路重要系统（工业水系统、定转子冷却水水系统、润滑油系统）的设备是否运行正常，若发生误跳，应尽快恢复，尤其要关注主给水再循环阀动作是否正常，若没有打开，立即手动打开，保证二回路相关设备的安全运行。

3.3 快速进行辅助蒸汽汽源的切换，维持除氧器压力液位

当发生甩负荷事故后，应迅速打开辅助蒸汽供汽阀FZQ-01V，关闭汽轮机一级抽汽截止阀FZQ-03V，恢复辅助蒸汽母管供汽，并确认除氧器恢复定压运行，维持除氧器压力在0.5kg/cm2，以防止主给水泵发生汽蚀。此外，由于除氧器液位在60%功率以上是三冲量调节，甩负荷后将自动切换为单冲量调节。因此，甩负荷后要检查除氧器液位控制的程序液位设定是否正常，尽量保证除氧器液位在较高液位运行，这也是防止主给水泵汽蚀的方法之一。

3.4 控制发电机的端电压

甩负荷后发电机端电压升高，必要时可将AVR切手动，降低发电机励磁电流，防止发电机定子过电压保护动作23.4KV。停止不必要的设备，保留一台主给水泵、一台凝结水泵、一台凝升泵、两台循泵运行，防止过多设备运行影响发电机的端电压和频率。

3.5 减小调节过程中蒸汽发生器液位的波动，加强对蒸汽发生器液位的监视

从试验数据中可以看出，在事故发生的瞬态，由于旁排阀动作的滞后，蒸汽发生器蒸汽压力升高，造成的虚假液位非常明显，可能造成停堆。但是由于事故的发生往往是不能预期的，所以瞬态的调节取决于自动调节系统的特性，人为无法干预。但是，人为可以控制瞬态过后蒸汽发生器的液位。

低功率时，平均温度对蒸汽流量变化响应较慢，旁排控制系统稳定性下降。因此，待冷却剂平均温度与参考平均温度相差小于0.6℃后，将旁排控制方式开关置“压力”模式，提高控制系统的稳定性。

甩负荷事故发生后，在低功率下由于蒸汽/给水流量低不宜测量且蒸汽流量波动大，再加上蒸汽发生器空泡份额低，核功率变化对蒸汽发生器窄量程液位变化影响较大。此外，旁排的频繁动作使虚假液位明显，操纵员很难判断蒸汽发生器真实的液位，蒸汽发生器的液位调节困难较大。蒸汽发生器宽量程液位反映的是蒸汽发生器的水装量。较窄量程而言，宽量程能较快的反映出蒸汽发生器真实液位的变化趋势。因此，若在CB504的计算机上加入蒸汽发生器宽量程的变化趋势，操纵员可结合宽窄量程液位对蒸汽发生器真实液位的进行判断，以便需要手动干预蒸汽发生器液位时，提供液位控制的判断依据。

从C2调试50%甩负荷试验的图中可以看出，调节过程中蒸汽发生器液位的波动，是汽轮机甩负荷至空载失败的重要原因之一。旁排的频繁动作，是导致蒸汽发生液位波动的主要原因。若能旁排保持一定开度，将减小蒸汽发生器液位的波动。手动提高核功率，可使旁排保持一定的开度。但是，核功率应该保持P10出现值以下，避免意外停机造成停堆。

假设核电厂的传热效率均为100%，即核功率完全传递给蒸汽，汽机空载蒸汽流量约7%，即约140T/h，核功率为W，旁排的质量流量MT/h，在焓熵表上查得6.3Mpa.下饱和蒸汽的焓h1是2781KJ/Kg，饱和水的焓h2是1230KJ/Kg，對应的热平衡有：

W=（M+140）×（h1-h2）

带入数值，可以求得，当核功率是80MW时，旁排的流量约为45T/h；当核功率是85MW时，旁排的流量约为58T/h。将核功率保持在80MW至85MW之间应能保证旁排有开度，若旁排开度过小，可手动调小给定压力，使旁排有稳定的开度（开到多少？）。

综上所述，甩负荷发生后，为了维持蒸汽发生器的水位，待冷却剂平均温度与参考平均温度相差小于0.6℃后，我们需要做到并且建议：

将旁排自动控制模式切换至“压力”控制模式。

将控制棒投手动，手动提升控制棒，提高核功率至80MW～85MW，使旁排阀一直处于开启状态。

当蒸汽流量<20%额定流量后，将主给水切换到单冲量控制，减小蒸汽流量变化对主给水调节阀开度的影响。

在CB504的计算机上加入蒸汽发生器宽量程的变化趋势，必要时结合窄量程液位和宽量程变化趋势手动调节蒸汽发生器液位。当虚假液位明显时，参考核功率调节主给水流量。

3.6 加强运行人员的培训

由于甩负荷事故不经常发生，所以为了防止发生该事故时各岗位不知所措，需每年对主控及常规岛值班员进行培训。主控室人员可在模拟机训练时模拟该事故，检验操作员是否响应正确，配合是否默契。常规岛值班员应学习理论知识，清楚发生甩负荷事故后，应该检查哪些设备、阀门，减少事故的处理时间，防止事故扩大。

4 结论

甩负荷事故严重危害着核电站的安全运行，尤其是当甩负荷失败后，将对反应堆、汽轮机、安全指标、经济性等诸多方面造成不利的影响。本文分析了甩负荷事故对转速、反应堆冷却剂温度、压力、蒸汽发生器液位、发电机端电压及主给水系统的影响，并通过对秦山30万机组及C2甩负荷试验结果分析，提出了事故发生后提高甩负荷成功率的方法及建议。希望本文能对发生甩负荷事故后的处理有一定的帮助。

【参考文献】

[1]《甩负荷事故（QYG.04-QYG.04.09-A3）》.

[2]功率试验调试总结报告（五）——甩负荷试验（二回路部分）.

[3]秦山核电厂甩负荷试验.