核電站汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)與監(jiān)測(cè)診斷

劉曉東

（哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

核電站汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)與監(jiān)測(cè)診斷

劉曉東

（哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

近些年來(lái)，核電汽輪機(jī)在我國(guó)得到了快速發(fā)展。本文首先分析了核電站汽輪機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)核電站汽輪機(jī)運(yùn)行性能監(jiān)測(cè)診斷的方法措施進(jìn)行了分析探討，具有一定的工業(yè)參考價(jià)值。

核電站汽輪機(jī)；運(yùn)行特點(diǎn)；監(jiān)測(cè)診斷

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)勁持續(xù)發(fā)展，電力供需矛盾日益激烈。核電技術(shù)的快速發(fā)展，為我國(guó)核發(fā)電的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇。然而，雖然核電發(fā)展能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活提供充足的清潔能源，但是核電的安全運(yùn)行問(wèn)題一直受到人們的關(guān)注。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，核電站汽輪機(jī)的監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)不斷發(fā)展，如何結(jié)合先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)核電站汽輪機(jī)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)，就值得深入探討。

1 核電汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)

1.1 參數(shù)低

現(xiàn)階段我國(guó)大多數(shù)核電站為壓水堆核電站，該類(lèi)核電站一回路中通常具有較低的參數(shù)，這就導(dǎo)致二回路主蒸汽參數(shù)也相對(duì)較低。一般來(lái)講，火電汽輪機(jī)與核電汽輪機(jī)在功率相同的情況下，核電汽輪機(jī)在蒸汽做功時(shí)，會(huì)需要較大的主蒸汽流量，其焓會(huì)下降。因而對(duì)于相同背壓和容量的機(jī)組，由于核電汽輪機(jī)參數(shù)低，其低壓排汽面積是火電汽輪機(jī)低壓排汽面積的2倍左右。

1.2 汽水分離再熱器

一般情況下，火電汽輪機(jī)的熱量來(lái)源于鍋爐，而核電不同于火電，它進(jìn)行再熱的工作原理不是反應(yīng)堆，而是利用高壓抽汽與新汽。核電汽輪機(jī)再熱的參數(shù)來(lái)源于其熱力系統(tǒng)，與核島沒(méi)有任何關(guān)系。核電的再熱能夠有效的去濕，避免出現(xiàn)過(guò)大的低壓排汽濕度，能夠提升循環(huán)效率。此外，核電汽輪機(jī)再熱方案一般有兩種：第一，單級(jí)再熱；第二，雙級(jí)再熱，也稱(chēng)作“梯級(jí)加熱”，由于雙級(jí)再熱傳熱溫差小，效率高，因而該種再熱方案在實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛。

1.3 節(jié)流調(diào)節(jié)

一般來(lái)講，核電站汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)方式包括噴嘴調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)這兩種。其差別在于：節(jié)流調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)方式不具有調(diào)節(jié)級(jí)，其變工況的效率較低，設(shè)計(jì)工況的效率較高；而噴嘴調(diào)節(jié)恰恰與節(jié)流調(diào)節(jié)相反。目前對(duì)于我國(guó)的核電站汽輪機(jī)而言，節(jié)流調(diào)節(jié)方式的應(yīng)用是較為普遍的，其原因包括兩個(gè)方面：一方面，核電采取的是定期換料機(jī)制，因而變工況的效率不具備任何意義；另一方面，核電主要帶基本負(fù)荷。

2 核電汽輪機(jī)性能的監(jiān)測(cè)診斷

2.1 性能監(jiān)測(cè)及故障診斷原理

第一，針對(duì)核電汽輪機(jī)的任何一個(gè)部件，結(jié)合其性能，設(shè)定一組特性參數(shù)；第二，對(duì)熱力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并以此為依據(jù)開(kāi)展熱力計(jì)算，從而得出核電汽輪機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)；第三，觀察機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，判斷其正常與否；第四，若機(jī)組運(yùn)行異常，則需更進(jìn)一步的對(duì)各部件特性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；第五，以各個(gè)特性參數(shù)的變化為依據(jù)，對(duì)機(jī)組的故障進(jìn)行判斷。一般而言，在選擇核電汽輪機(jī)各個(gè)特性參數(shù)時(shí)，要注意其能夠充分全面的反映部件性能。比如一個(gè)級(jí)組可以選擇等效通流能力與級(jí)組內(nèi)效率這兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)。

