CN109710996B

CN109710996B - 核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法

Info

Publication number: CN109710996B
Application number: CN201811492664.9A
Authority: CN
Inventors: 张冲; 刘炎
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd; CGN Power Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd; CGN Power Co Ltd
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109710996A

Abstract

本发明公开了一种核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法，本发明在原有的阀门控制策略的基础上进行改进，在ATT试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值，在ATT试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率，从而控制阀位限制值延时值基于正常动作速率变化以使阀门关闭，如此实现将现有方案中的阀门不动作时间减去，无需经过不动作时间，直接进入慢关阶段，并放大阀门动作时间，以保证ATT中不引起过大的功率波动；进一步地，为了不影响其他工况中的阀门动作，非ATT试验时，选用第二预设速率作为正常动作速率。

Description

核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法。

背景技术

为保证汽轮机高/低压缸主汽阀门和调节阀门的可用性及可靠性，汽轮机的阀门活动性试验(以下简称ATT)通常每四周执行一次，核电厂一般在85％Pn满功率平台，经调研，某核电厂每次高压缸的ATT所需时间至少45min。根据阀门的设备维护手册，单个阀门的响应时间约为500ms，调节阀由于需要考虑功率波动的影响，正常开关大概需要2～3min，截止阀约为9～12s，每组阀门(一个调节阀门和一个主汽阀门)一般需要5～8min的试验时间，再加上顺控的等待时间，ATT总时间理论来讲应为20～35min，而实际试验却远超过这个时间。

阀位开关控制器为比例控制器，控制原理如图1，阀位限制值(BFD1)不能直接作为阀位目标值，需要经过逻辑处理后得到缓慢变化的阀位限制延时值(BFD1V)，控制的实际输入指令由阀位限制延时值和流量需求(OSFD1)经阀门曲线转换后的阀位开度参考值(HSFD1)进行小选得出。在阀位限制延时值大于阀位开度参考值时，阀门并不进行动作。正常运行时，流量需求由当前负荷设定值确定，是一个稳态值，因此ATT是通过控制阀位限制延时值BFD1V进行调门开关速率控制。

阀位限制值转化为阀位限制延时值的过程如图2：在收到阀位设定指令/操作员设定指令后，选择器选择阀位设定值/操作员设定值作为阀位限制值。在收到阀门快关指令/阀门限制值下降指令后，选择器选择阀位限制值下限(BEGMA)作为阀位限制值。在收到阀门快开指令/阀门限制值上升指令后，选择器选择阀位限制值上限(BEGME)作为阀位限制值。

阀位限制值选定后，经过设定值控制器来限制阀位限制延时值的变化速率：设定值控制器在收到强制指令后，以强制输出值作为阀位限制延时值；在阀门快开指令为1时，采用快速动作速率作为阀位限制值的变化速率，现有方案中为1.667s全开；在阀门快开指令为0时，采用正常动作速率作为阀位限制值的变化速率，现有方案中为285s全开。

根据以上原理，建立数学模型，在阀门的控制逻辑中，阀位限制值下限为0％，阀位限制值上限为100％，数学模型中阀位限制延时值为BFD1V，当前阀位值为HFD1，阀门动作速率为k，阀门当前动作时间为t，阀门不动作时间为T1，阀门实际动作时间为T2，T1+T2即为正常动作速率，常数285s。设y(t)＝BFD1V，则：y(t)＝100×(1-t/285)，y(t)∈[0％，100％]，k＝100％/285s＝100％/(285/60)min＝21.05％/min。现有方案中的阀限动作曲线如图3，可得T1＝285×(1-HFD1/100)，则T2＝285-T1＝285/100×HFD1。

由于ATT一般在30％Pn到85％Pn平台进行，此时调门开度约为5％～22％，则阀门实际动作时间T2仅有13.2～58.1s，不动作时间T1高达226.9～271.8s，虽不影响功率波动，但是严重浪费试验时间，影响电站满发电效益，相比理论时间，实际ATT时间导致满发电时间减少了10～25min。而且核电厂在低于满功率平台下运行时，会产生并积累氙毒，如果ATT时间过长，操作员为消除氙毒需要更多的时间去干预，额外的人为操作增加了核电厂的潜在安全威胁。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述ATT时间过长的缺陷，提供一种核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，构造一种核电厂阀门关闭控制方法，包括：

