福清核電廠汽輪機進氣閥調節控制的實現

毛淵凱，王必勇，劉 海

福建福清核電有限公司，福建福清 3503000

1 汽輪機進氣閥調節控制的意義

汽輪機作為核電廠熱能—機械能轉換的關鍵設備，其運行的好壞將直接影響到核電廠運行，也將關系到核安全。汽輪機調節系統通過調節汽輪機進汽閥對機組實施轉速控制、并網控制、負荷控制、頻率控制，使機組安全和經濟地運行于各種工況，滿足供電的頻率和功率的要求。

2 福清核電廠汽輪機調節系統的組成

2.1 P320 控制器

P320 控制器的硬件安裝在GRE001-005AR 五個機柜內，柜內包括通訊控制器CCL、調節控制器STG、實時數據庫處理Field I/O、保護控制器STP 四組控制器；閥門模塊、LOCAL HMI、時鐘同步裝置、網絡連接設備及電源單元等。

2.2 人機界面

操作員站為運行人員提供友好的操作和監視界面，操作員可以啟動何種功能或輸入相關參數和指令。操作員站能實時刷新汽機狀態信息，并以歷史記錄的方式提供汽機各方面的信息。

2.3 轉速測量設備

GRE 系統沒有獨立的轉速探頭，轉速信號是由GSE 系統的4 個轉速探頭GSE001-004MC 測量。每個工作探頭測得的轉速信號進入超速保護卡FT3124，一路做閾值判斷用于超速保護動作，另一路經過放大器放大后輸出到STG 控制器的轉速測量模塊STI171。

2.4 汽輪機進氣閥

汽機進汽閥布置于主蒸汽母管與HP 進汽口之間，以及再熱器與汽輪機IP 進汽口之間。所有調節閥油動機均為連續控制型單作用缸，即閥門的開啟靠油壓力作用，閥門的關閉靠彈簧力。電液伺服閥是電液轉換元件，它接受GRE 控制指令，控制進入油動機活塞下油壓，使其克服彈簧力作用將閥門開啟；與閥門剛性連接的位移傳感器將閥門位置信號反饋到GRE 計算，如二者有差，GRE 將給出指令調整閥門位置，直到給定與反饋相等。此時汽機閥門就穩定在某一平衡位置，直到GRE 指令（給定）改變。這是一個典型的閉環控制回路，GRE 可以將調節閥控制在0 ～100%范圍內的任意位置。

3 福清核電廠汽輪機調節系統的控制原理

3.1 速度控制及并網

速度控制有具體兩種模式：基本控制（BC）和自動控制（AC）。

3.1.1 基本轉速控制

基本轉速控制回路的主要功能是手動給定轉速目標值、轉速控制、并網、停機保護復位后迅速升速啟動功能。操作員在主控制室中，通過DCS 操作員站上的汽輪機主控制畫面中的GRE500KM 上給出速度給定值，它經過變化率限制、上下限限制、量綱函數轉換后送至加法器，在加法器上加上（ fK?）即產生轉速控制信號。

3.1.2 自動轉速控制

自動轉速控制回路除具備基本轉速控制回路的所有功能外，它的轉速給定值可以根據實際工況自動設定，由于回路中增加了比例積分環節，所以在AC 控制方式下，轉速給定值在升、降過程中都有保持功能和速率控制功能。

3.1.3 并網控制

當轉速達到額定轉速時，操作員可以通過負荷開關來進行并網。如果檢查正常，則可按下同期啟動開關，同時啟動同期裝置，后者對發電機出口電壓和電網電壓進行頻率、幅值、相位比較，并根據它們的頻率差值隨時調整并網開關合閘的時間超前量，以保證相位在0°時高壓開關動作。高壓開關的閉合信號將送至GRE 控制邏輯，作為速度控制模式轉換為負荷控制模式的切換信號。

3.2 并網后的速度及頻率控制

機組并網后即轉換為負荷控制模式，負荷模式有3 種方式。

3.2.1 基本負荷控制方式（BC）

當機組并網成功后，自動轉換為負荷控制模式，同時發出一個1 秒鐘的負荷模式脈沖，此脈沖使BC 負荷控制的輸出值自動變為最小負荷 loadPmin，此時機組帶最小負荷可以保證汽輪發電機的設備安全。最小負荷是系統得到高壓開關合閘信號后必帶的，操作員此時無任何手段進行干預。所帶的最小負荷值等于汽輪機當時的K?f fn+5%，然后操作員可以通過DCS操作員站上的汽輪機主控制畫面中的KCO128KM 給出負荷指令。

3.2.2 自動負荷控制方式（AC）

AC 控制方式下，負荷設定值由下列因素決定：操作員給出負荷目標值；跟蹤方式時的跟蹤值；Program device off（HOLD）時當前保持值；根據當前運行工況給出的負荷上下限及負荷變化率限制；最大蒸汽流量限制值；由操作員給出或由反應堆當前運行工況給出的壓力限制值；二回路系統故障引起的RunBack 減負荷值。

3.2.3 負荷控制器回路（load controller）

負荷控制器回路是負荷控制自動化最高的回路，在此回路中負荷給定值可以由主控室操作員給定，也可以切換由中調給定。

3.3 汽輪機快速減負荷控制(RUNBACK)

汽輪機快速降負荷主要由以下因素造成：操作員決定快速降負荷；發電機定子冷卻水系統要求；MSR 再熱器疏水系統要求；電動給水泵運行工況要求；反應堆控制系統要求。這些信號都是通過硬接線送至GRE 調節系統的。

3.4 帶廠用電負荷運行模式

機組正常運行時并入電網，向電網供電，此時一旦高壓開關斷開，汽輪機將快速甩負荷，若未發生停機、停堆情況，則機組即轉入帶廠用電運行模式，廠用電運行模式的復位條件為：汽輪機保護動作（三取二跳閘）或AC 負荷控制指令小于0.1%。

4 結論

通過對福清核電廠汽輪機調節系統的組成及控制原理的分析說明，綜合分析得出福清核電廠是如何在并網前、并網后、快速減負荷和帶廠用電負荷等不同情況下實現汽輪機進氣閥的調節控制。結果表明福清核電廠汽輪機調節系統能夠實現對汽輪機進氣閥的調節控制,滿足電站不同情況下的運行要求。但在后續的設備安裝調試階段，還需根據現場實際，不斷微調內部的函數及偏置參數，以達到最佳的運行效果。

[1]商幼明.福建福清核電廠高級運行.福清核電廠內部資料，2011，12.