CAP1400主汽輪機(jī)控制概述

閻坤

摘 要 主汽輪機(jī)控制是通過自動調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽流量來控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的。它具有轉(zhuǎn)速控制功能、負(fù)荷/流量控制功能、壓力控制等功能。

關(guān)鍵詞 DEH;基于NUCON平臺的人機(jī)界面

1 概述

CAP1400作為國內(nèi)首臺自主三代核電機(jī)組，采用的是國內(nèi)NUCON平臺，圍繞安全性和可用性而生成的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）控制，區(qū)別于基于可視化操作平臺（VDU）的汽機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)二回路和一回路的匹配的AP1000機(jī)組。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）是通過控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，來控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。其操作對象是高壓調(diào)節(jié)閥，高壓主汽閥，中壓調(diào)節(jié)閥，中壓主汽閥。在汽輪機(jī)所有運(yùn)行階段，包括正常運(yùn)行和瞬態(tài)運(yùn)行，DEH能實(shí)現(xiàn)：轉(zhuǎn)速控制功能、負(fù)荷/流量控制功能、壓力控制功能、熱應(yīng)力計算功能、汽輪機(jī)自動啟動控制功能、快卸負(fù)荷功能、限制功能[1]。

2 系統(tǒng)功能

2.1 轉(zhuǎn)速控制功能

轉(zhuǎn)速控制包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、超速和加速度限制。通過高壓調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸的主蒸汽量，按照設(shè)定的升速率使汽輪機(jī)升速。AP1000設(shè)置的是MSV（高壓主汽閥）的小流量預(yù)啟閥來控制的。CAP1400采用大流量的高壓調(diào)節(jié)閥來控制汽輪機(jī)從盤車轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速，其控制效果在福清機(jī)組得到很好的驗(yàn)證。在操縱員站選擇目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，系統(tǒng)根據(jù)汽機(jī)啟動狀態(tài)自動選擇升速率，通過選擇程序按鈕“進(jìn)行”，使汽輪機(jī)以選定的升速率升速到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，將自動選擇程序“保持”狀態(tài)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。關(guān)于升速率的設(shè)置如表1所示。

升速控制期間，高中壓主汽閥必須全部打開，升速前，中壓調(diào)節(jié)閥的初始開度為5%左右，高壓調(diào)節(jié)閥的初始開度為0，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速是由高、中壓調(diào)節(jié)閥控制的，調(diào)節(jié)閥根據(jù)流量需求調(diào)節(jié)開啟，采用比例控制疊加轉(zhuǎn)速偏差的函數(shù)補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)，最終達(dá)到減小參考轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能。汽輪機(jī)超速限制功能由比例閥實(shí)現(xiàn)。當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)特殊工況（如甩負(fù)荷）時，汽輪機(jī)負(fù)荷和發(fā)電機(jī)功率出現(xiàn)不平衡，汽輪機(jī)加速度保護(hù)（ACC）動作，比例閥接受電流信號動作，使高、中壓調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，確保汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速小于107%額定轉(zhuǎn)速，防止汽輪機(jī)超速。

2.2 負(fù)荷/流量控制功能

閉環(huán)控制：汽輪機(jī)負(fù)荷根據(jù)操縱員設(shè)定的目標(biāo)負(fù)荷可以從額定負(fù)荷的0%變化至100%。根據(jù)負(fù)荷參考值和瞬時差值（給定負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷），負(fù)荷控制器計算出一個開度信號P0，加上來自轉(zhuǎn)速控制器的網(wǎng)頻偏差信號K·△f（K為比列系數(shù)，△f為網(wǎng)頻與額定轉(zhuǎn)速偏差），這個合成信號對應(yīng)調(diào)節(jié)閥開度參考值，再通過閥位回路控制調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度連續(xù)變化。開環(huán)控制：此時功率閉環(huán)切除，處于閥位控制模式，汽輪機(jī)通過一次調(diào)頻回路參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)。

