淺談核電站汽輪機運行特點與監(jiān)測診斷

陳仁崗

摘要;近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數量也逐漸增多。電力企業(yè)迎來了巨大的挑戰(zhàn)。經濟的發(fā)展推動著核電技術的更新?lián)Q代，也為我國的核電事業(yè)帶來了巨大的機遇。但是，雖然核電的快速發(fā)展能為人們的日常生活提供清潔的能源，但是核電的運行安全是人們非常關注的問題。目前，隨著核電技術的更新?lián)Q代和日益發(fā)展，核電站汽輪機的運行特征已經逐步被掌握，可對其實施有序的檢測診斷分析，有效加強了核電站的安全穩(wěn)定運行。本文就核電站汽輪機運行特點與監(jiān)測診斷展開探討。

關鍵詞：核電站汽輪機;運行特點;檢測分析

引言

隨著計算機和通信技術的不斷發(fā)展，核電站汽輪機的監(jiān)測和故障診斷技術不斷發(fā)展，如何結合先進技術，加強對核電站汽輪機運行的監(jiān)測，就值得深入探討。

1核電汽輪機運行的特征

1.1參數低

我國核電站主要的形式為壓水堆核電站，這類核電站通常在一回路中的參數有些低，這會使二回路中主蒸汽的參數也有所降低。通常來說，核電汽輪機與火電汽輪機如果功率均相同，那么核電汽輪機在應用蒸汽進行做功的時候，需要的主蒸汽流量會比較大，使焓會進行下降。所以，即便是背壓與容量均相同的機組，如果汽輪機的相對參數比較低，它的低氣壓進行排氣的面積會是火電汽輪機低氣壓進行排氣面積的兩倍。

1.2汽水分離再熱器

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

1.3對節(jié)流的調節(jié)

通常情況下，對汽輪機進行調節(jié)的形式有噴嘴調節(jié)的形式以及節(jié)流調節(jié)的形式。兩者的區(qū)別為：節(jié)流調節(jié)的形式沒有調節(jié)級，使工況的實際效率相對比較低，設計工況的實際效率比較高;噴嘴調節(jié)的形式與節(jié)流調節(jié)的形式完全不同?，F(xiàn)階段，我國的汽輪機應用節(jié)流調節(jié)的形式非常普遍，主要的原因包括：一是核電應用定期進行換料的機制，所以變工況的效率沒有太大的意義;二是核電帶有基本的負荷。

2核電汽輪機性能的監(jiān)測診斷

2.1設計基準和安全準則

汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)可簡單分為兩個子系統(tǒng)：汽輪發(fā)電機組動態(tài)監(jiān)視設備;汽輪機靜態(tài)監(jiān)視設備。動態(tài)監(jiān)測，也稱之為“機械測量”，用來探測和鑒定軸系和進汽閥門的故障信息。主要包括汽機轉速、各軸承振動以及進汽閥門振動等。靜態(tài)監(jiān)測主要監(jiān)測汽機的熱狀態(tài)，包括各軸承金屬溫度、高中壓缸及高壓進汽閥前后的蒸汽溫度和壓力以及沿高壓進汽到低壓排汽整個汽機膨脹線上的蒸汽溫度和壓力。

2.2系統(tǒng)的結構與配置

汽輪機的監(jiān)控以及診斷系統(tǒng)是由數據收集系統(tǒng)、處理數據系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、備份數據系統(tǒng)、網絡交換系統(tǒng)和不同的核心硬件設備一同組成的。數據收集系統(tǒng)將不同監(jiān)控系統(tǒng)收集到的溫度和壓力、相關流量、位移和轉移等真實有效的數據進行實時傳輸，傳送的有效數據到收集數據計算機系統(tǒng)之后，由各個計算機將收到的數據進行處理，處理完成之后傳輸至數據庫。之后處理數據系統(tǒng)會從數據庫當中將數據調取出來對其進行計算以及分析，再將計算的結果傳回數據庫，最后數據庫會將計算的結果傳輸至不同的執(zhí)行系統(tǒng)進行操作。備份數據系統(tǒng)會將數據收集系統(tǒng)傳送過來的數據以及計算之后的數據皆做好備份，用戶只要利用網絡交換機便可調取數據庫中的數據，對汽輪機的真實運行情況有所了解，并且可以將生產報表進行輸出。

