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摘 要 本文描述了某核电厂机组在50%及100%FP功率水平下做甩负荷孤岛运行试验的情况，并对试验过程中调节系统出现的问题进行了分析和借鉴。
关键词 甩负荷；孤岛；试验分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0245-02
1 概述
全甩厂外负荷试验，又称为孤岛运行试验，是核电厂调试阶段中重要的综合瞬态试验项目之一。也是核电相对于常规电厂特有的试验项目，对维护核电机组安全有着特殊意义。50%FP功率水平甩负荷孤岛运行试验是某核电厂机组在功率平台试验中开展的第一次甩负荷试验，并首次要求控制棒、旁排阀和OPC在调节系统的作用下共同参与、联合动作。
该试验目的在于验证电厂控制调节系统从50%FP功率水平甩负荷到厂用电期间及之后，机组维持及恢复主要参数在其正常运行范围内的能力；同时也是对反应堆热工水力设计，一、二回路控制系统设计是否匹配及参数优化结果的综合检查，为下一步机组进行100%功率水平的甩负荷孤岛试验提供安全、稳定、可靠的保证。对整体调试进程起着承上启下的作用。
本文针对某核电厂机组开展的三次甩厂用电试验进行了跟踪分析。50%FP下的前两次甩负荷试验由于模拟量信号故障、DEH控制逻辑调节参数不当及主蒸汽调阀开孔缺陷，试验没有成功。缺陷消除和对逻辑进行修改后直接进行第三次100%FP甩负荷试验获得成功。下面就甩厂用电试验的情况进行介绍和
分析。
2 试验介绍
此项试验的实施是建立在机组已具备初步的综合运行能力的基础上进行的。具体包括电厂主要调节系统，如反应堆功率调节系统、稳压器压力和水位控制系统、蒸发器水位控制系统（包括主给水泵转速调节系统），主蒸汽旁路排放系统，大气释放控制系统、汽机调节系统（DEH）、发电机励磁调节系统及其它相关调节系统应在各功率台阶下（15%、30%、50%、75%FP等）进行过稳态和瞬态试验；机组部分综合性试验，如10%FP阶跃、5%FP线性变化、停机不停堆、紧急停堆等试验也应在相应功率台阶下成功实施。另外针对机组的保护包括保护定值、保护系统的逻辑响应及性能都经过了充分的验证（如反应堆保护系统、专设安全设施系统、稳压器安全阀、主蒸汽安全阀、汽轮机超速保护等）。
试验实施前机组初始工况要求如下：
1）机组稳定在50%、100%FP功率水平下运行。反应堆功率、一回路温度压力、蒸发器水位和流量等各参数平稳。
2）电厂调节系统包括反应堆功率调节系统、稳压器压力控制系统、稳压器水位控制系统、蒸发器水位控制系统（包括主给水泵转速调节系统）、主蒸汽旁路排放系统、大气释放控制系统、汽机调节系统（DEH）、发电机励磁调节系统及其它相关调节系统都处于自动运行方式；汽机保护、发电机保护、反应堆保护和专设安全设施系统正常投入；应急柴油机处于热备用
状态。
此外，试验组织管理准备工作都应提前做好，主要包括试验人员组织准备、与电网的试验申请及实施前的接口准备工作、试验数据的采集准备、甩厂用电不成功后停机、停堆、主辅变电源的切换等应急响应方面的准备工作。
试验方法是通过断开500KV开关站B和C开关（见图1），使机组与外电网失去连接，由发电机自带厂用电向维持机组运行的设备供电，所带负荷约占满功率的6%。
在机组甩至厂用电后，运行和试验人员应确认下列现象是否满足试验验收准则要求，主要包括以下内容。
1）反应堆冷却剂平均温度上升，控制棒自动下插，反应堆功率快速下降，直至最终功率整定值20%FP。
2）在失去厂外负荷后，主发电机自带厂用电，约6%FP。
3）汽轮机转速上升，OPC动作正常，最终稳定在3000rpm。
4）稳压器压力、水位上升，稳压器喷淋阀开启，最终稳定在运行区域，瞬态过程不触发稳压器压力或水位停堆保护动作，稳压器安全阀不动作。
5）主蒸汽压力上升，汽机旁路排放阀动作（温度模式），最终稳定在相应功率水平下的蒸汽压力，大气释放阀、主蒸汽安全阀不动作。
6）其他控制系统，如蒸汽发生器水位控制系统，除氧器水位控制系统，发电机励磁自动调节系统等响应正常，相应参数控制在运行范围内。
