《核电厂汽轮机电液控制系统维修导则》

ICSNB

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NB

中华人民共和国能源行业标准

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核电厂汽轮机电液控制系统维修导则

Guidelinefordeaeratoroperationandmaintenancefornuclearpowerplant

SteamTurbineDigitalElectro-hydraulicControlSystemMaintenanceGuide

fornuclearpowerplant

（征求意见稿）

（本稿完成日期：2021-09-01）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

国家能源局发布

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I

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核电厂汽轮机电液控制系统维修导则

1范围

本标准确立了核电厂商业运行阶段汽轮机电液控制系统（以下简称“EHC”）维护策略、定期试验

要求和监测管理要求。

本标准适用于核电厂商业运行阶段汽轮机EHC，其它动力源发电厂汽轮机EHC可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

GB/T2900.46-1983电工名词术语汽轮机及附属装置

GB/T35729-2017火力发电厂汽轮机数字电液控制系统运行维护与试验技术规程

DL/T824-2002汽轮机电液调节系统性能验收导则

JB/T10086-2001汽轮机调节（控制）系统技术条件

3术语与定义

下列术语、定义和缩略语适用于本标准。

3.1

数字电液控制系统DigitalElectrohydraulicControlSystem(EHC)

由实时控制计算机系统或专用数字电路，按电气、液压原理设计的放大元件和伺服机构，实现控制

逻辑的汽轮机调节、保安系统，通称数字电液控制系统，也可简称数字电调。

3.2

汽轮机自启动控制automaticturbinestartupcontrol(ATC)

根据汽轮机转子热应力或运行参数，优化设置升速率和负荷率，实现寿命管理，自动完成机组由盘

车至额定负荷起动全过程。

3.3

功率控制loadcontrol

发电机有功功率为被调量，按设定的负荷变化率，自动控制发电机有功功率等于给定值，可用于堆

跟机运行方式。

1

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3.4

阀门管理valvemanagement

修正阀门的非线性，设置阀门的开启顺序，实现汽轮机全周进汽调节或部分进汽喷嘴调节及在线切

换，高压缸或中压缸启动方式下的阀门切换，高中压缸联合启动方式下高、中压调节汽阀的协调等控制

方式总称。

3.5

自动同期系统automaticsynchronizedsystem(ASS)

在汽轮机控制系统的支持下，实现发电机自动同期并网的控制系统。

3.6

超速保护控制overspeedprotectioncontrol(OPC)

机组甩负荷的同时，或者转速超过预设值时，自动关闭调节汽阀，维持汽轮机在额定转速下运行。

3.7

故障减负荷runback(RB)

在主要设备（如给水泵、发电机、反应堆等）发生故障情况下，按预设的目标负荷和速率分级快速

减负荷，在特定工况下改善系统平衡。

3.8

机组快速甩负荷保持fastcutback(FCB)

当机组甩负荷时，使反应堆不停堆的一种控制方式。根据机组的运行要求，有停机不停堆、甩负荷

和甩厂用电等运行方式。

3.9

超速跳闸保护over-speedprotectiontrip(OPT)

当汽轮机转速超过某一限值时自动跳闸，迅速关闭主汽阀和调节汽阀。

4EHC介绍

4.1EHC简介

电液控制系统由汽轮机速度控制和启机加速度控制、自动负荷控制、根据运行参数的负荷限制（例

如期望负荷和主蒸汽压力）。

提供危机监视或不期望的运行状态监视、预警和适当的响应动作。

系统监视对象包括控制系统、阀门测试与控制、暖机时的阀腔和汽轮机壳体，监测、记录和显示汽

轮机运行参数用于运行分析和故障诊断。

2

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在核电厂中，反应堆功率水平随蒸汽需求而变化。当蒸汽需求变化时，蒸汽发生器中的压力也随之