2.3設備設計

汽輪發(fā)電機組由一個帶高、中壓進汽閥的高中壓缸以及與之相連的雙排汽低壓缸和一個發(fā)電機組成。每根轉子都由兩個軸承支撐，汽機轉子和發(fā)電機轉子通過剛性聯(lián)軸器連接起來形成軸線。在汽輪機整個運行期間，汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)一直監(jiān)測著汽輪機運行過程中的動態(tài)和靜態(tài)參數。性能試驗或特殊試驗所需的專門測試也是該系統(tǒng)的一部分。動態(tài)監(jiān)測，也稱之為“機械測量”，用來探測和鑒定軸系和進汽閥門的故障信息。它包含下列測點：高中壓轉子偏心;各軸承水平和垂直方向的絕對振動;各軸承水平和垂直方向的相對振動;各高壓進汽閥徑向和縱向振動，傳感器安裝在閥桿上;推力軸承處測得的轉子軸向位移;前軸承箱壁測得的高中壓脹差;高中壓缸絕對膨脹;LP2脹差;鍵相;汽輪機轉速。同一軸承的絕對振動和相對振動安裝在同一個支架上，因此他們能形成一個完整的監(jiān)視系統(tǒng)。低壓缸的膨脹量很小，因此不需要監(jiān)測。每個低壓缸都是獨立的且有單獨的死點。靜態(tài)監(jiān)測主要監(jiān)測汽機的熱狀態(tài)，包括各軸承金屬溫度、高中壓缸及高壓進汽閥前后的蒸汽溫度和壓力以及沿高壓進汽到低壓排汽整個汽機膨脹線上的蒸汽溫度和壓力。汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)還能通過TDM完成診斷功能。系統(tǒng)的主要功能如下：用于汽輪發(fā)電機組保護的數據的采集;用于主控室監(jiān)視的數據的采集;用于分析診斷的數據的采集。

2.4實時檢測

汽輪機調節(jié)系統(tǒng)可將系統(tǒng)當中的壓力、濕度等信號進行實時監(jiān)測，將該系統(tǒng)有序地劃分為不同的子系統(tǒng)，對生產的真實狀態(tài)進行實時監(jiān)測。并且可以在人機界面中均可生成不同的圖標。例如：生產趨勢圖表、參數分類表等等。以便對不同的參數變化實施監(jiān)測，及時掌握各運行設備的工作狀態(tài)。實施操作的工作人員在人機界面的各類圖表中隨時都可對參數進行查詢，這樣可對設備的運行狀態(tài)和參數進行良好的把控。

2.5性能監(jiān)測及故障診斷方法

特征通流面積表征。在級段變工況時運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，可以利用特征流通面積這一特征量來表征核電汽輪機通流級段性能，并將其用于核電汽輪機運行性能的監(jiān)測診斷中。一般來講，在核電汽輪機運行時，葉頂汽封與隔板汽封出現(xiàn)磨損、葉片型面出現(xiàn)機械損傷或者積存污垢、隔板流道被異物堵塞、級段后閥門開度出現(xiàn)異常、隔板持環(huán)或氣缸分面出現(xiàn)漏汽現(xiàn)象等都會對特征通流面積產生影響。如果某級段的特征流通面積超限，可以斷定該級段就是問題的根源所在，此時可以分析有關數據，找出解決方案，比如過熱區(qū)發(fā)生故障，可把級段效率當作輔助參數，在此基礎上進行故障診斷。第二，小誤差熱平衡法。小誤差熱平衡法主要就是利用了核電站汽輪機熱力系統(tǒng)工質平衡和對級段通流效率不敏感的特點。經過相關實驗得出，利用小誤差熱平衡法來進行相關的計算之后，得出的工質平衡與實際真實情況非常的接近，并且發(fā)現(xiàn)各個通流級段的功率實現(xiàn)累計之后，得出的功率值與實際的軸功率基本一致，其中只是不能得知通流級段的進汽焓和排氣焓的情況與真實情況值之間是否一致。通過對蒸汽發(fā)生器進行熱平衡實驗，并且利用發(fā)電機的功率測量值進行科學的計算，可以得到精準可靠的核電汽輪機熱效率，并通過對于得知汽輪機運行性能與基準性能之間是否存在偏離。因為利用該方法得出的熱力系統(tǒng)工質平衡與真實情況差距非常小，幾乎接近逼真了，所以，在運行性能檢測當中利用此方法具有重大的意義。

結語

隨著核電技術的日益發(fā)展，該項產業(yè)作為我國的新型行業(yè)，應自身具有的明顯特征得到了人們的廣泛關注，更是我國的技術人員深入探究的課題，只有對技術不斷更新、對經驗進行總結，才能最大程度地確保核電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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[2]夏仕峰.淺談核電站汽輪機運行特點與監(jiān)測診斷[J].科技風，2015.