介紹運(yùn)行機(jī)組主給水調(diào)節(jié)閥更換后的調(diào)試試驗項目，分析了調(diào)試試驗風(fēng)險并提出了應(yīng)對措施。著重介紹主給水調(diào)節(jié)閥調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及處理方法。

　　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)通過控制給水調(diào)節(jié)閥的開度，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)行過程中出現(xiàn)正常流量時閥門開度過大、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，以驗證新更換的主給水調(diào)節(jié)閥滿足設(shè)計要求。本文在確定主給水調(diào)節(jié)閥更換后調(diào)試試驗項目的基礎(chǔ)上，分析了調(diào)試試驗風(fēng)險并提出了應(yīng)對措施，著重介紹調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及處理方法。

1、控制原理與閥門特性

　　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，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個調(diào)節(jié)單元(串級)組成。設(shè)計允許機(jī)組功率在15%FP~20%FP(FP為滿功率)時，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)閥為氣動套筒調(diào)節(jié)閥，采用多彈簧式氣動薄膜執(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，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。主要性能指標(biāo)如下：設(shè)計壓力：10MPa；設(shè)計溫度：250℃；控制信號：4~20mA(DC)；信號氣源：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。來自控制器的4~20mA控制信號通過定位器控制氣動放大器進(jìn)氣量；進(jìn)氣經(jīng)過氣動放大器后進(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，進(jìn)而帶動閥芯動作。當(dāng)推力與彈簧反作用力平衡時，閥芯穩(wěn)定在某個位置上。控制壓力為0.08~0.2MPa，對應(yīng)閥門開度0~100%。在緊急情況下，電磁閥S1或S2接受來自專設(shè)系統(tǒng)的主給水隔離信號，失電后排出氣腔壓力，在彈簧作用下將閥門在5s內(nèi)關(guān)閉。動作原理見圖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-氣閥門定位器；3—氣動放大器；4—氣腔；5—氣控閥；6—電磁閥S1；7—電磁閥S2

2、調(diào)試項目、風(fēng)險與對策

　　2.1、調(diào)試試驗項目

　　(1)快關(guān)試驗：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)過冷。

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

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

　　(4)蒸汽發(fā)生器水位控制試驗(三沖量調(diào)節(jié))：驗證穩(wěn)定功率運(yùn)行時，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)的動態(tài)響應(yīng)能否滿足設(shè)計要求。

　　2.2、調(diào)試風(fēng)險

　　(1)因更換主給水調(diào)節(jié)閥是在機(jī)組大修期間實(shí)施，試驗進(jìn)行時，其他維修或運(yùn)行活動對試驗項目的影響，導(dǎo)致試驗不成功或設(shè)備損壞風(fēng)險。

　　(2)需外加信號的試驗項目存在信號接入端子錯誤、信號輸入錯誤、拆接端子排時誤動周邊設(shè)備，導(dǎo)致試驗不成功或設(shè)備損壞以及停機(jī)停堆風(fēng)險。

　　(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。

　　2.3、風(fēng)險對策

　　(1)針對第一類風(fēng)險，一是從編制試驗項目計劃著手，在大修計劃中明確試驗時間窗口，要求試驗進(jìn)行期間不得進(jìn)行可能影響試驗的其他活動，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情況。三是在現(xiàn)場進(jìn)行試驗時嚴(yán)格按照工作管理程序進(jìn)行：申請試驗工單，依據(jù)大修計劃時間窗口進(jìn)行工作；試驗實(shí)施前，確認(rèn)試驗許可證得到批準(zhǔn)后，辦理試驗許可證開工；開工后，應(yīng)召開工前會，通報試驗風(fēng)險，注意事項等內(nèi)容，并和當(dāng)班值長商定試驗實(shí)施的具體步驟。

　　(2)針對第二類風(fēng)險，一是編寫試驗規(guī)程時，涉及到信號接入的，規(guī)程中必須明確到端子排號，并依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對試驗規(guī)程進(jìn)行審查，必要時升版。二是強(qiáng)調(diào)使用防人因失誤工具：試驗前進(jìn)行工前會，明確試驗項目、試驗要點(diǎn)以及應(yīng)急預(yù)案等；在試驗過程中無論是試驗人員進(jìn)行拆接端子排以及加入模擬信號還是運(yùn)行人員配合操作都要依據(jù)規(guī)程；試驗負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)試驗員進(jìn)行拆接端子排等工作；高級操縱員監(jiān)護(hù)操縱員進(jìn)行運(yùn)行操作；試驗員以及操縱員操作時充分自檢；試驗人員與運(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)針對第三類風(fēng)險，一是明確指定操縱員、2名高級操縱員專職配合試驗過程中的運(yùn)行操作。針對蒸汽發(fā)生器水位的手動干預(yù)，試驗前在模擬機(jī)上進(jìn)行專項培訓(xùn)：包括程序水位階躍變化、蒸汽流量階躍變化等試驗項目。二是明確需要手動干預(yù)水位調(diào)節(jié)的水位定值以及流量變化定值。水位階躍、流量階躍變化絕對值采用逐次逼近方式：首先引入小幅值階躍信號，初步調(diào)整控制器比例、積分參數(shù)，然后依據(jù)試驗規(guī)程引入階躍變化信號進(jìn)行試驗。三是試驗開始前在電廠計算機(jī)內(nèi)建立變量組，過程中密切關(guān)注各相關(guān)變量變化趨勢，及時采取響應(yīng)措施。