变化。由于它是一个饱和系统，蒸汽发生器的温度随压力而变化。随着蒸汽发生器温度的变化，从主回

路传递的热量也发生变化，这引起了反应堆冷却剂的温度变化，整个变化就是一个因电力瞬态而调整反

应堆功率的过程，当反应堆功率等于蒸汽需求时，这个过程就结束了。然而，最重要的是，反应堆的热

功率是随蒸汽需求而变化的。EHC系统通过控制调节阀的开度来实现控制汽轮机的负荷，同样也控制了

反应堆的功率。

如果蒸汽需求突然改变，蒸汽压力也会突然改变。如果变化的幅度足够大，蒸汽发生器会发生严重

的收缩和膨胀，堆芯的瞬态会过大。为了尽量减小这些瞬变的影响，最好是慢慢地而不是突然地改变蒸

汽的需求。EHC系统通过控制蒸汽控制阀的开启和关闭速度来控制蒸汽需求的变化速度。换句话说，它

控制加载速率。

在汽机启动过程中，蒸汽需求由主蒸汽调节阀控制，使其以可控的方式加速。EHC系统感知汽机的

转速和加速度，并设置蒸汽调节来控制转速和加速度。

综上所述，EHC控制系统的3个主要功能是:控制汽机负载，控制负载变化率，控制汽机启动时的速

度和加速度。速度控制单元提供速度和加速度控制。负载控制单元提供负载和负载率控制。流量控制单

元处理速度控制单元和负荷控制单元信号，并运算出用于蒸汽控制阀定位的信号。

4.2EHC详细说明

电液控制系统主要由两部分构成，一是具有微处理器的控制器，二是控制对象的执行机构。其中控

制器又分为硬件和软件。电液控制系统的硬件是由带微处理器的主机、接口电路及外部有关设备构成，

其典型配置为控制机柜（包括CPU、I/O板件、手操盘、专用电缆等）、操作员站、工程师站、网络服务

器、打印机和网络电缆等，具体硬件配置一般是根据系统设计要求确定。软件分为系统软件和应用软件

组成，系统软件是用来使用和管理计算机本身的程序。应用软件是用于完成控制系统要求需要而开发的

程序，它分为过程监视程序，过程控制程序，公共程序等。

1.转速控制

速度控制单元是一个根据速度误差信号，通过控制调节阀、截止阀实现调节汽轮机速度、加速度。

速度误差信号由速度输入信号从汽轮机轴上的齿轮感知频率获得，与控制面板上设置目标转速和加

速度速率比较运算后，施加增益和微分运算，从而将速度差信号转换为加速度信号。加速度误差信号被

发送到积分器，加速度误差信号积分后变为速度误差信号，用于调节阀的控制。

2.负荷控制

负荷控制单元是为流量控制单元控制负荷和负荷变化率提供调节阀的流量参考信号，接收3个用于

计算流量的信号：来自速度控制单元的速度误差、来自反应堆保护系统的跳机信号和RUNBACK信号、来

自操作员的负荷限制和负荷需求信号。

4.2.2.1负荷变化率和负荷限制设置

目的是产生一个负荷参考信号。通常在控制屏中设置有负荷选择的“增加”和“减少”按钮，实现

一个线性信号从0%到100%的负载手动调节。该信号经过一系列的处理后与实际的加速度信号进行比较、

放大；同时由速度匹配电路反馈信号来增加或减少负荷输出使速度匹配。但出现以下限制条件时，闭锁

增加负荷的调整：

负荷设置超过负荷限制；

3

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电力/负荷不平衡状态

反应堆已跳堆

由操作员在控制面板上选择负荷变化率。控制面板上的按钮可调节负荷变化率。通常当发电机与电

网同步时，负荷变化率自动设置为缺省值，通常为10%/min。

电力/负荷不匹配控制程序预测汽轮机在负荷限制条件下的超速。当满足以下2个条件时，快速响应

关闭调节阀：