2.2 性能監(jiān)測(cè)及故障診斷方法

第一，特征通流面積表征。在級(jí)段變工況時(shí)運(yùn)用特征通流面積這一表征量，能夠展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，可以利用特征流通面積這一特征量來(lái)表征核電汽輪機(jī)通流級(jí)段性能，并將其用于核電汽輪機(jī)運(yùn)行性能的監(jiān)測(cè)診斷中。一般來(lái)講，在核電汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，葉頂汽封與隔板汽封出現(xiàn)磨損、葉片型面出現(xiàn)機(jī)械損傷或者積存污垢、隔板流道被異物堵塞、級(jí)段后閥門(mén)開(kāi)度出現(xiàn)異常、隔板持環(huán)或氣缸分面出現(xiàn)漏汽現(xiàn)象等都會(huì)對(duì)特征通流面積產(chǎn)生影響。如果某級(jí)段的特征流通面積超限，可以斷定該級(jí)段就是問(wèn)題的根源所在，此時(shí)可以分析有關(guān)數(shù)據(jù)，找出解決方案，比如過(guò)熱區(qū)發(fā)生故障，可把級(jí)段效率當(dāng)作輔助參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷。此外，特征流通面積還會(huì)受一些機(jī)械故障的影響，比如大機(jī)組上的一只短葉片斷落時(shí)，僅會(huì)對(duì)軸系振動(dòng)產(chǎn)生極為微弱的影響，甚至有時(shí)候只有在大修時(shí)才能對(duì)這種影響有所發(fā)現(xiàn)，這種情況下形成的損失是比較大的；如診斷時(shí)采用特征流通面積，由于葉片斷落會(huì)增大流通面積，因此會(huì)使特征流通面積這一特征量發(fā)生改變。

第二，小誤差熱平衡法。一般來(lái)講，若要對(duì)核電汽輪機(jī)各通流級(jí)段的特征流通面積進(jìn)行監(jiān)測(cè)，首先要計(jì)算其熱平衡圖。方法如下：首先，將通流干效率設(shè)為初值，計(jì)算熱力循環(huán)的工質(zhì)與能量平衡，得出輸出軸功率；其次，反推發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)功率，得出輸入功率，比較發(fā)電機(jī)輸入功率與汽輪機(jī)輸出軸功率。若兩者不平衡，則需對(duì)效率進(jìn)行調(diào)整并重新計(jì)算，使兩者間的偏差達(dá)到可接受的范圍為止。通常情況下，為了增強(qiáng)熱平衡圖的真實(shí)性，可引入凝結(jié)水流量、高壓缸功率等條件作為約束。小誤差熱平衡法的應(yīng)用原理主要在于利用了核電汽輪機(jī)汽水流量分配對(duì)級(jí)段通流效率具有極低的敏感性這一特點(diǎn)。運(yùn)用小誤差平衡法對(duì)工質(zhì)平衡進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果與真實(shí)狀況十分接近，只有進(jìn)、排氣焓的真實(shí)度無(wú)法確保。此外，核電汽輪機(jī)熱效率精確值的確定可通過(guò)計(jì)算發(fā)電機(jī)功率測(cè)量值與熱平衡試驗(yàn)得出。因此，核電汽輪機(jī)是否與基準(zhǔn)性能有所偏離，可由此進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。大多數(shù)情況下核電汽輪機(jī)性能的偏離是由通流效率偏低所致，此外還有一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象就是工質(zhì)平衡偏離引發(fā)的性能偏離，比如汽水內(nèi)漏、再熱壓損過(guò)大、再熱抽汽分配不均或流量過(guò)大等。因此，利用小誤差熱平衡法獲取真實(shí)的工質(zhì)平衡狀況，對(duì)核電站汽輪機(jī)性能的監(jiān)測(cè)診斷具有十分重大的意義。

3 總結(jié)

總而言之，通過(guò)分析核電汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)，提出采用特征通流面積及小誤差平衡法對(duì)核電站汽輪機(jī)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)與診斷，能夠提升其監(jiān)測(cè)精度，有效確保核電站的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］張紅宜.淺議汽輪機(jī)安裝調(diào)試及通流部分結(jié)垢診斷［J］.石河子科技，2012（03）.

［2］鄧德兵，趙清森，陳偉，劉剛.核電站汽輪機(jī)運(yùn)行性能監(jiān)測(cè)與診斷［J］.動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2011（08）.

［5］李現(xiàn)雄.試論汽輪機(jī)功率損失和效率提高［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（20）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.132

劉曉東（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司工程師，研究方向∶汽輪機(jī)技術(shù)。