当机组在带厂用电工况稳定一段时间后记录相关参数（核功率、电功率、汽机转速、控制棒棒位、一回路平均温度、蒸发器水位、主蒸汽压力、稳压器水位和压力等），同时检查系统设备运行状况待其稳定后重新并网，并按计划提升功率，整个试验结束。
3 试验过程中机组运行特点
该核电厂机组设计为带基本负荷运行模式运行，不参加电网调峰，在带负荷运行工况下，一、二回路之间的相互关系为“堆跟机”控制方式。正常功率运行工况下，反应堆功率随汽轮发电机组带基本负荷而保持在相应稳定的功率水平下运行；而对于瞬态工况（如甩负荷工况），反应堆则必须具有一定的响应能力，既要确保反应堆自身的安全运行避免不必要的反应堆保护动作，又要为汽轮发电机组带厂用电提供匹配的热功率。
针对100%FP甩厂用电瞬态工况，汽轮发电机功率从100%FP降至6%FP过程中，汽机负荷的变化通过汽机主调门的快速调节响应实现，反应堆则由控制棒的调节实现功率的变化，但在瞬间由100%FP功率降到与厂用电对应的核功率是困难的，因此这些瞬间过剩的热功率必须通过主蒸汽旁路排放调节系统进行排放，提供虚假负荷并逐渐地随着控制棒的下插使堆功率降至最终功率整定值附近，完成瞬态响应。其它调节系统在机组甩负荷过程中，随各相关物理量的变化而产生不同的响应变化，这种变化既是综合的也是相互关联的。关于机组在甩负荷过程中的调节系统的响应可参见框图2。
此外，由于电网故障，迫使机组处于孤岛运行方式时，要设法尽快联系电网恢复并网，以避免可能的汽机跳闸而导致丧失厂内电源、停堆并转入自然循环等不利工况。 4 甩负荷试验的问题分析
1）50%FP下第一次甩负荷孤岛试验。
由于仪控上某逻辑信号接反，导致无信号输出，旁排（凝汽器旁排）没有打开，大气旁排打开，造成蒸汽母管压力偏高且流质损失，情况紧急；后经手动打开凝汽器旁排，并手动插棒降功率，避免了超温停堆。试验失败。后经OPC动作9次后将汽机稳定在3000r/min。
2）50%FP下第二次甩负荷孤岛试验。
经仪控逻辑更正，在此次孤岛甩负荷过程中，凝旁排及时打开，自动插棒产生的降堆功率至20%FP且状况稳定。但出现OPC动作频繁，旁排阀门突开突关，汽轮机转速振荡的情况。
后经主控操作员进一步降低核功率，稳定机组状态，将旁排模式切换换后机组开始稳定，然后重新并网并升功率至45%FP。
事后统计，OPC共动作三十四次，对调门寿命极为不利。每一次OPC油路动作一次，转速由3079降至3020，2.4秒之后，油压建立，高调门重新开启，转速重新冲至3079，如此反复。过程曲线见图3。
从曲线不难看出，流量请求信号即调门接收的命令刚开始就不正确，甩负荷瞬间，流量请求信号增大上扬，这与逻辑设计初衷是不符合的。相关控制逻辑见图4。
逻辑设计初衷为，断路器解列后，功率控制回路切换至转速控制回路，流量请求信号输出为零，调门关闭，2.4秒后，调门重新接收流量请求信号开始开门，正常情况下，OPC动作两次就可以稳定转速。
但从实际的动作曲线可以看出，流量请求信号奇怪地上扬，而且并没有变为零，而是在降至原值70%后重新上扬，导致调门接收较大的开门信号，转速快速上升，这也是OPC动作频繁的主要原因。
逻辑图中粗线部分就是出问题的部分，控制回路切换后流量请求信号为粗线部分输出值，它先变大而且没有输出零值。
仪控人员对逻辑切换模块认真进行了分析，发现模块内部跟踪速率影响了本模块的动态特性，直接导致切换跟踪出现问题。当跟踪速率为2.5秒时，切换条件具备后，切换模块输出值会升至切换前的输出限值，然后再慢慢下降，最后稳定在正确的输出值，而保持脉冲只有1秒，模块输出还未降至零值。
3）100%FP下第三次甩负荷孤岛试验。
在停机小修过程中，进行信号模拟试验，将模块内跟踪速率改为无穷大，或将内部跟踪功能屏蔽后，切换条件具备后，该模块输出正确。
此外，通过实测高压缸进气流量，经对比发现某主蒸汽调阀的阀孔开度与流量请求信号不匹配。经调整后，100%FP下第三次甩负荷孤岛试验成功。
5 总结
反应堆控制棒、汽机调门、旁排阀是完成一、二回路负荷匹配的重要手段。该核电厂机组在100%FP工况下和外电网解列后，反应堆、汽轮发电机及相关辅助热力系统均能做出合理响应，没有触发停堆、停机、一/二回路安全阀开启、大气释放阀开启。电厂调节系统反应迅速，仅通过三次OPC动作，就能够及时有效地限制瞬态发展，并最终将机组稳定在带厂用电工况下运行，试验结果满足设计要求。