汽轮机功率和发电机负荷差大于设定值，如≥40%；

发电机跳闸。

4.2.2.2冲动级压反馈和节流阀压力补偿控制程序

目的是产生用于流量控制单元的调节阀流量参考信号，以正确定位调节阀。主要由负荷基准信号、

速度误差信号和冲动级压信号等3个信号求和计算得出。

汽轮机一级压力与汽轮机的实际负荷有直接关系，可用于提高汽轮机对负荷变化响应的线性度。部

分电厂的冲动级压力反馈仅用于控制阀测试。当被测控制阀处于关闭状态时，冲动级压力反馈会改变负

荷集基准，打开其他三个控制阀，以保持汽轮机输出恒定。

4.2.2.3节流压力限制控制程序

目的是在节流阀低压力下向调节阀发送限制信号。此函数可以被选择投用或闭锁。

4.2.2.4负荷限制和负荷回退控制程序

目的是当负荷参考信号超过负荷限制时向调节阀发送负荷限制或负荷回退。

当反应堆瞬态引发汽轮机负荷回退时，汽轮机将负载以一定速率快速甩负荷。

4.3流量控制

流量控制的目的是使用调节阀、中/低压缸主汽阀和高压缸主汽阀的流量参考信号产生汽轮机阀门

开度信号，使其置于适当的位置。同时还提供位置反馈(LVDTs)、位置监测和流量补偿，用于消除阀门

的非线性流量特性。

5EHC设备故障事件调查

对某核电集团由EHC系统故障导致的事件进行了统计分析，在运机组共发生了43起事件。

表1故障设备次数统计

序号故障设备类型发生次数

1机柜电源模块9

2LVDT及其调制模块9

3电磁阀驱动模块8

4通信模块5

5调节阀控制模块4

4

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6控制器4

7接线或插头2

8保险1

9采集模块1

从表1中可以发现，机柜中功率高的板件故障发生次数较高，如电源模块、LVDT信号调制模块、电

磁阀驱动模块、通信模块、调节阀控制模块和控制器。对这些故障卡件进行原因调查时发现，由电解电

容元件干涸或膨胀、光耦光功率下降、CPU风扇停运导致控制柜内设备故障。

6维修内容

6.1巡检

对控制机柜、工程师站及其设备开展每天巡检一次的工作。内容如下：

1.机柜的环境温度和湿度。

2.柜内温度应符合厂家要求，带有冷却风扇的控制柜，滤网清洁，风扇应正常工作。对运行

中有异常的风扇，应立即更换或采取必要的措施。

3.电源及所有电子模块、通信模块工作状态正常，主控无异常无报警、模块状态灯正常。

4.事件顺序记录（SOE）应工作正常，打印纸充足，时钟与分散控制系统站同步。

5.操作按钮、指示灯泡、报警光字牌、显示仪表工作正常；

巡检要有记录，发现缺陷及时填写工作申请单，并按有关规定处理。

6.2每个换料周期的定期检查与试验

1.检查控制柜中接线端子的连接情况，若发现松动的地方及时重新坚固连接；

2.检查直流开关电源的输工作电压和纹波电压；

3.备份工程师站、控制站的软件及控制数据；

4.降负荷（速降）功能检查（包括正常操作站、后备盘、安全级工作站）；

5.冗余功能的切换检查，包括控制器切换、通信模块切换、保护冗余功能切换；

6.控制器的负荷率检查；

7.保护通道试验；

8.LVDT及其通道的校验；

9.转速测量通道的校验;

10.UPS电池的容量测试试验；

11.机柜温度报警、开门报警功能检查；

12.检查RAM存储的电池电压。

5

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13.地线与地极连接焊接点无断裂、无虚焊和无腐蚀；机柜间地线的垫片和螺栓紧固无锈蚀。

