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核电站汽轮机的调节控制

发表时间：2020/3/14 来源：《福光技术》2019年32期作者：任光宇

[导读] 社会经济的快速发展也促进了电力事业发展，核电技术在电力行业中作为重要技术，可促进核电事业发展，便于人们生活与工作。

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        摘要：社会经济的快速发展也促进了电力事业发展，核电技术在电力行业中作为重要技术，可促进核电事业发展，便于人们生活与工作。核电站可提供人们生产生活所需的电能，但随着近年来用电量需求增加以及核电站单机容量增大，为确保其发电高效稳定性，需加强汽轮机的调节控制。汽轮机主要是以水蒸气作为工质，从而再将热能转变为机械能，属于高速旋转式的原动机，与其他原动机相比具有效率高、功率大、寿命长、成本低以及运转平稳等特点，核电站汽轮机调节系统在实际应用具有较高的安全性、可靠性以及灵敏度，需进一步加强对调节控制的研究与分析。鉴于此，本文对核电站汽轮机运行进行简要阐述，在此基础上探讨核电站汽轮机的调节控制。
        关键词：核电站；汽轮机；调节控制；可靠性；灵敏度


随着近年来计算机技术的发展与应用，现阶段大部分的电站机组均采用的是数字电液调节系统，汽轮机调节与保护作为确保机组安全经济运行的基础，与传统火电厂相比，其热力系统、汽轮机参数以及运行方式均存在较大差异。汽轮机调节系统通过对进气阀调节机组功率、压力、频率以及应力控制的调节，可实现对机组转速与负荷的负荷、超速、超加速以及蒸汽流向限制，使其能够应用于各种工况，最终更好地满足供电要求。
        核电站汽轮机运行特点
        目前我国核电站的汽轮机在运行过程中主要包括以下三点：①参数低。如今我国核电站主要采取的是压水堆核电站，一般来说存在一回路参数较低，随之便降低了二回路主蒸汽参数。一般来说，与火电汽轮机相较而言，在相同功率基准条件下核电汽轮机在蒸汽做功的过程中，会大量的消耗主蒸汽流量，从而便会降低其焓值。所以针对具有相同容量与背压机组而言，因核电汽轮机存在参数低的特点，与火电汽轮机相比，核电汽轮机的低压排汽面积为前者的两倍左右。②节流调节。一般情况下可以将核电站汽轮机的调节方式分为节流调节以及喷嘴调节两种形式，其中节流调节在实际应用中并不具备调节级，且其变工况具有较低的效率，而对于设计工况效率则较高，喷嘴调节的变工况以及设计工况效率与前者则完全相反。现阶段，节流调节在我国的核电站汽轮机中得到非常广泛的应用，因核电所实施的是定期换料机制，因而变工况效率在该机制中未存在任何意义，同时核电主要带基本负荷，从而与喷嘴调节相较而言，节流调节在实际中得到更为广泛的推广及应用。③汽水分离再热器。锅炉作为火电汽轮机主要的热量来源，核电汽轮机与火电不同，其进行再热工作原理主要依靠的是高压抽汽与新汽，而不是反应堆。对于核电汽轮机的热力系统而言，其参数来源与核岛无任何关联，而是再热。同时核电在去湿方面具有较好的再热效果，在实际应用过程中能够显著地防止出现过大低压排汽湿度，进而便能够在很大程度上提高核电站汽轮机的循环效率。通常情况下，核电汽轮机在再热方案中包括单级再热以及双级再热（梯级加热）两种加热方式，双级再热在再热方案中具有效率高以及传热温差小等特点，因而广泛应用于核电站中。核电站汽轮机运行过程如图 1 所示：

        图 1 核电站汽轮机运行过程
        核电站汽轮机调节控制
        核电站汽轮机调节控制建模基于质量守恒和能量守恒原理，将工质看作单相可压缩流体。汽轮机设备予以机理建模，按照级组的数量予以建模，可减少计算量，并且缩短仿真机计算周期。级组划分原则为：
        将两个抽汽口间所有级作为一个级组，调节级作为一个级组，每个级组为一个计算环节；没有抽汽段时则分别将高压缸与低压缸作为一个计算环节。核电汽轮机本体模型：高压缸为3 个级组，低压缸为4 个级组，高低压缸之间连接汽水分离再热器。
        负荷控制
        对于核电站的汽轮机负荷控制而言，其在实际应用中包括自动控制与手动控制两种形式。当汽轮机负荷在实际运转过程中处于自动控制状态时，负荷实际测定值与其设定值相较而言，其偏差值在经过高低限处理后所进行比例或者比例积分运算，可以得到相应负荷状况下的蒸汽需求量，并对调节阀开度进行控制。除此之外，当汽轮机的负荷状况处于手动控制时，相关人员便仅仅只能通过虚拟操作台中的“升/ 降”以及“允许”按钮对负荷进行手动调节。
        转速控制
        一般情况下，对于汽轮机调节系统而言，其基本功能不仅包括单机运行过程中的转速控制，也包括并网运行过程中的功率控制。无论采取的是功率还是转速控制，对于汽轮机来说均是通过对蒸汽阀门开度改变的方式来调节蒸汽流量而实现。而在自动控制方式下，汽轮机组的调节回路主回路以及阀位控制子回路均采取的是闭环控制结构。若该系统在实际运转中处于一个稳定的状态，则转速设定值与转速反馈值则处于相对平衡的状况，其中转速与阀位的偏差信号均为 0。
        压力控制
        因高压缸入口压力能够对汽轮机负荷变化情况予以快速地反映，因而在实际上，压力控制主要是通过汽轮机高压缸入口压力来代表汽轮机的实际负荷，因而便可有效保护以及控制汽轮机负荷状态。
        应力控制
        为了能够确保汽轮机关键部件的热应力低于允许的限值范围内，在实际应用中采取应力控制方式。通常情况下，应力控制包括隐、正常以及限制三种模式。其中隐模式下，应力控制不再限制升速以及升负荷，但对于应力控制仍然需要对有关部件的应力予以计算；而处于限制及正常模式下，其应力控制信号包括发电机电负荷、高压转子与高压汽柜温差等一系列有效信号的数目。
        结束语
        综上所述，汽轮机调节系统主要依靠的是对汽轮机进汽阀调节的方式来对汽轮机进行负荷、转速、应力与压力等多方面控制，并且对于汽轮机机组的负荷以及转速予以蒸汽流量、超速以及超加速负荷速降等多方面的限制，以此来保证机组在各种工况中得到安全稳定的运行。随着近年来我国社会经济的发展，人们生产生活对于用电的需求量也逐渐增加，核电站可为社会发展提供大量的电能，从而能够有效地满足社会对于电能需求。汽轮机在核电站中作为其中的重要组成部分之一，需要加强对其调节控制研究，进一步优化汽轮机相关功能，确保汽轮机的安全稳定运行。
        参考文献
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        王雪峰 , 黄秋兰 .ALSTOM 核电汽轮机调节控制系统一次调频安全功能设计研究[J]. 仪器仪表用户,2018,25(5):72-75,17.
        田鹏 .AP1000 核电站主汽轮机控制系统 (MTC) 介绍 [J]. 东方汽轮机,2018,(1):5-9,79.