介紹運(yùn)行機(jī)組主給水調(diào)節(jié)閥更換后的調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目，分析了調(diào)試試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)并提出了應(yīng)對(duì)措施。著重介紹主給水調(diào)節(jié)閥調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法。

　　蒸汽發(fā)生器是核電廠關(guān)鍵設(shè)備之一。蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)通過(guò)控制給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)給水與蒸汽流量匹配，維持蒸汽發(fā)生器水位趨于程序液位，使蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生足夠的、品質(zhì)合格的蒸汽至汽輪機(jī)做功。主給水調(diào)節(jié)閥是實(shí)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器水位控制的關(guān)鍵部件。

　　某核電廠因原主給水調(diào)節(jié)閥運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)正常流量時(shí)閥門(mén)開(kāi)度過(guò)大、蒸汽發(fā)生器水位控制不穩(wěn)定現(xiàn)象，需進(jìn)行改造，更換主給水調(diào)節(jié)閥。在主給水調(diào)節(jié)閥投運(yùn)前，需在不同運(yùn)行工況下進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以驗(yàn)證新更換的主給水調(diào)節(jié)閥滿足設(shè)計(jì)要求。本文在確定主給水調(diào)節(jié)閥更換后調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，分析了調(diào)試試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)并提出了應(yīng)對(duì)措施，著重介紹調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法。

1、控制原理與閥門(mén)特性

　　1.1、蒸汽發(fā)生器水位控制原理

　　低負(fù)荷工況下，蒸汽發(fā)生器水位采用單沖量控制，由旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水流量，主給水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。在高負(fù)荷工況下，采用三沖量控制，主給水調(diào)節(jié)閥接受主給水流量、主蒸汽流量以及蒸汽發(fā)生器水位三沖量控制信號(hào)，調(diào)節(jié)給水流量，旁路調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。三沖量調(diào)節(jié)由水位調(diào)節(jié)以及流量調(diào)節(jié)2個(gè)調(diào)節(jié)單元(串級(jí))組成。設(shè)計(jì)允許機(jī)組功率在15%FP~20%FP(FP為滿功率)時(shí)，可以進(jìn)行主、旁閥切換。

　　1.2、主給水調(diào)節(jié)閥性能參數(shù)

　　主給水調(diào)節(jié)閥為氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥，采用多彈簧式氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)套筒閥芯。套筒壁流通窗口為碗狀窗口。即單座閥體內(nèi)設(shè)套筒，閥芯以套筒為導(dǎo)向上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。主要性能指標(biāo)如下：設(shè)計(jì)壓力：10MPa；設(shè)計(jì)溫度：250℃；控制信號(hào)：4~20mA(DC)；信號(hào)氣源：0.08~0.2MPa；氣源壓力：0.3MPa。

　　1.3、主給水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理

　　主給水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)為多彈簧式氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要部件為薄膜氣腔和安裝在氣腔上部的彈簧。來(lái)自控制器的4~20mA控制信號(hào)通過(guò)定位器控制氣動(dòng)放大器進(jìn)氣量；進(jìn)氣經(jīng)過(guò)氣動(dòng)放大器后進(jìn)入氣腔；氣腔壓力增加，在膜片上產(chǎn)生推力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)閥芯動(dòng)作。當(dāng)推力與彈簧反作用力平衡時(shí)，閥芯穩(wěn)定在某個(gè)位置上�？刂茐毫�為0.08~0.2MPa，對(duì)應(yīng)閥門(mén)開(kāi)度0~100%。在緊急情況下，電磁閥S1或S2接受來(lái)自專設(shè)系統(tǒng)的主給水隔離信號(hào)，失電后排出氣腔壓力，在彈簧作用下將閥門(mén)在5s內(nèi)關(guān)閉。動(dòng)作原理見(jiàn)圖1。

圖1 主給水調(diào)節(jié)閥控制原理示意圖

1—主給水調(diào)節(jié)閥；2—電-氣閥門(mén)定位器；3—氣動(dòng)放大器；4—氣腔；5—氣控閥；6—電磁閥S1；7—電磁閥S2

2、調(diào)試項(xiàng)目、風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策

　　2.1、調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目

　　(1)快關(guān)試驗(yàn)：檢查主給水調(diào)節(jié)閥收到專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)發(fā)出的主給水隔離信號(hào)后，能否在5s內(nèi)快速關(guān)閉。保證事故工況下主給水能夠迅速隔離，防止反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)過(guò)冷。