14.接地地极无松动，接地电阻符合要求。

6.3定期更换

1.根据每次UPS电池容量检查情况，确定电池损耗周期，制定定期更换策略；

2.宜3个换料周期的控制器电池更换；

3.宜6个换料周期的机柜风扇更换；

4.宜6个换料周期的带电解电容元件器的板件更换，如电源模块、LVDT信号调制模块、电

磁阀驱动模块、调节阀控制模块；

5.宜6个换料周期的控制器更换；

6.宜9个换料周期的带光电耦合器的板件更换，如网关、光中继器等；

6.4设备定期清扫的规定

1.每3个换料周期对控制机柜进行清扫，认真清扫机柜内卫生，切断控制器供电的电源，把

电源机架、CPU板件及输入/输出板件依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全

部连接恢复后送电并启动控制器；

2.每个换料周期更换通风空气流通路径上的滤网。

3.在清洁时使用带过滤器的压缩空气，防静电吹扫枪，做好防静电接地措施（防静电接线板

和接线环）。

6.5设备拆装顺序及方法

1.停机检修，必须两个人以上监护操作；

2.把CPU前面板上的方式选择开关从“运行”转到“停”位置；

3.关闭控制器电源，然后关闭机柜总电源；

4.拆下CPU板件及I/0板件；

5.安装时以相反顺序进行

6.6检修工艺及技术要求

1.测量电压时，要用数字电压表或精度为1%的万能表测量

2.电源模块、I/0板件、CPU板件只能在电源切断时取下；

3.带RAM存储的控制器在更换控制器电池时，做好程序及数据的备份；

4.小心插拨，轻拿轻放，并远离静电源和强磁干扰源；

5.更换元件不得带电操作；

6.7保证通风质量标准所采取的措施

6

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控制机柜所在房间在任何情况下，不允许结露，环境温度应保持在18℃～24℃，且变化率应小于或

等于5℃/h；相对湿度应保持在45％～70％（近海电厂相对湿度应控制在35％～45％）。当通风失效时

应严密监视室温不超过制造厂允许值。保证机柜通风空气质量的措施如下：

1.定期清理或更换通风过滤器的滤网。

2.定期检查与更换风源路径上的干燥介质。

3.布置于环境温度低于零度的送风机、引风机等处的装置应加设保温材料和伴热，以免结露、

结冰。

7

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附录A

（资料性附录）

核电厂EHC控制系统大纲

大纲周期（换

序号大纲工作内容

料周期）

1控制机柜的目视检查、机柜状态监视功能的检查1

2控制机柜的全面清洁与检查3-4

3控制器的负荷率检查1

4UPS容量测量与功能试验1

5控制器、CPU电池更换3-5

6机柜电源模块检查1

7冷却风扇更换6-8

8保护通道试验1

9阀门特性试验及其通道总体检查1

10UPS电池组定期更换3-4

11转速测量通道的校验6-8

12机柜温度报警、开门报警功能检查1

13检查RAM存储的电池电压1

14电源模块更换6-8

15LVDT信号调制模块更换6-8

16电磁阀驱动模块更换6-8

17调节阀控制模块更换6-8

18控制器更换6-8

19网关更换9-10

20光中继器更换9-10

21服务器更换6-8

8

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22主备控制器切换试验、主备通信模块切换试验、保护冗余功能切换试验1