3、調(diào)試過程

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

　　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)試驗和冷態(tài)切換試驗�？礻P(guān)試驗通過在模擬反應(yīng)堆平均溫度低引起主給水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。冷態(tài)切換試驗需在機(jī)柜內(nèi)加入模擬核功率等信號，接線由試驗員嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行，另一名試驗員獨(dú)立確認(rèn)，冷態(tài)切換試驗順利完成。

　　3.2、熱態(tài)調(diào)試

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

　　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。

　　自動切換試驗發(fā)現(xiàn)：

　　(1)主給水調(diào)節(jié)閥開、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)無開閥指令時，出現(xiàn)由于定位器補(bǔ)氣導(dǎo)致主給水調(diào)節(jié)閥開閥引起主給水流量尖峰的情況。

　　(3)閥門投入自動控制時，主給水流量存在波動，幅度約25t/h。

　　經(jīng)多次調(diào)整控制器參數(shù)，仍無法消除波動現(xiàn)象。對壓空管道、接頭進(jìn)行緊固后，再次進(jìn)行試驗，波動現(xiàn)象有所改善，但開閥過程中流量依然有超調(diào)現(xiàn)象。切換試驗過程中除超調(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)閥開度由3%至37%，給水流量由110t/h至605t/h大幅振蕩。

　　經(jīng)過分析，判斷導(dǎo)致閥門大幅振蕩的原因是該型號定位器對于氣體泄漏反應(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)致閥門開度下降1%時，定位器啟動補(bǔ)氣，此時閥門出現(xiàn)振蕩。具體序列框圖見圖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補(bǔ)氣導(dǎo)致閥門開度增大，則是在蒸汽發(fā)生器水位閉環(huán)控制系統(tǒng)以外引入的開閥動作，是導(dǎo)致超調(diào)進(jìn)而振蕩的根本原因。對定位器死區(qū)設(shè)定值、氣動放大器進(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，此定位器可以通過噴嘴擋板連續(xù)補(bǔ)氣，故對氣體泄漏不敏感。切換試驗時發(fā)現(xiàn)以下問題：

　　(1)手動操作給出閥門動作指令后流量響應(yīng)存在30~40s的延時現(xiàn)象。

　　(2)自動控制時給出閥門動作指令后，閥門不會立即動作，需積累一段時間后給水流量才會有一個突變，約20t/h。

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

　　上述試驗表明：更換為模擬型定位器后消除了超調(diào)以及振蕩問題，但存在閥門動作響應(yīng)延時現(xiàn)象，手動操作時尤為嚴(yán)重。

　　3.2.3、第三階段：C型定位器 機(jī)組運(yùn)行時需手動操作干預(yù)蒸汽發(fā)生器水位，若采用B型定位器，因閥門動作響應(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)險較高。因此，更換C型帶噴嘴擋板的智能定位器進(jìn)行試驗。

　　首先對閥門進(jìn)行靜態(tài)測試，通過調(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)定等問題，靜態(tài)測試合格。

　　后續(xù)試驗過程中無響應(yīng)延時現(xiàn)象，也無定位器定時補(bǔ)氣現(xiàn)象，問題為：

　　(1)手動操作時下波動較大，閥門開度無法穩(wěn)定，主給水流量波動約30t/h左右。

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

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

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

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

　　通過對試驗過程進(jìn)行分析，排除變送器、輸入卡以及信號傳輸環(huán)節(jié)問題，波動原因初步定位于閥門本體和就地控制系統(tǒng)元件。主要有閥門氣路密閉性差、反饋桿松動、定位器性能不匹配、閥桿摩擦力過大、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。具體過程為：輸入信號變化時(即階躍信號)，由于摩擦力較大，使負(fù)偏差過大，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閥門動作，由于靜摩擦力大于動摩擦力，閥門超調(diào)，負(fù)偏差變?yōu)檎�偏差，反�?fù)超調(diào)，導(dǎo)致波動。

　　為減小摩擦，對閥門支架進(jìn)行了打磨；同時，在閥門靜態(tài)狀態(tài)下，對定位器參數(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，調(diào)節(jié)閥波動現(xiàn)象得到改善，手動狀態(tài)20%FP平臺無波動現(xiàn)象；35%FP和55%FP平臺小幅波動，波動流量約15t/h。自動控制狀態(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。就地檢查閥門，發(fā)現(xiàn)閥位指示夾塊與閥門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)組大修有限的時間內(nèi)要完成原閥門拆除、新閥門安裝、調(diào)試等工作，存在較大風(fēng)險。真空技術(shù)網(wǎng)（http://www.13house.cn/）認(rèn)為首次投入應(yīng)用的新閥門的調(diào)試過程也存在較大風(fēng)險。

　　應(yīng)針對具體試驗項目，分析存在風(fēng)險，并采取相應(yīng)對策。因前期不具備試驗條件，定位器選型存在不足，通過現(xiàn)場調(diào)試，確定了定位器型號，通過控制器與定位器配合，使新調(diào)節(jié)閥在不同功率平臺下，閥門動作、響應(yīng)基本滿足設(shè)計準(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支架本體摩擦，增大了閥桿摩擦力，閥桿摩擦力過大，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)致閥門振蕩以及響應(yīng)延時。C型定位器可以克服振蕩以及響應(yīng)延時，但不能消除由于閥桿摩擦力過大導(dǎo)致的閥門波動。只有從閥門本體入手，通過閥門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支架本體摩擦的原因，消除摩擦，才能從根本上解決閥門波動問題。