　　(2)冷態(tài)自動(dòng)切換試驗(yàn)：在冷停堆狀態(tài)下，通過(guò)外加主給水流量等信號(hào)驗(yàn)證主給水調(diào)節(jié)閥與旁路調(diào)節(jié)閥相互自動(dòng)切換邏輯正常，并且切換過(guò)程中給水調(diào)節(jié)閥無(wú)卡澀或突跳現(xiàn)象。

　　(3)熱態(tài)自動(dòng)切換試驗(yàn)：驗(yàn)證功率運(yùn)行時(shí)，主給水調(diào)節(jié)閥與旁路調(diào)節(jié)閥相互自動(dòng)切換正常，并且切換過(guò)程中蒸汽發(fā)生器水位變化保持在技術(shù)規(guī)格書(shū)規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

　　(4)蒸汽發(fā)生器水位控制試驗(yàn)(三沖量調(diào)節(jié))：驗(yàn)證穩(wěn)定功率運(yùn)行時(shí)，外加程序水位±5%階躍變化、蒸汽流量±5%階躍變化、蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能否滿足設(shè)計(jì)要求。

　　2.2、調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)

　　(1)因更換主給水調(diào)節(jié)閥是在機(jī)組大修期間實(shí)施，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，其他維修或運(yùn)行活動(dòng)對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目的影響，導(dǎo)致試驗(yàn)不成功或設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。

　　(2)需外加信號(hào)的試驗(yàn)項(xiàng)目存在信號(hào)接入端子錯(cuò)誤、信號(hào)輸入錯(cuò)誤、拆接端子排時(shí)誤動(dòng)周邊設(shè)備，導(dǎo)致試驗(yàn)不成功或設(shè)備損壞以及停機(jī)停堆風(fēng)險(xiǎn)。

　　(3)蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)三沖量調(diào)節(jié)控制器參數(shù)整定過(guò)程中，蒸汽發(fā)生器水位控制偏差導(dǎo)致停機(jī)停堆風(fēng)險(xiǎn)。

　　2.3、風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

　　(1)針對(duì)第一類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，一是從編制試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃著手，在大修計(jì)劃中明確試驗(yàn)時(shí)間窗口，要求試驗(yàn)進(jìn)行期間不得進(jìn)行可能影響試驗(yàn)的其他活動(dòng)，如涉及儀表電源、儀用壓縮空氣系統(tǒng)等的維修或者檢查工作。二是充分了解與掌握主給水調(diào)節(jié)閥安裝階段單體試驗(yàn)情況。三是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格按照工作管理程序進(jìn)行：申請(qǐng)?jiān)囼?yàn)工單，依據(jù)大修計(jì)劃時(shí)間窗口進(jìn)行工作；試驗(yàn)實(shí)施前，確認(rèn)試驗(yàn)許可證得到批準(zhǔn)后，辦理試驗(yàn)許可證開(kāi)工；開(kāi)工后，應(yīng)召開(kāi)工前會(huì)，通報(bào)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，注意事項(xiàng)等內(nèi)容，并和當(dāng)班值長(zhǎng)商定試驗(yàn)實(shí)施的具體步驟。

　　(2)針對(duì)第二類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，一是編寫(xiě)試驗(yàn)規(guī)程時(shí)，涉及到信號(hào)接入的，規(guī)程中必須明確到端子排號(hào)，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行審查，必要時(shí)升版。二是強(qiáng)調(diào)使用防人因失誤工具：試驗(yàn)前進(jìn)行工前會(huì)，明確試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)要點(diǎn)以及應(yīng)急預(yù)案等；在試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)論是試驗(yàn)人員進(jìn)行拆接端子排以及加入模擬信號(hào)還是運(yùn)行人員配合操作都要依據(jù)規(guī)程；試驗(yàn)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)試驗(yàn)員進(jìn)行拆接端子排等工作；高級(jí)操縱員監(jiān)護(hù)操縱員進(jìn)行運(yùn)行操作；試驗(yàn)員以及操縱員操作時(shí)充分自檢；試驗(yàn)人員與運(yùn)行人員相互之間使用三向交流方法下達(dá)以及接受指令、反饋操作信息。