23汽轮发电机组保护通道试验1

24工程师站、控制站的软件及控制数据备份1

25控制器电池检查1

26光通迅模块更换9-10

27地线与地极连接点检查1

9

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附录B

（资料性附录）

核电厂EHC历史故障事件表格

序号事发日期事件标题事件后果失效设备

X-IOEX-4-20190002-4号机P320备用通讯控制器切换至就地

12019-04-02通讯模块

故障触发H4GSE001KA控制

X-IOEX-2-20190006-主控频繁闪发X2GRE141KA报切换至就地

22019-01-28通讯模块

警控制

X-IOEX-1-20180007-1GRE147MM故障导致

32018-09-24被迫降功率阀位器

1GRE014VV异常关闭

X-LOEX-3-20180001-3号机组在处理汽机调节系

42018-04-11自动停堆控制器

统故障时误发跳机反馈信号导致反应堆自动停堆

X-IOEX-3-201700103号机组升功率过程中

52017-05-02被迫降功率插头及接线

3GRE003VV未开启

X-IOER-1-20160012-Y1汽轮机控制权限非预期

62016-06-17被迫降功率通讯模块

切换导致机组电功率下降

X-IOER-3-20160013-3GSE1251VV异常关闭导致机电磁阀驱动

72016-05-07被迫降功率

组降功率卡

电磁阀驱动

82016-04-13X-IOER-2-20160003-2GSE002VV异常关闭被迫降功率

卡

X-IOER-2-20160001-2GSE001AR卡件故障触发多机组进入运

92016-02-09信号采集卡

个系统控制通道故障报警行限制条件

X-IOER-2-20160003-2号机P320与65号站DCS切换至就地

102016-01-26通讯模块

通讯异常控制

X-IOER-2-20150018-2GRE004VV瞬间关闭后又开

112015-10-05被迫降功率阀位器

启

X-IOER-1-20150006-1GRE403GD（二回路功率转换

122015-09-10被迫降功率控制器

模块）故障下漂

X-IOER-3-20150006-3GRE002VV003VV、004VV大

132015-05-14被迫降功率阀位器

幅波动导致汽机功率波动

电磁阀驱动

142015-03-14X-IOER-1-20150008-GSE系统MPM123模块故障被迫降功率

卡

电磁阀驱动

152014-06-14X-IOER-4-20140017-主控出现4GSE011KA报警被迫降功率

卡

1

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X-IOER-2-20140005-2GRE002VV抖动引起有功功

162014-01-17被迫降功率阀门模块

率波动

172013-11-07X-IOER-1-20130022-1GRE007VV阀门异常关闭被迫降功率电源模块

X-IOER-2-20130004-2GSE004VV阀门异常关闭导电磁阀驱动

182013-07-19被迫降功率

致降功率卡

X-LOER-1-20130004-在百分之百功率平台进行发

192013-03-13自动停堆阀位器

电机甩负荷至厂用电试验时反应堆自动停堆

X-IOER-3-20120021-模拟机教学中设置

202012-12-03试验失败电源模块

3GRE023MP失电故障后未出现预期报警

电磁阀驱动

212010-12-10X-IOER-2-20100015-D2GRE/GSE007VV故障关闭被迫降功率

卡

X-IOER-3-20100054-主控频繁闪发L3GSE001KA报

222010-11-03被迫降功率通讯模块

警

X-IOER-2-20100017-2GRE008VV阀门模块电源故

232010-09-12被迫降功率电源模块

障导致异常关闭

机组进入运

242010-01-21X-IOER-3-20100002-主控2次出现安注信号保险丝

行限制条件

X-IOER-2-20090009-2GSE004VV因LVDT线圈故障

252009-08-27被迫降功率阀位器

关闭

262009-02-24X-IOER-2-20090001-2GRE/GSE010VV异常关闭被迫降功率阀位器

X-IOER-1-20080010-新换阀门模块故障导致

272008-06-25被迫降功率阀门模块

1GRE003VV关闭引起功率大幅波动

X-IOER-2-20080002-2GRE009VV、2GSE009VV故障电磁阀驱动

282008-04-22被迫降功率

关闭卡

X-IOER-1-20070016-1GSE003VV阀门因阀门电源

292007-10-16被迫降功率电源模块

模块故障关闭导致降功率

电磁阀驱动

302005-01-14X-IOER-2-20050009-2GSE006VV故障关闭被迫降功率

卡

312004-08-24X-IOER-2-20040026-2GRE007VV意外关闭被迫降功率阀门模块