核电厂汽轮机的跳闸故障和维护措施

李阳 杨念军

摘要：本文以某压水堆核电机组汽轮机调节保护系统硬件结构、网络构架介绍作为基础，进一步分析了该机组在冲轉过挂闸后速度提升时，通过对跳机过程、跳闸逻辑、VICKERS 卡和汽机调节系统等方面进行研究，去发现汽轮机跳闸出现的真正原因，并提出有效的解决办法，来解决冲转跳闸问题，为后期汽轮机冲转提供有力的支持。

关键词：核电厂汽轮机 跳闸 VICKERS 汽机控制组态

Abstract： In this paper， based on the introduction of hardware structure and network architecture of steam turbine regulation and protection system of a PWR nuclear power unit， it further analyzes the speed increase of the unit after rushing around and hanging the brake. By studying the trip process， trip logic， VICKERS card and steam turbine regulation system， it finds out the real cause of steam turbine trip， and effective solutions are proposed to solve the problem of impulse tripping and provide strong support for impulse starting of steam turbine in the later stage.

Key Words： Steam turbine of nuclear power plant; Trip; VICKERS; Turbine control configuration

1汽轮机调节保护系统概述

国内某核电厂是由冲动式排汽、三缸四排汽、单轴排汽、半转速轮机等构成。汽轮机主要是由两个低压缸和高中压合缸部分组成，中压缸与高压缸之间采用物理隔离方式。高压缸具备多个进汽渠道，每个进汽口内都安装一个调节阀与截止阀，对通道内汽体进行有效控制。而截止阀通过开关状态来控制新蒸汽，当出现跳机命令后，安全油压电磁阀会出现短暂断电状态，同时安全油压会及时泄压，截止阀会及时关闭，从而确保汽轮机的稳定性与安全性。而调节阀能有效控制调节能力，通过对应的阀门控制卡来控制阀门开合。高压缸排汽在经过汽水分离后，再经过热气进行加热，会从4个方面流入中压缸当中，而中压缸内安装有4个进汽通道，每个进汽通道均有调节阀与截止阀。除此之外，当中压调节阀停留在20%时，会将以上阀门开关全部打开。

汽轮机调节保护系统在正常情况下，是以控制系统平台为中心，从结构方面而言，将其分为上位机与下位机，上位机主要用来管理人际接口功能、数据处理、数据管理等;下位机具有较强的安全保护、自动控制调节等作用。汽轮机调节保护系统可用来控制机组功率、频率、压力等方面，并对机组负荷进行降速限制、蒸汽流量限制。在出发跳机信号时，应确保汽轮机停留安全性，有效确保机组间能量转化，提高供电水平与质量，确保整个汽机能平稳运行[1]。

2汽轮机跳闸事件

2.1汽轮机非核冲转期间跳闸概述

早在2013年，该汽轮机实施了非核蒸汽冲转，将汽机转速控制在9r/min，挂闸准备提高转速。操作人员通常会将转速标准值设置在100r/min，在确定转速范围后，提高速度，随着汽机转速设定值不断提高，但汽轮机转速仍然停留在盘车转速8r/min，当汽轮机运转20s后自动跳闸，进汽阀门会自动关闭，安全油进入泄压状态。在实验结束后，通过检查操作员报警列表与历史趋势发现，是汽轮机调节系统控制跳机，从而导致跳闸，也就是因为出现实测转速故障信号所引发的跳闸[2]。

2.2汽轮机跳机起因研究

根据跳闸过程当中出现的现象进行分析，有效研究GRE系统模拟逻辑图，当蒸汽流量指令延迟3s后，且汽轮机转速依然小于0. 8%，会让整个过程产生ST SPEED 2O3 FAILUR，这是导致汽轮机跳闸的重要原因（如图1所示）。

2.2.1  LVDT阀门控制

经过有关人员分析发现，传感器通过直线位移传感器探头来组成不同阀门反馈信号，一路传输到汽机调节系统;一路传输到DCS;一路传输到汽轮机监测系统，通过3种系统来进行阀门调节计算。由于该种直线位移传感器辐射范围较窄，最好效果在4.5mA～19.5mA之间，这是确保阀门调节控制发挥最大作用的范围。P320控制系统是以PLC为基础的数字化DCS。厂家应将所有P320系统当中的8个高中压调节阀位置传感器输出电流都设置在4.5mA～19.5mA之间。通过以上这种传感器输出流量规定，能有效控制阀门传递的阀位反馈信号，当其全关时信号为4.5mA;当阀门全开到位时，其信号为19.5mA。但如果不采用迁移，那么阀位反馈信号只会开度到3.125%;而当其将开度到最大程度时，开度值为96.875%;衍生出来的关系为反馈电流在4.5mA～19.5mA，对应开度值应为3.125%～96.875%（见图2）。

汽机调节系统接受的阀位信号会直接控制汽轮机进汽开度值，为了确保GRE系统计算准确性与逻辑性，需要将上述阀门反馈在汽机调节系统控制系统的可控范围内。也就是将电流值控制在4.5mA～19.5mA之间，映射值控制在3.125%～96.875%之间。

