除氧器液位控制及控制器輸入異常影響淺析

張春良

【摘 要】除氧器正常運(yùn)行時(shí)給蒸汽發(fā)生器提供水源，除氧器液位的穩(wěn)定對(duì)保證堆芯的冷卻意義重大。本文通過(guò)介紹除氧器液位控制器三沖量控制的原理，分析在液位控制器輸入?yún)?shù)異常情況下的系統(tǒng)響應(yīng)和應(yīng)對(duì)措施。

【關(guān)鍵詞】除氧器；液位控制器；輸入失效；措施

0 概述

除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣及其他不凝結(jié)性氣體，保證給水的品質(zhì)，減少腐蝕，提高傳熱效率。同時(shí)，除氧器本身又是一個(gè)混合式加熱器，起到加熱給水，提高給水溫度的作用。我廠除氧器水箱的容量為338m3，可供給電廠全負(fù)荷運(yùn)行5分鐘的需水量。

除氧器液位是機(jī)組運(yùn)行的一個(gè)重要的控制參數(shù)，因?yàn)槌跗饕何贿^(guò)低，則可能導(dǎo)致給水泵汽蝕，并觸發(fā)反應(yīng)堆線性降功率，而除氧器液位過(guò)高則會(huì)淹沒(méi)除氧頭，不但影響除氧效果，還可能使給水經(jīng)抽汽管線倒流至汽輪機(jī)，引起水擊事故，損壞汽機(jī)。我廠除氧器的液位控制采用的是三沖量PID調(diào)節(jié)，較好的實(shí)現(xiàn)了除氧器的液位自動(dòng)控制。但是控制器本身的輸入?yún)?shù)異常會(huì)導(dǎo)致除氧器液位波動(dòng)，處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組瞬態(tài)，本文擬結(jié)合機(jī)組上發(fā)生過(guò)的實(shí)例，介紹除氧器液位因控制器輸入?yún)?shù)異常而發(fā)生波動(dòng)時(shí)的故障處理思路。

1 除氧器液位的三沖量控制及其實(shí)現(xiàn)

1.1 除氧器液位的三沖量控制原理分析

我廠除氧器液位控制采用的是三沖量、內(nèi)部串級(jí)加前饋控制方式。

除氧器液位控制受到凝結(jié)水流量、給水流量和除氧器液位多個(gè)變量的影響，這三個(gè)可測(cè)得的變量，就是所謂的“沖量”。除氧器液位三沖量中的輸入一（IN1）為凝結(jié)水流量，輸入三（IN3）為給水流量，輸入五（IN5）為除氧器液位，除氧器液位控制器設(shè)置LOOP1是主回路，LOOP2是副回路。

內(nèi)部串級(jí)：指主、副回路是串聯(lián)作用的，主回路的輸出作為副回路的設(shè)定點(diǎn)。每個(gè)控制器內(nèi)部設(shè)定有兩個(gè)回路（LOOP1/LOOP2），LOOP1為主回路，用于液位控制，除氧器液位測(cè)量值與液位設(shè)定值比較，經(jīng)過(guò)PID計(jì)算，計(jì)算后的輸出加上給水流量信號(hào)，作為L(zhǎng)OOP1的輸出，這個(gè)LOOP1輸出作為副回路LOOP2的遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)（RSP）。LOOP2為副回路用于凝結(jié)水流量控制，凝結(jié)水流量設(shè)定值與凝結(jié)水流量實(shí)際值相比較，經(jīng)過(guò)PID計(jì)算，作為控制器LOOP2的輸出，用于控制現(xiàn)場(chǎng)除氧器液位控制閥的開(kāi)度，進(jìn)而控制凝結(jié)水上水流量。蒸發(fā)器給水流量信號(hào)作為前饋信號(hào)，與主回路輸出相加，共同作為副回路LOOP2的設(shè)定點(diǎn)。

1.2 除氧器液位控制實(shí)現(xiàn)方式

我廠除氧器液位控制由主液位控制和輔助液位控制組成。主液位控制是當(dāng)主凝泵運(yùn)行時(shí)，主液位控制閥來(lái)進(jìn)行除氧器液位的控制。輔助液位控制是失去IV級(jí)電源時(shí)，輔助凝結(jié)水泵通過(guò)輔助液位控制閥向除氧器供水，在排出反應(yīng)堆衰變熱期間維持除氧器所要求的液位。

控制器運(yùn)行模式：操作手柄64321-HS4410A有三個(gè)位置“LT4410A，LT4410B，LT4410C”，用來(lái)選擇三個(gè)液位控制器的主、從位置。當(dāng)選定一個(gè)位置時(shí)，兩個(gè)控制器投入運(yùn)行：一個(gè)控制器在AUTO位置，一個(gè)控制器在STANDBY位置。在AUTO位置的液位控制器用于調(diào)節(jié)兩個(gè)由控制手柄64321-HS4410C選定在AUTO位置的液位控制閥，在STANDBY位置的液位控制器控制剩下的一個(gè)在STANDBY位置的液位控制閥。