在核电厂阀门活动性试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值。

在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率，控制所述阀位限制值延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭。

非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率。

在本发明实施例中，所述第一预设速率由当前阀位值和第一动作时间，基于计算式k(t)＝(HFD1-Hmin)％/Ta确定，其中，k(t)表示所述第一预设速率，HFD1表示当前阀位值，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Ta表示第一动作时间，所述第一动作时间小于阀门所在系统满负荷时阀门的最大开度的第二动作时间。

在本发明实施例中，所述第二预设速率由阀门的阀位量程和第一动作时间，基于计算式ks＝(Hmax-Hmin)％/Ta确定，ks表示所述第二预设速率，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ta表示第一动作时间。

在本发明实施例中，所述方法还包括：

基于厂商提供的阀门参数通过以下计算式预先计算所述第二动作时间：Tb＝VO/(Hmax-Hmin)％×Ts，其中，Tb表示所述第二动作时间，VO表示所述最大开度，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ts表示阀门出厂时默认设置的动作时间；

以小于所述第二动作时间为基准，为所述第一动作时间选取不同的数值预先进行现场实际试验或是仿真机试验，根据试验结果，在保证功率波动不超过规程要求的前提下，确定所述第一动作时间的取值。

第二方面，构造一种核电厂阀门关闭控制系统，包括：

试验启动模块，用于在核电厂阀门活动性试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以使设定值控制器暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值；

速率选择器，用于在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率；

设定值控制器，用于控制所述阀位限制值延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭；

所述速率选择器还用于在非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率。

第三方面，构造一种核电厂阀门活动性试验方法，在执行核电厂阀门活动性试验时启用如上所述的方法对阀门进行控制，或者，在执行核电厂阀门活动性试验时采用如上所述的系统对阀门进行控制。

本发明的核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法，具有以下有益效果：本发明在原有的阀门控制策略的基础上进行改进，在核电厂阀门活动性试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值，在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率，控制所述阀位限制值延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭，如此实现将现有方案中的阀门不动作时间减去，无需经过不动作时间，直接进入慢关阶段，并放大阀门动作时间，以保证ATT中不引起过大的功率波动；进一步地，为了不影响其他工况中的阀门动作，非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是阀门开关控制器原理图；

图2是BFD1转化BFD1V的原理图；

图3是现有技术中ATT时阀位限制值动作曲线图；

图4是本发明ATT时阀位限制值动作曲线图；

图5是本发明BFD1转化BFD1V的原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本发明总的思路是：本发明在原有的阀门控制策略的基础上进行改进，将现有方案中的阀门不动作时间减去，并放大阀门动作时间，以保证ATT中不引起过大的功率波动，主要是在核电厂阀门活动性试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值，在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率，控制所述阀位限制值延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

实施例一提供一种核电厂阀门关闭控制方法，包括：

S101、在核电厂阀门活动性试验时：在试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值HFD1，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值；在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速k(t)率作为所述正常动作速率，控制所述阀位限制值延时值y(t)基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭。

之所以选用脉冲信号作为强制指令，是因为脉冲信号的只持续一个较短的时间，所以可以避免阀门限制延时值一直保持为当前阀位值HFD1。

S102、在非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率ks作为所述正常动作速率。

需要说明的是，上述S101、S102两个步骤并不存在任何流程上的关联，是对应两种不同的工况而已。

其中，所述第一预设速率k(t)由当前阀位值和第一动作时间，基于计算式k(t)＝(HFD1-Hmin)％/Ta①确定，所述第二预设速率由阀门的阀位量程和第一动作时间，基于计算式ks＝(Hmax-Hmin)％/Ta②确定，所述第一动作时间小于阀门所在系统满负荷时阀门的最大开度的第二动作时间Tb。以上计算式中，k(t)表示所述第一预设速率，ks表示所述第二预设速率，HFD1表示当前阀位值，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ta表示第一动作时间。

因为不同时刻对应的当前阀位值HFD1是不同的，所以k(t)也是随着时间变化的，也就是说是一个变速率，而ks是一个固定速率。

参考图4，步骤S101相当于使初始值y(0)＝HFD1％，则当ATT期间准备关阀门时，无需经过不动作时间，直接进入慢关阶段，可节省图3中的T1时间。由于初始值y(0)引入了HFD1，本实施例中k(t)＝(HFD1-Hmin)％/Ta，即y(t)的变化速率也根据HFD1变化。

