某核电厂蒸汽供能系统甩负荷策略分析

某核电厂蒸汽供能系统甩负荷策略分析

陶君明

江苏核电有限公司          江苏连云港         222000

摘要：通过对能源站蒸汽供能系统在二级给水泵因故障只剩一台运行时的工况分析，本文提出增加主动甩负荷逻辑的优化建议，以增加蒸汽供能系统的稳定性，防止因系统大幅波动导致蒸汽供能系统全部切除，对核电机组产生更大的扰动。本文从蒸汽供能系统运行方式、功率失配、二级给水泵过载保护、蒸汽供能系统瞬态响应方面对能源站控制逻辑进行分析，增加甩负荷、二级给水泵过流保护逻辑，可为蒸汽供能改造的核电机组或新建核能供热（供汽）机组提供设计参考。

关键词：核电厂 蒸汽供能 甩负荷 给水泵限流保护

Abstract：By analyzing the operating conditions of the steam energy supply system in the energy station when only one secondary feedwater pump is left to operate due to a fault, this article proposes optimization suggestions to increase the active load shedding logic to increase the stability of the steam energy supply system and prevent the entire steam energy supply system from being cut off due to significant system fluctuations, which will cause greater disturbance to the nuclear power plant. This article analyzes the control logic of the energy station from the aspects of steam energy supply system operation mode, power mismatch, overload protection of the secondary feedwater pump, and transient response of the steam energy supply system. Adding load shedding and overcurrent protection logic of the secondary feedwater pump can provide design reference for nuclear power units undergoing steam energy transformation or new nuclear heating (steam supply) units.

1. 某核电厂蒸汽供能系统概况

能源站项目利用核电厂3、4号机组部分热量为某石化产业基地供应一定规模的工业蒸汽，蒸汽供能系统主要由热源蒸汽供应系统和工业蒸汽生产系统两部分组成。

热源蒸汽供应系统：利用常规岛主蒸汽经蒸汽转换设备生产工业蒸汽，主蒸汽在蒸汽转换设备内释放热量变为凝结水，依次经过热器、蒸发器、二级预热器、一级预热器，最终返回常规岛凝汽器。在蒸发器入口前设有调节阀，通过调节主蒸汽流量以匹配供汽需求。

工业蒸汽生产系统：低压工业给水经一级给水泵升压后进入一级预热器预热，经一级预热后进入除氧器，除氧器出水经二级给水泵升压后送入二级预热器预热，之后进入蒸发器，蒸发器产生的饱和蒸汽进入过热器继续加热后，产生满足用户需要的蒸汽。

2. 蒸汽供能系统需甩负荷的异常工况分析

能源站蒸汽供能系统异常运行工况按照设备故障的类型进行了分类，从18类异常工况中，梳理出由设备自身故障造成能源站系统大幅扰动，最终造成工业蒸汽负荷大幅下降的工况。当二级给水泵跳泵而备用泵未启动时，较高负荷下存在蒸汽供能系统全部切除的风险，因此有必要增加此工况下快速甩负荷逻辑。

实现该目的首先需要保证蒸发器液位能够快速恢复至正常液位，可以通过减少一次侧加热蒸汽流量达到减少蒸发量、直接切除一半蒸汽转换装置的给水保证另一半的给水，这两种方法实现。

2.1减少加热蒸汽流量实现快速降低负荷

只剩一台二级给水泵向蒸发器供水时，通过信号联锁关小所有运行蒸发器的主蒸汽管道上调节阀开度，减小蒸发量从而减小给水需求量，快速恢复液位。期间所有蒸发器的蒸发量因压力降低而随之增大，因此调节阀开度需要根据一台二级给水泵的允许流量与加热蒸汽流量的匹配程度确定。

该思路通过间接方式缓解二级给水流量不足，存在一定的滞后性。存在减负荷期间所剩的一台二级给水泵过载，触发热继动作保护停运使得整个系统全部停运的风险。因此同时设计增加二级给水泵限流逻辑，具体思路如下。

三台二级给水泵出口均设有2块流量变送器，根据二级给水泵的运行状态、流量质量信号判断是否引入该台泵参与限流逻辑，将二级给水泵最大出口流量与限流值比较，将限流流量差值积分计算后与液位主偏差一同参与该列蒸发器给水调节阀PID计算。引入后当最大流量超过限流值时，将抑制调阀开大或关小蒸发器壳侧给水调阀，防止泵过载。

2.2切除一半转换装置实现快速降低负荷

只剩一台二级给水泵向蒸发器供水时，通过信号联锁关闭一半运行装置的出入口截止阀，快速降低二级给水需求量。蒸汽转换装置共有四列，设计为三用一备，每列可带载33%负荷，正常运行时投入四列，每台核电机组向两列供汽，每列带载25%负荷。切除一半装置后，工业蒸汽用户未减小用汽量时，蒸汽集管压力下降，导致所有蒸发器的蒸发量增大，可能会存在二级给水泵短时过载的情况。

3. 蒸汽供能系统甩负荷策略建议

通过分析，当二级给水泵跳泵而备用泵未启时，有必要增加此工况下的快速甩负荷逻辑。两种方式相比较，减少加热蒸汽流量的方式优点是对单台供汽机组的扰动小，可维持原运行列蒸汽转换装置运行，大幅缩短故障消除后系统的恢复时间，不足之处为存在滞后性，同时需要增加二级给水泵限流、蒸汽和给水流量匹配计算逻辑；切除一半转换装置的方式优点是响应快，避免出现二级给水泵过载保护切除的风险，不足之处为对供汽机组的扰动较大，故障消除后系统的恢复时间长。

综上所述，从保证快速恢复系统正常运行、保证经济效益，减小对供汽核电机组的影响，保证核安全的角度考虑，减少加热蒸汽流量的甩负荷方式更有利于供汽机组的安全稳定运行。