　　(3)針對(duì)第三類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，一是明確指定操縱員、2名高級(jí)操縱員專職配合試驗(yàn)過(guò)程中的運(yùn)行操作。針對(duì)蒸汽發(fā)生器水位的手動(dòng)干預(yù)，試驗(yàn)前在模擬機(jī)上進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)：包括程序水位階躍變化、蒸汽流量階躍變化等試驗(yàn)項(xiàng)目。二是明確需要手動(dòng)干預(yù)水位調(diào)節(jié)的水位定值以及流量變化定值。水位階躍、流量階躍變化絕對(duì)值采用逐次逼近方式：首先引入小幅值階躍信號(hào)，初步調(diào)整控制器比例、積分參數(shù)，然后依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程引入階躍變化信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)。三是試驗(yàn)開(kāi)始前在電廠計(jì)算機(jī)內(nèi)建立變量組，過(guò)程中密切關(guān)注各相關(guān)變量變化趨勢(shì)，及時(shí)采取響應(yīng)措施。

3、調(diào)試過(guò)程

　　調(diào)試分為冷態(tài)調(diào)試以及熱態(tài)調(diào)試2個(gè)階段。

　　3.1、冷態(tài)調(diào)試

　　冷態(tài)調(diào)試在冷停堆狀態(tài)下實(shí)施，包括快關(guān)試驗(yàn)和冷態(tài)切換試驗(yàn)。快關(guān)試驗(yàn)通過(guò)在模擬反應(yīng)堆平均溫度低引起主給水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。冷態(tài)切換試驗(yàn)需在機(jī)柜內(nèi)加入模擬核功率等信號(hào)，接線由試驗(yàn)員嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行，另一名試驗(yàn)員獨(dú)立確認(rèn)，冷態(tài)切換試驗(yàn)順利完成。

　　3.2、熱態(tài)調(diào)試

　　熱態(tài)調(diào)試過(guò)程依據(jù)安裝使用的定位器的不同分為3個(gè)階段。

　　3.2.1、第一階段：A型定位器 A型定位器為壓電型智能定位器。

　　自動(dòng)切換試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

　　(1)主給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)、關(guān)閥瞬間有超調(diào)現(xiàn)象，導(dǎo)致主給水流量瞬間上沖，幅度約60t/h。

　　(2)無(wú)開(kāi)閥指令時(shí)，出現(xiàn)由于定位器補(bǔ)氣導(dǎo)致主給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)閥引起主給水流量尖峰的情況。

　　(3)閥門(mén)投入自動(dòng)控制時(shí)，主給水流量存在波動(dòng)，幅度約25t/h。

　　經(jīng)多次調(diào)整控制器參數(shù)，仍無(wú)法消除波動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)壓空管道、接頭進(jìn)行緊固后，再次進(jìn)行試驗(yàn)，波動(dòng)現(xiàn)象有所改善，但開(kāi)閥過(guò)程中流量依然有超調(diào)現(xiàn)象。切換試驗(yàn)過(guò)程中除超調(diào)導(dǎo)致流量上沖外其他均滿足要求。升功率至30%FP后，出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，主給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度由3%至37%，給水流量由110t/h至605t/h大幅振蕩。

　　經(jīng)過(guò)分析，判斷導(dǎo)致閥門(mén)大幅振蕩的原因是該型號(hào)定位器對(duì)于氣體泄漏反應(yīng)極為敏感以及壓空管線不可避免的輕微泄漏。記錄曲線表明：因管線泄漏使氣腔壓力下降進(jìn)而導(dǎo)致閥門(mén)開(kāi)度下降1%時(shí)，定位器啟動(dòng)補(bǔ)氣，此時(shí)閥門(mén)出現(xiàn)振蕩。具體序列框圖見(jiàn)圖2。