优选的，所述方法还包括在执行步骤S101或者S102之前，预先执行步骤S11和S12：

S11、基于厂商提供的阀门参数通过以下计算式预先计算所述第二动作时间Tb：Tb＝VO/(Hmax-Hmin)％×Ts③，其中，Tb表示所述第二动作时间，VO表示所述最大开度，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ts表示阀门出厂时默认设置的动作时间；

S12、以小于所述第二动作时间Tb为基准，为所述第一动作时间Ta选取不同的数值预先进行现场实际试验或是仿真机试验，根据试验结果，在保证功率波动不超过规程要求的前提下，确定所述第一动作时间Ta的取值。

例如，假设Hmin％具体为0％，Hmax％具体为100％，阀门出厂时默认设置的动作时间为285s，即Ts-285s，根据汽机供应商提供的阀门参数，汽机满负荷时阀门开度最大约为47％，即VO为47％，将以上参数值代入式③，则阀门在满负荷通过阀门限制值上升/下降指令动作时，第二动作时间Tb为：47％/(100％-0％)×285s＝133.95s。ATT在85％Pn以下平台进行，考虑到规程中功率波动不超过3％FP(32.6MW)的要求，经过多次试验后，获取到第一动作时间Ta为120s。然后将Ta＝120s代入上面的式①、②中，即可获取到k(t)、ks，参考图5，对正常动作速率做选择器，在ATT时选用k(t)作为阀门的正常动作速率，在非ATT时选用ks作为阀门的正常动作速率，阀门将按照正常动作速率关闭。

实施例二

基于与实施例一相同的发明构思，本实施例提供一种核电厂阀门关闭控制系统，包括：

速率选择器，用于在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率，以及用于在非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率；

设定值控制器，用于控制所述阀位限制值延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭。

其中,所述第一预设速率由当前阀位值和第一动作时间，基于计算式k(t)＝(HFD1-Hmin)％/Ta确定，所述第二预设速率由阀门的阀位量程和第一动作时间，基于计算式ks＝(Hmax-Hmin)％/Ta确定，所述第一动作时间小于阀门所在系统满负荷时阀门的最大开度的第二动作时间，以上计算式中，k(t)表示所述第一预设速率，ks表示所述第二预设速率，HFD1表示当前阀位值，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ta表示第一动作时间。

Ta的确定方式是：首先，基于厂商提供的阀门参数通过以下计算式预先计算所述第二动作时间Tb：Tb＝VO/(Hmax-Hmin)％×Ts，其中，Tb表示所述第二动作时间，VO表示所述最大开度，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ts表示阀门出厂时默认设置的动作时间；然后，以小于所述第二动作时间Tb为基准，为所述第一动作时间Ta选取不同的数值预先进行现场实际试验或是仿真机试验，根据试验结果，在保证功率波动不超过规程要求的前提下，确定所述第一动作时间Ta的取值。

其他详细内容可以参考实施例一，此处不再赘述。

实施例三

本实施例公开了一种核电厂阀门活动性试验方法，该方法是，在执行核电厂阀门活动性试验时启用如实施例一所述的方法对阀门进行控制，或者，在执行核电厂阀门活动性试验时采用如实施例三所述的系统对阀门进行控制。

本发明已经在运核电厂得到调试及运营验证，该方案的实施缩短了高压缸阀门活动性试验时间，同时满足ATT试验要求，试验过程中一回路R棒动作步数、蒸汽发生器水位以及主蒸汽压力等参数均无明显变化，也保证负荷波动不超过规程要求。例如，某在运核电厂高压缸3号调门在高压缸ATT动作时间明显减少，由原来至少45min缩短为23min，试验时间至少可以节约22min，电站满负荷发电时间得到增加，发电效益显著提高，而且负荷波动不超过规程，机组控制稳定，在某核电厂1号机联调试验时，80％Pn平台高压1号阀组ATT试验负荷波动最大为29.6MW。再例如另一核电厂2号机联调试验时，80％Pn平台下高压1号阀组试验负荷波动最大仅有16MW，完全满足低于3％FP的要求，横向对比，一、二回路响应更小。

