于方辉

（山东核电有限公司 山东 海阳 265116）

0 前言

海阳核电厂采用美国西屋AP1000技术，汽轮机采用日本三菱技术，采用全数字化电液调节系统（DEH）。蒸汽采用饱和蒸汽，与传统火电机组相比，具有蒸汽参数低、湿度大的特点。汽轮机组共有1个高压缸（HP）和 3 个低压缸（LP），共有 4 个主汽门（MSV）、4 个调门（GV）、6个再热主汽门（RSV）、6个再热调门（ICV）。汽轮机保护系统采用美国西屋数字化仪控OVATION控制系统，与汽轮机保护相关的有4个汽轮机保护机柜和1个与汽轮机保护在线试验有关的COMMON机柜。

1 汽轮机保护功能

海阳核电厂汽轮机保护系统具有跳闸保护功能，用以机组运行在异常工况下跳闸，保护机组设备安全。海阳核电站主汽轮机保护系统的跳闸保护功能包括以下几种：

1）真空低跳闸

真空低压力开关连接到对应机柜的继电器，相应继电器的触点分别连接到每个DPU。每个继电器由OVATION机柜内部供电，带四个触点。

2）轴承润滑油压低跳闸

轴承润滑油压低测点分别选取1#轴承和11#轴承。

3）推力轴承磨损跳闸

推力轴承磨损跳闸磨损也叫轴向位移大跳闸，海阳核电厂采用液压式，通过测量压力信号来判断汽轮机轴向位移大；同时电厂也配置电子式探头，作为操作员监视用，不参与跳闸。

4）电超速跳闸

电超速作为汽轮机超速（107.5%）和机械超速保护跳闸（111%）的后备，当汽轮机转速超过113%时动作。其采用专门的硬件配置，采用12个转速探测模块组成4个3取2电路，对应四个AST电磁阀，当转速超过113%时，机组跳闸。电超速从探头检测到超速信号，到发出跳机信号不超过60ms。

5）紧急跳闸油压机跳闸

6）轴振高跳闸

1#至11#轴，X方向和Y方向共22个探头用于测量轴振。每个轴振信号首先经过TSI系统和其继电器柜（1分4继电器）后，通过硬接线分别送到汽轮机保护系统的4个机柜。当其中任何两个轴振高，则汽轮机跳闸。

7）低压缸排气室温度高跳闸

8）汽轮机控制系统故障跳闸

当汽轮机控制系统故障或控制柜失电，则汽轮机跳闸。

9）所有的循环水泵跳泵跳闸

当所有循环水泵跳闸时，汽轮机跳闸，其实质上是低压缸排气室温度高跳机的备用。当循环水泵跳闸时，失去了热阱，低压缸排气室温度高跳机。

10）发电机跳闸

当发电机跳闸时，汽轮机跳机；同时汽轮机跳闸后，延时一定时间后，发电机跳闸。

11）来自核岛的保护系统（PMS）和多样性触发系统（DAS）跳闸

12）远方手动打闸

AST电磁阀正常情况下带电关闭，当远方手动打闸时，直接使4个AST跳闸电磁阀失电打开，从而使汽轮机跳闸。

13）就地手动打闸

通过就地打闸杠杆使自动停机油泄油，活塞阀打开，危急遮断油泄油，汽轮机跳机。

2 汽轮机保护系统硬件配置

2.1 CPU冗余配置

汽轮机保护系统功能与其它系统分开，采用冗余设计。山东海阳核电厂汽轮机保护系统方案是，由四个冗余的CPU来完成其功能，同时为汽轮机保护系统在线试验设置了一个COMMON试验机柜。汽轮机保护系统CPU冗余配置见图1所示。

2.2 汽轮机保护系统的可靠性设计

汽轮机保护系统中任何一个单一的信号故障时，都不会影响到机组跳闸。为了实现汽轮机保护系统的可靠性，机组采用冗余的CPU、电源供给系统、重要信号的输入/输出设备。海阳核电站控制逻辑采用“两个二取一”（One out of two twice），实现跳闸控制功能。下面以凝汽器真空低为例说明，见图1汽轮机保护系统冗余配置示意图。

