核電汽輪機DEH系統開發

劉亮　王疆　孫澤洋　李鑫　宋雪軍　吳艫

摘 要 從火電汽輪機DEH開發轉向核電汽輪機DEH系統的開發工作存在一定障礙。本文從熱力系統及熱力循環、設計結構及參數、運行方式對火電與核電汽輪機差異性進行了研究。本項研究為核電汽輪機DEH系統開發提供了汽輪機熱工控制方面的理論支持和參考。

關鍵詞 核電汽輪機 DEH 差異性

中圖分類號：TK269文獻標識碼：A

0引言

核電汽輪機數字電液調節系統（DEH）是衡量分散控制系統（DCS）廠商能力的重要標準。DEH系統主要包含以下4個單元：（1）實現基本控制功能的OA（Operator Auto）單元;（2）實現超速控制功能的OPC（Overspeed Protection Control）單元;（3）實現轉子應力監視功能的 RSM（Rotor Stress Monitor）單元;（4）實現汽輪機自動控制功能的ATC（Auto Turpin Control）單元。在以上4個單元中，完成基本控制功能的OA單元是DEH控制器的核心，而這個單元需要對汽輪機的熱工運行狀況有一定的研究。通過對應性能匹配，設定合適的運行參數，能夠大幅提升汽輪機運行效率。目前火電汽輪機和核電汽輪機裝機均已達到百萬千瓦級，然而兩者汽輪機存在一定的差異，這對于從火電汽輪機DEH開發轉向核電汽輪機DEH系統的開發工作存在一定障礙。因此，有必要針對火電與核電汽輪機差異性進行專題研究。

1熱力系統及熱力循環對比

1.1做功方式

核電機組主蒸汽從蒸汽發生器出來后是飽和蒸汽，在高壓缸中做功之后，到汽水分離再熱器，最后主蒸汽再到低壓缸做功?；痣姍C組的主蒸汽從過熱器出來，是過熱蒸汽，首先在汽輪機高壓缸中做功，然后經再熱器再熱，再到中低壓缸繼續膨脹做功。

1.2汽水分離再熱過程

主蒸汽從高壓缸出來之后，核電汽輪機組多了一個汽水分離的過程。核電汽輪機的再熱器，采用高溫蒸汽作為再熱熱源，其再熱過程分兩段進行，首先用汽輪機抽氣對汽水分離器分出的蒸汽進行再熱，然后再用高溫主蒸汽再行加熱。同時，在主蒸汽進低壓缸做功之前還要經過低壓缸級間去濕機構去濕。另外，旁路系統容量通常大大高于火力發電廠旁路系統所取得值。

2設計結構及參數對比

2.1機組結構

以百萬千瓦汽輪機為例主要區別在于：

（1）核電汽輪機在高壓缸和低壓缸之間不設中壓缸，用汽水分離再熱器替代;

（2）核電汽輪機進氣管、閥門以及汽缸尺寸比常規汽輪機要大，高壓缸葉片要長于一般汽輪機;

（3）核電汽輪機末級葉片比火電汽輪機的末級葉片藥長、外形尺寸大、排氣面積大。

2.2機組參數

以百萬千瓦汽輪機為例，主要區別在于：

（1）核電主蒸汽溫度在270-300℃之間，火電主蒸汽溫度560℃左右;

（2）核電主蒸汽壓力5-7MPa之間，火電主蒸汽壓力可達24MPa;

（3）核電接近火電主蒸汽流量一半;

（4）核電給水溫度比火電低30-40℃;

（5）核電機組末級葉長比火電長。

3運行方式對比

3.1汽輪機轉速

核電汽輪機多為定壓運行，因此在蒸汽初、終參數不變的情況下，降低汽輪機的轉速，可以顯著地提高汽輪機組的極限功率。采用半速機組的優點是：半速機組的葉片較長，葉片端渦流損失影響較小，因此效率比全速機高5%。目前對750～1000MW的飽和汽輪機組采用3000r/min，而對大于1000MW的核汽輪機多采用1500r/min。

3.2主蒸汽壓力變化

在常規火電機組運行過程中，鍋爐出口的主蒸汽參數在機組正常運行的情況下保持不變。而在目前的壓水堆核電機組中，功率控制采取了一種折中方案，即由冷卻劑溫度、主蒸汽壓力共同承擔機組輸出功率的變化。一般來說，核電機組輸出功率與冷卻劑平均溫度成正比，若要維持主蒸汽壓力恒定，會引起一回路的冷卻劑平均溫度在較大的范圍內變化，給一回路的設計和安全運行帶來較大的負擔。因此，核電機組在運行過程中，主蒸汽壓力會根據反應堆功率水平、輸出功率的偏差以及冷卻劑溫度水平在一定范圍（？%）內變化。

3.3外特性

核電機組由于受反應堆功率變化速度、循環冷卻劑溫度的限制，汽輪機輸出功率的升降速率較低，對于負荷變化的跟蹤速度慢于火電機組。主蒸汽壓力是否恒定是造成核電、火電外特性差異的主要因素。在機組主變高壓母線發生三相短路故障并在短時間內清除故障的條件下，火電機組和核電機組均能夠恢復穩定運行，由于短時故障期間核電機組一回路主蒸汽壓力變化細微，核電與火電表現出相似的故障特性。

4小結

在核電汽輪機DEH系統開發過程中，借鑒火電汽輪機DEH系統開發的經驗，但需區別核電汽輪機與火電的異同。本文從熱力系統及熱力循環、設計結構及參數、運行方式對火電與核電汽輪機差異性進行了研究。本項研究為后續核電汽輪機DEH系統開發提供了汽輪機熱工控制方面的理論支持和參考。

參考文獻

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