控制閥運(yùn)行模式：位于PL10上的64321-HS4410C有三個(gè)位置，分別是“LCV4207A，B”、“LCV4207A，C”和“LCV4207B，C”。由64321-HS4410C選中的兩個(gè)閥門(mén)受64321-HS4410A所選中的控制器控制，而另一個(gè)閥門(mén)則在除氧器液位低于3000mm時(shí)，由備用控制器所控制。

總的來(lái)說(shuō)，就是在正常運(yùn)行情況下，由三個(gè)液位控制器中的一個(gè)來(lái)控制兩個(gè)除氧器上水閥，自動(dòng)維持除氧器的液位在3380mm，另一控制器處于備用狀態(tài)，當(dāng)除氧器液位低于3000mm時(shí)，由備用控制器控制的第三個(gè)液位控制閥投入控制，三個(gè)液位控制閥共同來(lái)確保除氧器的水位維持在3380mm。

2 除氧器液位控制器輸入?yún)?shù)異常分析與應(yīng)對(duì)

2.1 主給水流量信號(hào)失效

事件：2006年1國(guó)內(nèi)某電站主控出現(xiàn)"主凝泵流量低"和"凝泵再循環(huán)閥開(kāi)"報(bào)警。立即檢查發(fā)現(xiàn)除氧器上水流量大幅下降，除氧器液位降低，緊急手動(dòng)降功率。反應(yīng)堆功率降到60%FP后，除氧器上水流量逐步恢復(fù)正常，并最終恢復(fù)到正常值附近。確認(rèn)機(jī)組狀態(tài)穩(wěn)定后，儀控人員檢查發(fā)現(xiàn)送至除氧器液位控制器的主給水流量信號(hào)輸入失效所致。

主給水流量信號(hào)作為前饋?lái)?xiàng)，起超前調(diào)節(jié)的作用，當(dāng)給水信號(hào)喪失時(shí)，滿功率下控制器遠(yuǎn)程設(shè)定值（RSP）迅速減少，使控制器最終輸出瞬間跌到約10%左右， 除氧器液位控制閥幾乎全關(guān)。與此同時(shí)，因?yàn)閷?shí)際給水流量保持不變，系統(tǒng)負(fù)荷平衡被破壞，除氧器水位開(kāi)始下跌，促使主回路增加RSP。通過(guò)副回路的比例積分（PI）作用，使控制器的輸出開(kāi)始增加，以跟蹤RSP，對(duì)應(yīng)的除氧器液位控制閥開(kāi)度增加， 之后除氧器液位開(kāi)始慢慢回升。

當(dāng)多個(gè)給水流量信號(hào)失效時(shí)系統(tǒng)如何響應(yīng)呢？主給水流量是作為前饋?lái)?xiàng)參與控制和運(yùn)算的，控制器將測(cè)得的除氧器液位信號(hào)與液位設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)百分比輸出，這個(gè)輸出和主給水流量信號(hào)的百分比數(shù)值相加作為凝結(jié)水流量回路的設(shè)定點(diǎn)，流量設(shè)定點(diǎn)與凝結(jié)水流量比較后經(jīng)PID運(yùn)算，信號(hào)送閥門(mén)控制。所以失去一個(gè)給水信號(hào)，凝結(jié)水流量回路的設(shè)定點(diǎn)會(huì)下降，但是影響不大，因?yàn)槟Y(jié)水流量設(shè)定點(diǎn)下降后，閥門(mén)會(huì)關(guān)小，除氧器液位會(huì)下降，除氧器液位下降后，凝結(jié)水流量設(shè)定點(diǎn)又會(huì)上調(diào)。失去更多個(gè)給水流量信號(hào)的作用原理是一樣的，但是液位擾動(dòng)會(huì)更大。電站專(zhuān)用運(yùn)行規(guī)程（SOP） 指導(dǎo)運(yùn)行人員在除氧器液位低于一定的數(shù)值時(shí)通過(guò)降低反應(yīng)堆功率來(lái)降低蒸發(fā)器的給水流量來(lái)穩(wěn)定除氧器的液位。當(dāng)總的給水流量信號(hào)失效的時(shí)候，在控制器的界面上會(huì)出現(xiàn)“FF輸入失效”的提示，雖然模擬機(jī)驗(yàn)證除氧器液位在下降到3000mm左右開(kāi)始回升，但運(yùn)行人員仍可以通過(guò)適當(dāng)降低功率來(lái)予以響應(yīng)，但是考慮到核電站控制系統(tǒng)的特殊性（主要是氙毒），單次降功率的幅度不應(yīng)該太大以防止氙中毒，每次降完功率觀察除氧器液位能否被調(diào)整回來(lái)。此種情況下個(gè)人不建議把控制器放手動(dòng)，手動(dòng)增加上水流量，因?yàn)楦吖β氏率謩?dòng)控制除氧器液位本身風(fēng)險(xiǎn)很大，如果由于人為操作不當(dāng)對(duì)系統(tǒng)引入了擾動(dòng)往往后果更加嚴(yán)重，不到萬(wàn)不得已不建議使用。