图 1 中，LV-1(低真空)、LV-2(低真空)、LV-3(低真空)、LV-4(低真空)为就地传感器信号。CPU1、CPU2、CPU3、CPU4为四个冗余配置的控制器DPU。

该四个保护信号在CPU中进行逻辑运算，LV-1与LV-3之间二取一，LV-2与LV-4之间二取一，然后将两个表决后信号进行“与”运算。这样，任何一个就地保护信号故障都不会使保护系统出现误动或拒动情况。

每个参与保护的就地信号经过分配后，分四路输入到四个CPU中，每个CPU输出对应一个现场的保护电磁阀（SV121/122/123/124）。这样，任何一个CPU卡件故障，都不会引起保护系统拒动。

同样，从四个跳闸电磁阀在油管路上的布置情况看出，任何一个电磁阀故障都不会影响保护系统的可靠性，即不会因此导致机组保护系统的拒动或误动情况产生。

跳闸电磁阀工作电压为220V DC，四个跳闸电磁阀正常工作时为带电关闭状态，切断紧急跳闸油流向回油管路。紧急跳闸油维持在压力为11.4-14.5MPa之间，安装在每个MSV/GV/RSV/ICV阀门驱动部分的快速卸载阀维持在全关闭状态。当MTP输出跳闸指令信号时，SV121-124四个电磁阀失电开启，紧急跳闸油流入回油管路，快速卸载阀因失去紧急跳闸油压作用而在弹簧力作用下打开，油动机下腔室内的高压油从快速卸载阀迅速流入回油管路，各个MSV/GV/RSV/ICV阀门迅速关闭。汽轮机跳闸电磁阀采用两个二取一逻辑，见图1。

图1 汽轮机保护系统冗余配置示意图

3 汽轮机保护在线试验

汽轮机保护系统具有在线试验功能。试验时，汽轮机保护系统的相关跳闸功能仍然可用。由于汽轮机保护系统保护着很重要的设备，因此对汽轮机保护系统进行定期在线试验。通过在线试验，可以确保汽轮机保护系统的可靠性。汽轮机保护系统在线试验内容有：

1）汽轮机跳闸电磁阀试验

2）真空低试验

3）轴承润滑油压力低试验

4）推力轴承磨损试验（轴向位移大）

5）电超速试验

6）远方跳闸试验

如图2所示，在汽轮机保护系统在线试验时，按照通道1和通道2顺序依次进行。在通道1试验时（见图2中虚线部分），通道2的两个电磁阀控制的油管路是关闭的，这样，确保紧急跳闸油不会流入回油管路。同样在做通道2通道试验时，通道1的电磁阀控制的紧急跳闸油管路是关闭的。

上述的汽轮机跳闸电磁阀试验、真空低试验、轴承润滑油压力低试验、推力轴承磨损试验（轴向位移大）、电超速试验、远方跳闸试验相关逻辑均可在COMMON试验机柜内实现，操作人员在画面上操作就可以实现，减少了人为失误的可能性。

图2 汽轮机保护系统在线试验原理图

4 结论

采用全数字化的海阳核电厂保护系统在系统设计上是有保障的，同时汽轮机保护系统具有在线试验功能，试验时不会使相关保护功能失去，又不会失去发生误动作。汽轮机在线试验功能减轻了操作人员的负担。先进的汽轮机保护系统为电厂的可靠性和经济性提供了保障。先进的汽轮机保护系统具有以下特点：

1）冗余的硬件配置：与其他系统分开，采用“两个或再与”方式，同时还冗余配置了电超速回路；

2）冗余供电：采用UPS和备用柴油AC供电；

就地信号的分配方式：每个参与保护的就地信号经过分配后，分四路输入到四个CPU中，每个CPU输出对应一个现场的保护电磁阀（SV121/122/123/124）；

3）可靠地系统设计，可以防止系统误动和拒动；

4）在线试验功能，减小了操作人员的负担和发生失误操作的可能性。