圖2 調(diào)節(jié)閥振蕩序列

　　由圖2可以看出，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小，使得給水流量降低，蒸汽發(fā)生器水位下降，流量調(diào)節(jié)器以及水位調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較后均給出適宜的開(kāi)閥指令，進(jìn)而流量、水位恢復(fù)；而圖2中陰影部分定位器定時(shí)補(bǔ)氣導(dǎo)致閥門(mén)開(kāi)度增大，則是在蒸汽發(fā)生器水位閉環(huán)控制系統(tǒng)以外引入的開(kāi)閥動(dòng)作，是導(dǎo)致超調(diào)進(jìn)而振蕩的根本原因。對(duì)定位器死區(qū)設(shè)定值、氣動(dòng)放大器進(jìn)行調(diào)整也未能改變振蕩現(xiàn)象。

　　3.2.2、第二階段：B型定位器為消除振蕩現(xiàn)象，更換B型模擬型定位器，此定位器可以通過(guò)噴嘴擋板連續(xù)補(bǔ)氣，故對(duì)氣體泄漏不敏感。切換試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

　　(1)手動(dòng)操作給出閥門(mén)動(dòng)作指令后流量響應(yīng)存在30~40s的延時(shí)現(xiàn)象。

　　(2)自動(dòng)控制時(shí)給出閥門(mén)動(dòng)作指令后，閥門(mén)不會(huì)立即動(dòng)作，需積累一段時(shí)間后給水流量才會(huì)有一個(gè)突變，約20t/h。

　　經(jīng)調(diào)整氣動(dòng)放大器后閥門(mén)響應(yīng)有所改善，自動(dòng)情況下水位曲線為鋸齒波，周期變長(zhǎng)，頻率降低，但無(wú)法收斂。水位控制試驗(yàn)時(shí)，在對(duì)階躍變化的響應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，水位曲線基本無(wú)鋸齒波，但投入自動(dòng)情況下水位曲線仍為鋸齒波；隨后機(jī)組升功率至50%FP，在手動(dòng)調(diào)節(jié)維持水位時(shí)，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作滯后現(xiàn)象明顯，其中關(guān)閥滯后約20s，開(kāi)閥滯后約35s。

　　上述試驗(yàn)表明：更換為模擬型定位器后消除了超調(diào)以及振蕩問(wèn)題，但存在閥門(mén)動(dòng)作響應(yīng)延時(shí)現(xiàn)象，手動(dòng)操作時(shí)尤為嚴(yán)重。

　　3.2.3、第三階段：C型定位器 機(jī)組運(yùn)行時(shí)需手動(dòng)操作干預(yù)蒸汽發(fā)生器水位，若采用B型定位器，因閥門(mén)動(dòng)作響應(yīng)延遲，出現(xiàn)水位不可控升高或降低，進(jìn)而導(dǎo)致停機(jī)停堆的風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，更換C型帶噴嘴擋板的智能定位器進(jìn)行試驗(yàn)。

　　首先對(duì)閥門(mén)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，通過(guò)調(diào)整放大器以及定位器自整定，消除定位器氣源輸出不穩(wěn)定等問(wèn)題，靜態(tài)測(cè)試合格。

　　后續(xù)試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)響應(yīng)延時(shí)現(xiàn)象，也無(wú)定位器定時(shí)補(bǔ)氣現(xiàn)象，問(wèn)題為：

　　(1)手動(dòng)操作時(shí)下波動(dòng)較大，閥門(mén)開(kāi)度無(wú)法穩(wěn)定，主給水流量波動(dòng)約30t/h左右。

　　(2)20%FP平臺(tái)試驗(yàn)完成，主給水調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)控制后主給水流量存在約15t/h流量波動(dòng)。

　　(3)隨著機(jī)組功率升高，流量波動(dòng)幅度也逐漸升高，30%FP時(shí)流量波動(dòng)上升到25t/h；35%FP時(shí)流量波動(dòng)上升到約35t/h；

　　經(jīng)多次反復(fù)調(diào)整氣動(dòng)放大器、控制器比例、積分參數(shù)、濾波時(shí)間常數(shù)等，流量波動(dòng)現(xiàn)象未能改善。

