AP1000汽轮机旁路排放系统设计概述

AP1000汽轮机旁路排放系统设计概述

姜志东

北京广利核系统工程有限公司

摘要：在汽轮机甩负荷、反应堆跳闸、机组启动/热停堆等特殊工况下，旁路系统发挥着重要的作用，本文对AP1000核电的汽轮机旁路排放系统从旁排系统的组成、功能、控制原理及工作模式等方面进行了详细阐述，可为汽轮机旁排系统的设计提供参考。

关键词：AP1000；汽轮机旁路系统；核电

中图分类号:文献标识码：A

引言

在汽轮机甩负荷、反应堆跳闸、机组启动/热停堆等特殊工况下，汽轮机旁路排放系统发挥着重要的作用。文章对AP1000核电的汽轮机旁路排放系统从旁排系统的组成、功能、控制原理及工作模式等方面进行了详细阐述，可为汽轮机旁排系统的设计提供参考。

1汽轮机旁路排放系统功能

当反应堆功率和汽轮机功率不匹配时，汽轮机旁路排放系统通过将主蒸汽旁路到凝汽器为反应堆提供一个人为的符合负荷，主要实现以下功能：

汽轮机旁路系统能够将蒸汽发生器来的蒸汽排放至凝汽器，将系统能量排至热井，从而最大程度地减少机组启动、热停机 、机组冷却阶段及负荷阶跃变化时对反应堆冷却系统的影响。旁排系统设置六只汽轮机旁路阀，在额定负荷主蒸汽压力时可将40%额定主蒸汽流量直接排放至主凝汽器在机组负荷阶跃降低超过10%时，旁路系统将多余蒸汽排放至凝汽器，不会引起汽轮机跳闸。

2汽轮机旁排阀控制原理

AP1000汽轮机旁排阀由气源驱动膜片盒（膜片盒上下运动）从而带动阀芯组件实现阀门的开关。旁排阀使用电磁阀、三通阀。减压过滤器、智能型位置指示器、限位开关等部件实现对阀门的控制

在失去气源或失去电源时，阀门在弹簧力的作用下关闭：在膜片盒上部通入气源后，压缩弹簧，实现阀门的开启，见下图。

汽轮机旁排阀的控制系统分为控制气源和驱动气源两路。通过电磁阀的得电、失电控制气源回路。当电磁阀S3带电时，旁排阀处于快开模式，见下图

当电磁阀S2、S1、S4均带电时（此时电磁阀S3失电），阀门处于调节模式，见下图。

当电磁阀S2、S1、S4三个电磁阀任一个或两个均失电时，旁排阀处于快关模式，见下图。

在启动、热停堆、冷却和汽机负荷阶跃变化时，提供旁路SG蒸汽到凝汽器的功能，排出热量，减小瞬态和它们的影响。10%阶跃负荷变化或每分钟5%斜坡变化，不会触发系统。还有一些系统用于负荷变化：反应堆功率控制，稳压器水位控制，稳压器压力控制，给水控制。

用于甩负荷超过10%低于50%或汽机从50%或更低跳闸。旁排系统与上面提到的系统共同工作。汽轮机旁排阀由三种控制模式：平均温度控制模式、蒸汽压力控制模式、蒸汽排放堵塞模式。平均温度控制模式包括两种情况，即：当突然的负荷大幅度降低，此时需要旁排阀打开，控制RCS的平均温度；当反应堆跳堆或汽轮机脱口时，此时需要旁排阀打开，控制RCS的平均温度。蒸汽压力控制模式由操纵员手动控制，在电厂启堆和停堆时使用。蒸汽排放堵塞模式为凝汽器真空高于设定值或循环水泵不可用时， 旁排阀不可用。

蒸汽压力控制模式主要用于：

电厂的启动工况，直到机组并网。异常工况下，防止安全级阀门的动作。机组的冷却，将机组冷却到177度，直到RNS系统的投入。在不需机组冷却时，将主蒸汽压力信号值与主控设定值的偏差通过PID运算后输出对应的旁排阀指令。

3 汽轮机旁路排放系统的控制模式

汽轮机旁路排放系统主要有两种控制模式，分别为一回路冷却剂平均温度 TAVG模式和蒸汽压力控制模式。

3.1 一回路冷却剂平均温度 T_AVG模式

一回路冷却剂平均温度 T_AVG模式通过测得的一回路冷却剂平均温度 T_AVG与由汽轮机第一级冲动压力推导得到的参考温度值 T_ref的差值， 产生一个蒸汽排放需求大小的信号。 这种模式主要用于甩负荷、汽轮机紧急停机和反应堆紧急停堆等。 一回路冷却剂平均温度 T_AVG模式又包含甩负荷控制器和电厂停堆控制器两种。 甩负荷控制器能够在突然性的大幅度降负荷时，防止反应堆冷却剂温度的大幅度提高。T_AVG采用超前/滞后补偿， 以补偿电厂热响应和阀门定位的滞后。 在突然降负荷时，T_ref迅速减小，T_AVG有增加趋势,根据偏差信号（TAVG-Tre）大小，这时产生一个对应蒸汽排放大小需求。 当偏差信号（TAVG-Tre）大小高于某一设定值时，旁排阀快速开启。 随着旁排系统的运行，如果反应堆功率和汽轮机匹配，并且温度误差在控制棒调节范围内，将终止蒸汽排放。 当反应堆停堆信号存在时，甩负荷控制器失效，电厂停堆控制器开启。 此时偏差信号为一回路冷却剂平均温度 T_AVG和零负荷参考温度 Tre之差。 当偏差信号高于整定值时，旁排阀顺序开启，随着系统的运行，偏差信号减小，旁排阀开度变小，最终维持在热停堆状态。

3.2蒸汽压力控制模式

蒸汽压力控制模式适用于低功率工况和电厂冷却。 根据蒸母管压力和整定值之间的差值产生蒸汽排放蒸汽压力需求大小的信号。 因为在低功率情况下，蒸汽发生器压力对蒸汽流量的响应较快，而一回路平均温度 T

_AVG则对蒸汽流量的响应较慢， 无法灵敏控制旁排阀开关。 在蒸汽压力控制模式下，蒸汽母管压力控制器工作。 蒸汽母管压力控制模式由操作员手动选择，压力整定值由操作员根据期望的反应堆冷却剂温度手动调整，允许电厂按照选定的速率控制降温。

结语

综上所述，汽轮机旁路排放系统是核电厂中的重要系统，在机组紧急甩负荷、反应堆紧急停堆、机组启动/热停堆等工况下，旁路系统能够及时将主蒸汽排往凝汽器，从而实现一回路和二回路的功率匹配。保证反应堆的安全。汽轮机旁路排放系统共设置6个旁排阀，6个排放阀分成2组，第一组在0～50%蒸汽排放需求范围运行；第二组在50～100%蒸汽排放需求范围运行。每组的3个旁排阀分别位于3个凝汽器中，每个凝汽器设置2个旁排阀。为了避免由于旁排阀故障导致的不可控排放，单只旁排阀，在设计压力8.27MPa时，最大排放量为236kg/s,降低旁排阀误开导致一回路过度冷却的风险。AP1000汽轮机旁路排放系统的设计容量为40％额定主蒸汽流量，与反应堆功率控制系统配合，可以满足100%额定功率下的全部甩负荷而不生发生反应堆紧急停堆，同时稳压器或蒸汽发生器的安全阀也不开启。

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