综上所述，本发明的核电厂阀门关闭控制方法、系统以及阀门活动性试验方法，具有以下有益效果：本发明在原有的阀门控制策略的基础上进行改进，在核电厂阀门活动性试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值，在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为所述正常动作速率，控制所述阀位限制值延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭，如此实现将现有方案中的阀门不动作时间减去，无需经过不动作时间，直接进入慢关阶段，并放大阀门动作时间，以保证ATT中不引起过大的功率波动；进一步地，为了不影响其他工况中的阀门动作，非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率。

上述描述涉及各种模块。这些模块通常包括硬件和/或硬件与软件的组合(例如固化软件)。这些模块还可以包括包含指令(例如，软件指令)的计算机可读介质(例如，永久性介质)，当处理器执行这些指令时，就可以执行本发明的各种功能性特点。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受实施例中明确提到的模块中的特定硬件和/或软件特性的限制。作为非限制性例子，本发明在实施例中可以由一种或多种处理器(例如微处理器、数字信号处理器、基带处理器、微控制器)执行软件指令(例如存储在非永久性存储器和/或永久性存储器)。另外，本发明还可以用专用集成电路(ASIC)和/或其他硬件元件执行。需要指出的是，上文对各种模块的描述中，分割成这些模块，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种模块的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性模块可以共享各种硬件和/或软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能模块可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。另外，由一个或多个处理器执行的各种软件子模块可以在各种软件模块间共享。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种核电厂阀门关闭控制方法，其特征在于，包括：

在核电厂阀门活动性试验开始时，将所述阀门的强制输出值设定为当前阀位值，并触发脉冲信号作为强制指令以暂时将所述强制输出值作为阀位限制延时值；

在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为正常动作速率，控制所述阀位限制延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭。

2.根据权利要求1所述的核电厂阀门关闭控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述第一预设速率由当前阀位值和第一动作时间确定，所述第一动作时间小于阀门所在系统满负荷时阀门的最大开度的第二动作时间。

3.根据权利要求2所述的核电厂阀门关闭控制方法，其特征在于，所述第一预设速率由当前阀位值和第一动作时间，基于计算式k(t)＝(HFD1-Hmin)％/Ta确定，其中，k(t)表示所述第一预设速率，HFD1表示当前阀位值，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Ta表示第一动作时间。

4.根据权利要求2所述的核电厂阀门关闭控制方法，其特征在于，所述方法还包括：非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率；

其中，所述第二预设速率由阀门的阀位量程和第一动作时间，基于计算式ks＝(Hmax-Hmin)％/Ta确定，ks表示所述第二预设速率，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Hmax表示阀位量程中的最大阀位值，Ta表示第一动作时间。

5.根据权利要求2所述的核电厂阀门关闭控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.一种核电厂阀门关闭控制系统，其特征在于，包括：

速率选择器，用于在核电厂阀门活动性试验过程中，选用第一预设速率作为正常动作速率；

设定值控制器，用于控制所述阀位限制延时值基于所述正常动作速率变化以使阀门关闭。

7.根据权利要求6所述的核电厂阀门关闭控制系统，其特征在于，所述第一预设速率由当前阀位值和第一动作时间确定，所述第一动作时间小于阀门所在系统满负荷时阀门的最大开度的第二动作时间。

8.根据权利要求7所述的核电厂阀门关闭控制系统，其特征在于，所述第一预设速率由当前阀位值和第一动作时间，基于计算式k(t)＝(HFD1-Hmin)％/Ta确定，其中，k(t)表示所述第一预设速率，HFD1表示当前阀位值，Hmin表示阀位量程中的最小阀位值，Ta表示第一动作时间。

9.根据权利要求7所述的核电厂阀门关闭控制系统，其特征在于，所述速率选择器还用于在非核电厂阀门活动性试验时，选用第二预设速率作为所述正常动作速率；

10.一种核电厂阀门活动性试验方法，其特征在于，在执行核电厂阀门活动性试验时启用如权利要求1-5任一项所述的方法对阀门进行控制，或者，在执行核电厂阀门活动性试验时采用如权利要求6-9任一项所述的系统对阀门进行控制。