当阀门开度迁移公式为 Y =100× （X-3. 125） /（96. 875-3. 125）但在计算阀门开度值之前，需要将图5GRE逻辑图融入其中，将C3值设定值确定为3.125%，c4值设定值为96.875%，能有效完成阀位反馈量程迁移[3]。

2.2.2 调节阀控制原理

阀门位移传感器与汽机调节控制系统会将最终开度命令传输到专门阀门控制卡内。是通过蒸汽需求总量严格根据阀门控制曲线计算，将阀位反馈信号传递到VICKERS卡上，再由控制卡将信号传递到控制系统。为了解决最终阀门开度误差与提高运行速度，GRE控制系统增加了积分环节，再经过初始指令与积分相加所得出[4]。控制卡是用来获取GRE控制系统阀门最终指令，当实际阀门开度信号与指令信号相减得出的结果出现偏差时，要通过PI闭环进行计算，才能获得阀门开度指令，整个电压转化过程不具有其他修改调试接口。调节阀本身自带电液转化比例阀，能获得控制卡标准的电压指令信号，才能将阀门调节到规定值;LVDT则负责将阀门开度值传递给控制卡[5]。

2.2.3  GRE控制系统最终阀门开度信号的死区

现场调试期间，对LVDT反馈信号进行更改，定义为4.5mA～19.5mA。同时将LVDT传递到控制卡內，调节反馈电压映射值，将其限定在0.3125V～9.6875V。经过有关人员研究发现卡件内部偏差与对电压有非常密切联系。当GRE系统最终阀门开度值与阀门反馈偏差电压处于正比时，控制卡会按照一定比例控制来打开阀门;而当指令和阀位反馈偏差电压低于零时，反之会按照一定比例关闭阀门，当GRE系统最终阀门开度值为0时，也就是输出值为4.0mA时。这时VICKERS卡值与阀位反馈偏差大约为0V-0. 312 5 V= -0. 312 5 V，这时阀门将会往关闭方向移动。当GRE系统最终阀门开度值为100%时，也就是输出质量为20.0mA时，它们两个之间的偏差因为10 V-9. 687 5 V=0. 312 5 V，阀门会往打开方向移动。当GER系统最终阀门值要低于3.125%时，阀门不会开启，只有当其值高于3.125%时，阀门才能真正开启。这是一个指令死区，换句话而言，当阀门全开时，开度值在96.875%～100%之间，阀门一直处于全开状态，而当阀门关闭时，开度值在0～3.125之间，阀门会一直保持关闭状态。

2.2.4 给出100r/min转速指令后，响应滞后的原因

当阀门控制指令到达3.125%时，那么需要8.6%的蒸汽，当上升到3%蒸汽需求量时，一共需要25s，而从3%蒸汽上升到8.6%蒸汽时，则需要12s，这时汽机才逐渐加速，但跳机反馈信号被触发。因此，在操作员确定程控升速后，汽轮机要随着指令上升而上升，由于原设计当中未将指令迁移元素纳入其中，在蒸汽需求量逐渐提高到8.6%时，会开始提速，导致出现响声滞后现象，引发在蒸汽流量到上升到8.6%后，汽机转速却停留在原地，从而触发跳机信号[6]。

2.3汽轮机跳闸的处理方法

2.3.1修正软件内阀门指令信号

在原设计当中，由于厂家没有考虑到修正后GRE控制系统最终阀门指令迁移问题，导致阀门打开时间出现一定问题。经过有关人员分析发现，将阀门开度指令由最初的0%～100%，改正到3.125%～96.875%后，能实现最终控制指令迁移。

2.3.2 延长时间

对于在7s内转速未提升到12r/min的问题，要根据现场实际情况，在不影响机组正常使用情况下，提高阀门速度，将判定时间延长，让初始阶段汽轮机能进入充足汽体。

3结语

综上所述，以上简单介绍了汽轮机跳闸的原理以及一些跳闸原因，通过控制汽机系统和修改跳机来确保汽轮机的安全性与稳定性，降低了跳机信号设计缺陷，给后续研究提供丰富数据支持。

参考文献

[1] 潘海斌，石运兴. 600MW汽轮发电机组励磁系统故障跳闸分析及处理措施[J].内蒙古电力技术，2020，38（2）：38-40.

[2] 王拓.300 MW机组给水泵汽轮机油系统故障分析[J].电力系统装备，2021（13）：155-156.

[3] 赵英淳，李哲，魏志栋，等.某660 MW机组首次冷态启动振动故障分析与处理[J].热力透平，2021，50（2）：121-125，147.

[4] 杨永兴.一起主油泵故障导致给水泵汽轮机跳闸事件原因分析[J].冶金动力，2020（12）：48-50，58.

[5] 季佳.百万核电汽轮机故障安全控制技术的研究与应用[D].上海：上海交通大学，2018.

[6] 刘德金.核电站汽轮机快冷技术研究及应用[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.

作者简介：李阳（1991—），男，本科，工程师，研究方向为核电机组运行。