关键词 甩负荷；孤岛；试验分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0245-02
1 概述
全甩厂外负荷试验，又称为孤岛运行试验，是核电厂调试阶段中重要的综合瞬态试验项目之一。也是核电相对于常规电厂特有的试验项目，对维护核电机组安全有着特殊意义。50%FP功率水平甩负荷孤岛运行试验是某核电厂机组在功率平台试验中开展的第一次甩负荷试验，并首次要求控制棒、旁排阀和OPC在调节系统的作用下共同参与、联合动作。
该试验目的在于验证电厂控制调节系统从50%FP功率水平甩负荷到厂用电期间及之后，机组维持及恢复主要参数在其正常运行范围内的能力；同时也是对反应堆热工水力设计，一、二回路控制系统设计是否匹配及参数优化结果的综合检查，为下一步机组进行100%功率水平的甩负荷孤岛试验提供安全、稳定、可靠的保证。对整体调试进程起着承上启下的作用。
本文针对某核电厂机组开展的三次甩厂用电试验进行了跟踪分析。50%FP下的前两次甩负荷试验由于模拟量信号故障、DEH控制逻辑调节参数不当及主蒸汽调阀开孔缺陷，试验没有成功。缺陷消除和对逻辑进行修改后直接进行第三次100%FP甩负荷试验获得成功。下面就甩厂用电试验的情况进行介绍和
分析。
2 试验介绍
此项试验的实施是建立在机组已具备初步的综合运行能力的基础上进行的。具体包括电厂主要调节系统，如反应堆功率调节系统、稳压器压力和水位控制系统、蒸发器水位控制系统（包括主给水泵转速调节系统），主蒸汽旁路排放系统，大气释放控制系统、汽机调节系统（DEH）、发电机励磁调节系统及其它相关调节系统应在各功率台阶下（15%、30%、50%、75%FP等）进行过稳态和瞬态试验；机组部分综合性试验，如10%FP阶跃、5%FP线性变化、停机不停堆、紧急停堆等试验也应在相应功率台阶下成功实施。另外针对机组的保护包括保护定值、保护系统的逻辑响应及性能都经过了充分的验证（如反应堆保护系统、专设安全设施系统、稳压器安全阀、主蒸汽安全阀、汽轮机超速保护等）。
试验实施前机组初始工况要求如下：
1）机组稳定在50%、100%FP功率水平下运行。反应堆功率、一回路温度压力、蒸发器水位和流量等各参数平稳。
2）电厂调节系统包括反应堆功率调节系统、稳压器压力控制系统、稳压器水位控制系统、蒸发器水位控制系统（包括主给水泵转速调节系统）、主蒸汽旁路排放系统、大气释放控制系统、汽机调节系统（DEH）、发电机励磁调节系统及其它相关调节系统都处于自动运行方式；汽机保护、发电机保护、反应堆保护和专设安全设施系统正常投入；应急柴油机处于热备用
状态。
此外，试验组织管理准备工作都应提前做好，主要包括试验人员组织准备、与电网的试验申请及实施前的接口准备工作、试验数据的采集准备、甩厂用电不成功后停机、停堆、主辅变电源的切换等应急响应方面的准备工作。
试验方法是通过断开500KV开关站B和C开关（见图1），使机组与外电网失去连接，由发电机自带厂用电向维持机组运行的设备供电，所带负荷约占满功率的6%。
在机组甩至厂用电后，运行和试验人员应确认下列现象是否满足试验验收准则要求，主要包括以下内容。
1）反应堆冷却剂平均温度上升，控制棒自动下插，反应堆功率快速下降，直至最终功率整定值20%FP。
2）在失去厂外负荷后，主发电机自带厂用电，约6%FP。
3）汽轮机转速上升，OPC动作正常，最终稳定在3000rpm。
4）稳压器压力、水位上升，稳压器喷淋阀开启，最终稳定在运行区域，瞬态过程不触发稳压器压力或水位停堆保护动作，稳压器安全阀不动作。
5）主蒸汽压力上升，汽机旁路排放阀动作（温度模式），最终稳定在相应功率水平下的蒸汽压力，大气释放阀、主蒸汽安全阀不动作。
6）其他控制系统，如蒸汽发生器水位控制系统，除氧器水位控制系统，发电机励磁自动调节系统等响应正常，相应参数控制在运行范围内。
当机组在带厂用电工况稳定一段时间后记录相关参数（核功率、电功率、汽机转速、控制棒棒位、一回路平均温度、蒸发器水位、主蒸汽压力、稳压器水位和压力等），同时检查系统设备运行状况待其稳定后重新并网，并按计划提升功率，整个试验结束。