2.3 壓力控制功能

汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力控制是為了限制高壓缸入口蒸汽壓力最大值或限制其增加速率，以限制汽輪機(jī)負(fù)荷。進(jìn)汽壓力控制包括兩種模式：正常壓力控制模式、反應(yīng)堆壓力控制模式。正常壓力控制模式下，當(dāng)機(jī)組出力大于限值時，壓力控制自動減少蒸汽需求，直至實(shí)測壓力小于參考壓力（參考壓力設(shè)定的操作在人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)）為止，當(dāng)機(jī)組出力降回至限值以下，壓力控制自動退出。反應(yīng)堆壓力控制模式下，當(dāng)反應(yīng)堆功率到達(dá)96%額定功率時，DEH自動將壓力參考值調(diào)整為汽輪機(jī)進(jìn)氣壓力實(shí)際值，以限制進(jìn)一步升負(fù)荷;操縱員在人機(jī)界面上點(diǎn)擊壓力閉鎖釋放后，汽輪機(jī)參考壓力按照0.3%/min的速率增至102%，防止接近滿功率時參數(shù)異常。

2.4 熱應(yīng)力計算功能

啟動時，蒸汽將熱量傳給轉(zhuǎn)子外表面和轉(zhuǎn)子中心孔，中心孔和外表面存在溫差;其溫差大小主要與蒸汽溫度變化率成正比，溫差越大，轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力也越大。啟動時轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生熱壓應(yīng)力，中心孔產(chǎn)生熱拉應(yīng)力;停機(jī)時相反;正常運(yùn)行時，由于徑向溫差變得很小，轉(zhuǎn)子內(nèi)的熱應(yīng)力基本消失。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的最大值通常出現(xiàn)在高壓轉(zhuǎn)子的調(diào)節(jié)級和中壓轉(zhuǎn)子的第一級附近。DEH通過采集高壓進(jìn)汽壓力測量值，利用系統(tǒng)內(nèi)置的轉(zhuǎn)子表面溫度和轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力函數(shù)模型，計算出汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)時熱應(yīng)力，作為監(jiān)視和控制汽機(jī)啟動、運(yùn)行和壽命管理的依據(jù)。

2.5 汽輪機(jī)自動啟動功能（ATC）

自動實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)從啟動-升速-并網(wǎng)-帶初負(fù)荷-帶滿負(fù)荷的過程（不包括輔機(jī)系統(tǒng)的自動控制）。操縱員根據(jù)機(jī)組狀況對機(jī)組進(jìn)行掛閘，啟動ATC功能，機(jī)組自動設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，自動選擇升速率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線升速至額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速自啟動結(jié)束。等待并網(wǎng)后，自動帶上初負(fù)荷，操縱員設(shè)定目標(biāo)負(fù)荷，投入功率閉環(huán)，機(jī)組自動設(shè)定升負(fù)荷率升至滿負(fù)荷。

2.6 快卸負(fù)荷功能（RB）

DEH具備快卸負(fù)荷功能，分為反應(yīng)堆故障快卸負(fù)荷和MSR故障快卸負(fù)荷。反應(yīng)堆故障快卸：汽輪機(jī)以X%/min快速降負(fù)荷至W%;汽輪機(jī)以Z%/min快速降負(fù)荷至最低負(fù)荷。MSR故障快卸：MSR再熱系統(tǒng)故障且疏水箱液位過高的情況下，汽輪機(jī)以100%/min快速降負(fù)荷至10%。

2.7 限制功能

負(fù)荷限制包括流量限制和壓力限制。負(fù)荷限值最高為102%，最低負(fù)荷一般設(shè)為5%，避免低負(fù)荷期間逆功率。流量限制通過閥位控制來保證負(fù)荷限值低于目標(biāo)負(fù)荷值;壓力限制通過控制開度來維持蒸汽壓力。

參考文獻(xiàn)

[1] 高樹強(qiáng)，李遠(yuǎn)錫.300MW核電汽輪機(jī)的設(shè)計[J].動力工程，1988 （6）：6-11.