M310核电机组汽轮机调节阀试验改进分析

摘要：为了保证飞射物产生的概率在安全设计要求内，M310核电机组需定期执行汽轮机调节阀试验。为了减少满功率期间执行试验的风险，同时进一步提升电厂经济效益，本文基于对调节阀试验方法及上游文件的分析研究，证明机组正常调停对汽轮机调节阀试验的等效关系，并进一步分析机组调停状态下执行汽轮机调节阀试验补充验证的可行性。

关键词：M310；调节阀试验

1、M310机组汽轮机调节阀试验背景介绍

汽轮机作为核电厂常规岛系统的核心设备，其功能是将蒸汽发生器产生蒸汽的热能转化为汽轮机转子高速旋转的机械能，并带动发电机产生电能。而汽轮机转子产生的飞射物是核电厂厂内转动部件产生飞射物的典型代表。汽轮机在高速运转时，转子蓄藏着大量的旋转动能，一旦发生罕见的重大机械事故，则汽轮机飞射物会击穿气缸，并穿过汽轮发电机厂房，可能击中关键的设备或构筑物，影响安全功能的执行。一般通过紧急情况下汽轮机调节阀快速关闭来防止汽轮机超速产生飞射物。汽轮机调速器上设有一种装置，允许在汽轮机带负荷运行时对每个蒸汽阀门进行试验。该装置能使每个阀门依次关闭以证实其运行状态正常。通过定期执行汽轮机调节阀试验，可满足飞射物产生的概率在安全设计要求内。

2、M310机组汽轮机调节阀试验过程介绍

汽轮机调节阀试验分为高压调节阀试验以及中压调节阀试验，其目的是为了对中压调节阀GRE011VV-014VV以及高压调节阀GRE001VV-004VV进行行程试验和关闭试验（包括快关）。由于调节阀动作会影响机组效率，为了防止反应堆超功率，在执行试验前需降低机组功率使功率有足够的裕量，而后通过调节阀试验控件KCO101/102/103/104SY（高压调节阀控件）及KCO105/106/107/108SY（中压调节阀控件）选择相应的调节阀进行试验。

试验时阀门动作过程大致如下（以GRE001VV为例）：GRE001VV由初始开度开始关闭→GSE001VV全关→GRE001VV开启至20%开度→GRE001VV全关（持续1min左右）→GSE001VV重新全开→GRE001VV恢复初始开度。（其中GRE001VV为主调节阀，GSE001VV为主汽阀）

3、M310机组汽轮机调节阀试验风险介绍

调节阀试验一般均在汽机带负荷的情况下执行，属于运行高风险A级试验，执行时有如下风险。

1）汽轮发电机跳闸风险。进行调节阀试验时，会导致汽轮机一组主汽阀关闭，若此时出现另一组主汽阀关闭信号，则将导致汽轮发电机组跳闸。

2）高低加解列风险。进行调节阀试验时，会导致高低加疏水箱液位波动，若在疏水箱水位还未恢复至正常水位的情况下进行下一组阀门试验，可能引起水位波动至疏水箱高液位，导致高低加解列。

3）热功率超限风险。执行试验时会导致电功率及热功率波动，若功率过高可能导致一回路热功率超限。同时根据经验反馈，在840MW功率平台时波动范围大，尽量避免在此功率平台进行试验，建议在满功率附近再执行此试验。

4、M310机组汽轮机调节阀试验改进分析

汽轮机调节阀试验目前执行周期为两个月。根据经验反馈，在840MW功率平台执行试验时功率波动范围大，尽量避免在此功率平台试验，建议在满功率附近执行此试验。执行此试验时需降功率至1050MW，两本试验执行时长共计约1小时，故执行一次试验损失发电量约为4W度电。同时该试验为运行高风险A级试验，执行风险较高。

当前核电机组均需参与调峰调停，日常机组调停时会降负荷并停机，此时汽机高中压调节阀跟随负荷缓慢关小，最终在汽机功率为50MW打闸停机时高中压调节阀全关。核电机组日常调停汽机降负荷解列时高中压调节阀开度变化曲线大致如下：

从上图可以看出，满功率时高压调节阀初始开度为70%开度，中压调节阀初始开度为100%开度。随着汽机功率降低，高压调节阀从满功率时开始缓慢开始关小，直至功率50MW时阀门关小至2%开度。中压调节阀从约200MW功率时开始缓慢关小，直至功率50MW时阀门关小至40%开度。汽机打闸后，高压调节阀从2%开度快速全关，中压调节阀从40%开度快速全关。

对比汽轮机调节阀试验，正常降负荷停机可以验证高中压调节阀的关闭行程，同时也可验证调节阀的关闭功能。但调节阀试验除了验证阀门关闭外还需验证调节阀从20%开度的快关功能，对于中压调节阀，其从100%开度关小至40%开度，而后通过汽轮机打闸快关，因此两者可以等效。而对于高压调节阀，其从100%开度关小至2%，而后通过汽轮机打闸快关，在正常打闸时只有2%的开度，开度较小，不具备验证快关的说服力。

综上所述，只要能在调停平台再次验证高压调节阀的快关功能，即可对汽轮机调节阀试验进行等效并调整基准点，从而减少满功率平台执行汽轮机调节阀试验的次数。

机组每次大修后上行时均会执行汽轮机紧闭性试验，该试验可验证汽轮机主汽门（GSE001/002/003/004VV）的密封性，因此可在调停平台将汽机挂闸执行高压调节阀快关功能验证。考虑到汽轮机主汽阀同时有两组及以上关闭时会触发汽轮机跳闸信号，故该验证只能一组执行完后再执行另外一组。具体执行流程如下（以GRE001VV调节阀验证为例）：

1）确认汽轮机升速控件置于OFF位置;

2）将汽轮机挂闸，挂闸后关注汽轮机转速，若转速超过25rpm则需立即打闸停机；

3）仪控强制信号将GSE001/011VV关闭，同时运行关闭主汽阀对应的GFR供油阀；

4）仪控强制信号将GRE001VV全开（也可开到20%开度），而后通过模拟信号的方式将GRE001VV快关；

5）运行重新开启主汽阀对应的GFR供油阀，同时仪控重新将GSE001/011VV开启；

6）执行另一组高压调节阀快关验证。

按照此方法执行需考虑汽轮机主汽阀不严密导致汽轮机转速意外上涨的风险，因机组每次大修后上行时均会执行汽轮机紧闭性试验，该试验保证了汽轮机主汽门的密封性，因此总体风险是可控的，但执行时仍需关注汽轮机转速。

5、总结

汽轮机调节阀试验在满功率执行时不仅是运行高风险操作，执行试验时也会导致机组发电量的损耗。汽轮机调节阀试验的目的是进行调节阀的行程试验和关闭试验（包括快关验证）。通过汽轮机正常降功率打闸停机可等效验证中压调节阀的行程验证、关闭验证以及快关验证。而汽轮机正常降功率打闸停机仅可等效验证高压调节阀的行程验证和关闭验证，对其快关验证仍需在调停窗口通过仪控强制的方式执行补充验证。

参考文献

[1] 《高压阀带负荷试验规程》，福清核电有限公司

[2] 《中压阀带负荷试验规程》，福清核电有限公司

[3] 《FQX27GSET23101B45SS 汽轮机保护系统（GSE）周期性试验（TP23）》，东方汽轮机有限公司

[4] 《FQY-5FSAR-TGNS-0007 福建福清核电厂3、4号机组最终安全分析报告（第3章）》，福清核电有限公司