2.2 凝結(jié)水流量測(cè)量信號(hào)漂移或失效

事件：2012年11月國(guó)內(nèi)某電站儀控人員執(zhí)行除氧器液位變送器檢修工作，在征得主控同意后更換熔絲，在剛拆除舊熔絲時(shí)，運(yùn)行人員通知，凝結(jié)水上水流量喪失。遂立即停止工作，十幾秒后凝結(jié)水上水流量自動(dòng)恢復(fù)，除氧器液位略有降低。事后原因分析為更換的熔絲所在端子與失效信號(hào)熔絲所在的端子緊挨著，從端子結(jié)構(gòu)來(lái)看，其接觸是靠上、下兩片銅片夾住中間的金屬片。初步分析為隨著時(shí)間的增加，銅片的彈性減弱，夾緊力下降，在旁邊端子動(dòng)作的影響下產(chǎn)生接觸不良

影響：該凝結(jié)水上水流量信號(hào)送至除氧器液位控制器，由于信號(hào)失效，控制器自動(dòng)進(jìn)入失效安全（FAILSAFE）模式，目前的FAILSAFE參數(shù)設(shè)置是輸出自動(dòng)降為4mA。因此除氧器液位控制閥自動(dòng)關(guān)閉，凝泵出口流量迅速降為0，再循環(huán)流量控制閥開(kāi)始打開(kāi)。除氧器液位迅速下降。18秒之后，信號(hào)從IRR恢復(fù)，控制器也轉(zhuǎn)入正常控制模式，液位控制閥迅速打開(kāi)，凝泵出口流量馬上恢復(fù)，液位也開(kāi)始上升。該過(guò)程的響應(yīng)均是正常的。

如果發(fā)生此種工況并沒(méi)有及時(shí)恢復(fù)，運(yùn)行人員應(yīng)首先確認(rèn)控制器界面出現(xiàn)“PV輸入失效”字樣，按下翻頁(yè)鍵翻到ALARM頁(yè)面，如果提示X5表示失去凝結(jié)水流量信號(hào)，此時(shí)應(yīng)將控制器切換到手動(dòng)，手動(dòng)增加上水流量，除氧器液位異常波動(dòng)處理的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程中要求當(dāng)不明原因?qū)е鲁跗饕何坏陀谝?guī)定值時(shí)手動(dòng)觸發(fā)線性降功率，但因事故原因已得到確認(rèn)，且正常情況下除氧器液位控制閥異常關(guān)閉除氧器液位在輔凝泵參與控制的情況下從設(shè)定值下降到線性降功率自動(dòng)觸發(fā)值大約需要2分多鐘，所以運(yùn)行人員有足夠的時(shí)間手動(dòng)增加控制器的輸出將除氧器上水流量恢復(fù)到正常值。同時(shí)需要密切監(jiān)視除氧器液位的變化趨勢(shì)，如果液位下降的趨勢(shì)一直得不到緩解可以適當(dāng)降功率來(lái)予以響應(yīng)。此種工況下，機(jī)組狀態(tài)變化較大，運(yùn)行人員手動(dòng)控制上水流量維持除氧器液位的難度也會(huì)較大，對(duì)運(yùn)行人員的的心理和技能會(huì)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

2.3 除氧器液位測(cè)量信號(hào)漂移或失效

除氧器液位測(cè)量信號(hào)漂移（高漂），會(huì)導(dǎo)致除氧器液位降低，如果運(yùn)行人員能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)除氧器液位下降，可以通過(guò)除氧器液位控制器上顯示進(jìn)一步確認(rèn)，此時(shí)運(yùn)行人員可以將控制器切換到手動(dòng)，手動(dòng)控制除氧器液位，待液位穩(wěn)定后在考慮切換控制器。

若除氧器液位測(cè)量失效，控制器上會(huì)出現(xiàn)“PV輸入失效”字樣，然后按下翻頁(yè)鍵，翻到ALARM頁(yè)面，如果提示X1，表示液位信號(hào)失去，此時(shí)控制器也會(huì)進(jìn)入失效安全模式，除氧器液位控制閥也會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)事故的處理原則與凝結(jié)水流量信號(hào)失效是一樣的。

3 結(jié)束語(yǔ)

除氧器液位控制器作為除氧器液位控制核心，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)存在老化的風(fēng)險(xiǎn)，在除氧器液位控制器輸入?yún)?shù)出現(xiàn)異常的時(shí)候會(huì)對(duì)除氧器液位帶來(lái)非常大的擾動(dòng)進(jìn)而可能影響到蒸發(fā)器液位直接影響到一回路熱量的導(dǎo)出。作為運(yùn)行人員要認(rèn)識(shí)到各種失效模式帶來(lái)的影響并采取合理的干預(yù)措施，避免瞬態(tài)保證機(jī)組的安全。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]凝結(jié)水及凝結(jié)水補(bǔ)排水系統(tǒng).98-43210/43220-OM-001.

[責(zé)任編輯：田吉捷]