3 试验过程中机组运行特点
该核电厂机组设计为带基本负荷运行模式运行，不参加电网调峰，在带负荷运行工况下，一、二回路之间的相互关系为“堆跟机”控制方式。正常功率运行工况下，反应堆功率随汽轮发电机组带基本负荷而保持在相应稳定的功率水平下运行；而对于瞬态工况（如甩负荷工况），反应堆则必须具有一定的响应能力，既要确保反应堆自身的安全运行避免不必要的反应堆保护动作，又要为汽轮发电机组带厂用电提供匹配的热功率。
针对100%FP甩厂用电瞬态工况，汽轮发电机功率从100%FP降至6%FP过程中，汽机负荷的变化通过汽机主调门的快速调节响应实现，反应堆则由控制棒的调节实现功率的变化，但在瞬间由100%FP功率降到与厂用电对应的核功率是困难的，因此这些瞬间过剩的热功率必须通过主蒸汽旁路排放调节系统进行排放，提供虚假负荷并逐渐地随着控制棒的下插使堆功率降至最终功率整定值附近，完成瞬态响应。其它调节系统在机组甩负荷过程中，随各相关物理量的变化而产生不同的响应变化，这种变化既是综合的也是相互关联的。关于机组在甩负荷过程中的调节系统的响应可参见框图2。
此外，由于电网故障，迫使机组处于孤岛运行方式时，要设法尽快联系电网恢复并网，以避免可能的汽机跳闸而导致丧失厂内电源、停堆并转入自然循环等不利工况。 4 甩负荷试验的问题分析
1）50%FP下第一次甩负荷孤岛试验。
由于仪控上某逻辑信号接反，导致无信号输出，旁排（凝汽器旁排）没有打开，大气旁排打开，造成蒸汽母管压力偏高且流质损失，情况紧急；后经手动打开凝汽器旁排，并手动插棒降功率，避免了超温停堆。试验失败。后经OPC动作9次后将汽机稳定在3000r/min。
2）50%FP下第二次甩负荷孤岛试验。
经仪控逻辑更正，在此次孤岛甩负荷过程中，凝旁排及时打开，自动插棒产生的降堆功率至20%FP且状况稳定。但出现OPC动作频繁，旁排阀门突开突关，汽轮机转速振荡的情况。
后经主控操作员进一步降低核功率，稳定机组状态，将旁排模式切换换后机组开始稳定，然后重新并网并升功率至45%FP。
事后统计，OPC共动作三十四次，对调门寿命极为不利。每一次OPC油路动作一次，转速由3079降至3020，2.4秒之后，油压建立，高调门重新开启，转速重新冲至3079，如此反复。过程曲线见图3。
从曲线不难看出，流量请求信号即调门接收的命令刚开始就不正确，甩负荷瞬间，流量请求信号增大上扬，这与逻辑设计初衷是不符合的。相关控制逻辑见图4。
逻辑设计初衷为，断路器解列后，功率控制回路切换至转速控制回路，流量请求信号输出为零，调门关闭，2.4秒后，调门重新接收流量请求信号开始开门，正常情况下，OPC动作两次就可以稳定转速。
但从实际的动作曲线可以看出，流量请求信号奇怪地上扬，而且并没有变为零，而是在降至原值70%后重新上扬，导致调门接收较大的开门信号，转速快速上升，这也是OPC动作频繁的主要原因。
逻辑图中粗线部分就是出问题的部分，控制回路切换后流量请求信号为粗线部分输出值，它先变大而且没有输出零值。
仪控人员对逻辑切换模块认真进行了分析，发现模块内部跟踪速率影响了本模块的动态特性，直接导致切换跟踪出现问题。当跟踪速率为2.5秒时，切换条件具备后，切换模块输出值会升至切换前的输出限值，然后再慢慢下降，最后稳定在正确的输出值，而保持脉冲只有1秒，模块输出还未降至零值。
3）100%FP下第三次甩负荷孤岛试验。
在停机小修过程中，进行信号模拟试验，将模块内跟踪速率改为无穷大，或将内部跟踪功能屏蔽后，切换条件具备后，该模块输出正确。
此外，通过实测高压缸进气流量，经对比发现某主蒸汽调阀的阀孔开度与流量请求信号不匹配。经调整后，100%FP下第三次甩负荷孤岛试验成功。
5 总结
反应堆控制棒、汽机调门、旁排阀是完成一、二回路负荷匹配的重要手段。该核电厂机组在100%FP工况下和外电网解列后，反应堆、汽轮发电机及相关辅助热力系统均能做出合理响应，没有触发停堆、停机、一/二回路安全阀开启、大气释放阀开启。电厂调节系统反应迅速，仅通过三次OPC动作，就能够及时有效地限制瞬态发展，并最终将机组稳定在带厂用电工况下运行，试验结果满足设计要求。