反应堆硼和水补给系统流量调节参数及逻辑优化

温超平

阳江核电有限公司 广东阳江 529500

摘要：某核电厂机组热试期间，反应堆硼和水补给系统REA016VD阀门调节过慢无法实现除盐除氧水补给功能。本文对该问题的相关信息及处理过程进行了详细描述。

关键词：REA、参数、逻辑

0 引言

某核电厂机组热试期，反应堆硼和水补给系统热试进行REA TP51补给模式试验和REA TP52直接与手动（紧急）硼补给模式试验，期间对一回路除盐除氧水和一回路硼酸溶液流到的气动控制阀的PI参数及其他内部参数进行优化调整。

1 事件描述

通过反应堆硼和水补给系统的REA TP51和REA TP52试验发现，一回路除盐除氧水控制阀REA016VD调节过慢无法实现除盐除氧水的补给功能。REA系统补水期间流量必须是恒定的。当一回路硼浓度大于500ppm时，补水流量整定值是20m3/h；当一回路硼浓度小于等于500ppm时，补水流量整定值是27.2m3/h。根据核电厂反应堆硼和水补给系统的控制逻辑，当除盐除氧水流量偏差＞±10%且持续30秒会触发水泵跳闸信号。因补水要求流量较小，且REA016VD的补水开始的开度为100%，所以补水调整到要求定值所需的时间较长（约73秒），远超出30秒的逻辑要求，会自动触发水泵跳闸信号，最终导致REA016VD无法实现除盐除氧水的补给功能。

2 反应堆硼和水补给系统控制逻辑介绍

反应堆硼和水补给系统控制共有两台除盐除氧水泵（REA001/002PO），正常运行期间一台设为自动状态，接到信号时自动启动，另一台设为手动状态，REA016VD负责将补水流量调整在恒定值，当除盐除氧水流量偏差＞±10%且持续30秒后自动触发水泵跳闸信号，停止除盐除氧水补给。

2.1 反应堆硼和水补给系统流程及控制逻辑介绍

REA010MD位于REA016VD上游，REA010MD测量值为补水实测流量，用于控制REA016VD的开度，使补水流量为恒定值。

Ø  REA501RG：REA016VD的PID调节器；

Ø  REA501MS：自动补给模式下的两个补水流量定值（当一回路硼浓度大于500ppm时，补水流量整定值为20m3/h，当一回路硼浓度小于500ppm时，补水流量整定值为27.2m3/h）；

Ø  REA501/502ZO：补水流量偏差范围加法器；

差压变送器REA010MD的差压信号通过开方后作为补水实测流量送入REA501RG（PID调节器），同时REA501XR将REA补水流量定值也送入REA501RG，通过PID调节器后给出电流信号到REA501EP，从而控制REA016VD阀门开度，使补水流量偏差保持在给定流量的±10%以内。

当REA010MD实测补水流量超出REA501/502ZO的偏差范围时即发出逻辑信号。（若补水超差逻辑信号持续30秒，则触发除盐除氧水泵跳闸信号，停止补给功能）。

注意：REA501XU1/2这两个阈值模块不可存在任何回差，否则将无法正常实现补水流量偏差＞±10%持续30秒，触发水泵跳闸信号的逻辑并关系流道中的相关阀门。

当REA系统补水超差逻辑信号持续30秒，则通过RS触发器将启动信号由“1”复位为“0”，触发水泵跳闸信号的逻辑并关系流道中的相关阀门，即停止REA系统的补给功能。

当RS触发器将启动信号由“1”复位为“0”，即停止REA系统的补给功能，关闭相关阀门并触发泵的跳闸信号。

2.2 除盐除氧水气动阀的DCS组态分析 

GT（比较运算符）： REN012MG（一回路硼浓度）测量值与500ppm比较，当REN012MG大于500，GT输出TURE；当REN012MG小于500，GT输出FALSE。

SEL（选择运算符）：当输入端为FALSE时，输出流量定值为27.2，当输入端为TURE时，输出流量定值为20。

OU（非保护输出速度限制）：PID和AMAN2模块中REA501RG/REA016.OU均为2.5。

除盐除氧水气动阀REA016VD调节趋势，正常运行情况，因REA系统除盐除氧水的补充流量较小，REA016VD阀门约为20%开度即可满足补充流量要求。当现场调节系统给出补水指令时，在补水初期，因补水流量实测值与给定值偏差较大，使得REA016VD阀门最初的开度指令为100%，短时间内阀门开度迅速增大，随后在PID模块的作用下调整到补水流量给定值，但是由于补水气动阀REA016VD初期已达到较大开度，且由于REA501RG/REA016.OU的参数均为2.5（输出信号受限，信号类型为斜坡信号），导致后期调整补水流量到给定值所需的阀门开度的时间较长，一般大约需要75秒。