　　調(diào)節(jié)閥波動(dòng)不僅會(huì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器液位波動(dòng)，存在停機(jī)停堆風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)導(dǎo)致閥桿磨損、填料泄漏等問(wèn)題。調(diào)節(jié)閥閉環(huán)控制回路任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動(dòng)，可能的原因包括：測(cè)量信號(hào)擾動(dòng)，控制器組件故障，控制器輸出不穩(wěn)定，信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)連接松動(dòng)、接觸不良；定位器、氣動(dòng)放大器故障、氣路阻塞；執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室密封不良，閥芯松動(dòng)，閥桿摩擦力過(guò)大等。

　　通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析，排除變送器、輸入卡以及信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)問(wèn)題，波動(dòng)原因初步定位于閥門(mén)本體和就地控制系統(tǒng)元件。主要有閥門(mén)氣路密閉性差、反饋桿松動(dòng)、定位器性能不匹配、閥桿摩擦力過(guò)大、放大器參數(shù)不匹配等。

　　進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)固定在閥桿上的閥位指示夾塊與閥門(mén)支架本體存在摩擦現(xiàn)象，增大了閥桿摩擦力，導(dǎo)致閥桿卡滯，產(chǎn)生波動(dòng)。具體過(guò)程為：輸入信號(hào)變化時(shí)(即階躍信號(hào))，由于摩擦力較大，使負(fù)偏差過(guò)大，定位器積分作用使輸出不斷增大；當(dāng)增大到足夠克服靜摩擦力時(shí)閥門(mén)動(dòng)作，由于靜摩擦力大于動(dòng)摩擦力，閥門(mén)超調(diào)，負(fù)偏差變?yōu)檎�偏差，反�?fù)超調(diào)，導(dǎo)致波動(dòng)。

　　為減小摩擦，對(duì)閥門(mén)支架進(jìn)行了打磨；同時(shí)，在閥門(mén)靜態(tài)狀態(tài)下，對(duì)定位器參數(shù)進(jìn)行自整定，根據(jù)自整定最優(yōu)參數(shù)調(diào)整定位器比例、積分參數(shù)。

　　再次試驗(yàn)，調(diào)節(jié)閥波動(dòng)現(xiàn)象得到改善，手動(dòng)狀態(tài)20%FP平臺(tái)無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象；35%FP和55%FP平臺(tái)小幅波動(dòng)，波動(dòng)流量約15t/h。自動(dòng)控制狀態(tài)下能夠維持蒸汽發(fā)生器水位穩(wěn)定，存在約20t/h的間斷流量波動(dòng)。就地檢查閥門(mén)，發(fā)現(xiàn)閥位指示夾塊與閥門(mén)支架本體依然存在摩擦。

4、結(jié)論

　　已運(yùn)行機(jī)組更換主給水調(diào)節(jié)閥是重大技術(shù)改造，在機(jī)組大修有限的時(shí)間內(nèi)要完成原閥門(mén)拆除、新閥門(mén)安裝、調(diào)試等工作，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。真空技術(shù)網(wǎng)（http://www.healwit.com.cn/）認(rèn)為首次投入應(yīng)用的新閥門(mén)的調(diào)試過(guò)程也存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

　　應(yīng)針對(duì)具體試驗(yàn)項(xiàng)目，分析存在風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)對(duì)策。因前期不具備試驗(yàn)條件，定位器選型存在不足，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，確定了定位器型號(hào)，通過(guò)控制器與定位器配合，使新調(diào)節(jié)閥在不同功率平臺(tái)下，閥門(mén)動(dòng)作、響應(yīng)基本滿足設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和系統(tǒng)運(yùn)行需求，達(dá)到了改造的目的。

　　閥位指示夾塊與閥門(mén)支架本體摩擦，增大了閥桿摩擦力，閥桿摩擦力過(guò)大，使得A、B型定位器和控制器比例、積分參數(shù)不能滿足實(shí)際需求導(dǎo)致閥門(mén)振蕩以及響應(yīng)延時(shí)。C型定位器可以克服振蕩以及響應(yīng)延時(shí)，但不能消除由于閥桿摩擦力過(guò)大導(dǎo)致的閥門(mén)波動(dòng)。只有從閥門(mén)本體入手，通過(guò)閥門(mén)診斷或解體檢查等手段進(jìn)一步分析閥位指示夾塊與閥門(mén)支架本體摩擦的原因，消除摩擦，才能從根本上解決閥門(mén)波動(dòng)問(wèn)題。