通过现场补水设定值为20m3/h的调试试验，可以清晰的发现，当除盐除氧水的补充流量设定值较小时，流量调节到给定值所需的时间更长。

3 除盐除氧水补水逻辑缺陷分析

1、除盐除氧水气动阀REA016VD的补水逻辑组态PID调节算法块组态中缺少了AV输出限幅值（OT），导致系统每次需要REA016VD进行补水时，REA016VD的初始开度都是最大开度100%，实际上需要的补水流量对应的阀门开度较小。

2、除盐除氧水气动阀的补水逻辑组态PID和AMAN2模块中REA501RG/REA016.OU参数均为2.5（该参数范围为0-100，参数越小表示信号输出的变化速率越缓慢，参数越大表示信号输出的变化速率越快，该参数为2.5，确实较小，导致PID信号输出的变化速率较慢），导致REA016VD初期达到100%开度后，PID信号输出岛补水流量定值对应的阀门的开度的信号变化速率较慢，即需要经过较长的时间后， REA016VD才能调整到补水给定设定值流量对应的开度。

4 组态逻辑优化方案

4.1 优化除盐除氧水阀REA016VD 控制开度限值

■ 当选择补水流量设定值≤21m3/h时：从补水逻辑触发开始的前7秒内，补水控制器PID算法块中OT值为50，7秒后，补水控制器PID算法块中OT值为100。

■当选择补水流量设定值＞21m3/h时：补水控制器PID算法块中OT值不变。

4.2优化除盐除氧水阀REA016VD的PID算法块参数

■PID模块内部参数：REA501RG.OU参数由“2.5”修改为“100”，PID算法器AV输出信号由斜坡信号变为阶跃信号。

Ø   PID参数（优化后）：SW=TRUE；KP=1；Ti=1.7；DI=0.9

■AMAN2（不带BUP控制的闭环模拟手操器）模块：REA016.OU参数由“2.5”修改为“100” ，AMAN2模块AV输出信号由斜坡信号变为阶跃信号。

LE（比较运算块）：当第一个输入端小于或等于21m3/h时，输出“1”。

TP（计时功能块）：当IN端输入为上升沿时，Q端输出7秒的高电平。

SEL（选择运算块）：当输入端为“0”时，输出为100，当输入为“1”时，输出为50。

OT（AV的输出上限）：PID算法块的AV输出量。

5 优化后试验验证

采取优化方案，对REA016VD的PID算法块组态（OT限幅值）、PID内部参数和AMAN2（不带BUP控制的闭环模拟手操器）模块中REA501RG/REA016.OU参数进行修改，并设计5/7/14/22m3/h共四种补水定值进行试验验证，确定优化方案在不同设定值流量下都能满足要求。

5.1 5m3/h流量的除盐除氧水补水试验数据

补水开始到补水流量调节稳定耗时：12秒；

补水流量调节稳定流量：5.19m3/h；

补水流量调节稳定后的补水阀开度：6.95%。

5.2 7m3/h流量的除盐除氧水补水试验数据

补水开始到补水流量调节稳定耗时：13秒；

补水流量调节稳定流量：7.15m3/h；

补水流量调节稳定后的补水阀开度：9.83%。

5.3 14m3/h流量的除盐除氧水补水试验数据

补水开始到补水流量调节稳定耗时：8秒；

补水流量调节稳定流量：14.18m3/h；

补水流量调节稳定后的补水阀开度：22.11%。

5.4 22m3/h流量的除盐除氧水补水试验数据

补水开始到补水流量调节稳定耗时：16秒；

补水流量调节稳定流量：21.94m3/h；

补水流量调节稳定补水阀开度：48.81%。

通过以上流量变送器REA010MD及补水阀控制信号REA016VDC的趋势可知，REA016VD均可在30秒内将补水流量调整到设定值要求范围内，彻底解决了补水流量偏差持续30秒导致除盐除氧水泵跳闸的问题，试验结果证明该优化方案满足系统运行条件。

5总结

该问题的原理分析其实并不复杂，但若从根本上解决问题，还需向同类电厂或火电厂寻找类似的水位或流量调节经验，从而保证优化方案实施后，核电厂机组的安全可靠运行。本论文相关问题的分析也可为后续同类问题提供参考经验。

参考文献

[1] 阳江核电站1、2号机组运行教程，阳江核电，2012.5

[2] 阳江核电站系统与设备，阳江核电，2012.5

作者简介

温超平，男，工程师，阳江核电有限公司仪控部，1984年12月出生，主要负责核电厂仪控系统设备维修。合肥工业大学毕业（最高学历本科）。