核电汽轮机DEH系统开发

摘 要 从火电汽轮机DEH开发转向核电汽轮机DEH系统的开发工作存在一定障碍。本文从热力系统及热力循环、设计结构及参数、运行方式对火电与核电汽轮机差异性进行了研究。本项研究为核电汽轮机DEH系统开发提供了汽轮机热工控制方面的理论支持和参考。

关键词 核电汽轮机 DEH 差异性

中图分类号：TK269 文献标识码：A

0引言

核电汽轮机数字电液调节系统（DEH）是衡量分散控制系统（DCS）厂商能力的重要标准。DEH系统主要包含以下4个单元：（1）实现基本控制功能的OA（Operator Auto）单元;（2）实现超速控制功能的OPC（Overspeed Protection Control）单元;（3）实现转子应力监视功能的 RSM（Rotor Stress Monitor）单元;（4）实现汽轮机自动控制功能的ATC（Auto Turpin Control）单元。在以上4个单元中，完成基本控制功能的OA单元是DEH控制器的核心，而这个单元需要对汽轮机的热工运行状况有一定的研究。通过对应性能匹配，设定合适的运行参数，能够大幅提升汽轮机运行效率。目前火电汽轮机和核电汽轮机装机均已达到百万千瓦级，然而两者汽轮机存在一定的差异，这对于从火电汽轮机DEH开发转向核电汽轮机DEH系统的开发工作存在一定障碍。因此，有必要针对火电与核电汽轮机差异性进行专题研究。

1热力系统及热力循环对比

1.1做功方式

核电机组主蒸汽从蒸汽发生器出来后是饱和蒸汽，在高压缸中做功之后，到汽水分离再热器，最后主蒸汽再到低压缸做功。火电机组的主蒸汽从过热器出来，是过热蒸汽，首先在汽轮机高压缸中做功，然后经再热器再热，再到中低压缸继续膨胀做功。

1.2汽水分离再热过程

主蒸汽从高压缸出来之后，核电汽轮机组多了一个汽水分离的过程。核电汽轮机的再热器，采用高温蒸汽作为再热热源，其再热过程分两段进行，首先用汽轮机抽气对汽水分离器分出的蒸汽进行再热，然后再用高温主蒸汽再行加热。同时，在主蒸汽进低压缸做功之前还要经过低压缸级间去湿机构去湿。另外，旁路系统容量通常大大高于火力发电厂旁路系统所取得值。

2设计结构及参数对比

2.1机组结构

以百万千瓦汽轮机为例主要区别在于：

（1）核电汽轮机在高压缸和低压缸之间不设中压缸，用汽水分离再热器替代;

（2）核电汽轮机进气管、阀门以及汽缸尺寸比常规汽轮机要大，高压缸叶片要长于一般汽轮机;

（3）核电汽轮机末级叶片比火电汽轮机的末级叶片药长、外形尺寸大、排气面积大。

2.2机组参数

以百万千瓦汽轮机为例，主要区别在于：

（1）核电主蒸汽温度在270-300℃之间，火电主蒸汽温度560℃左右;

（2）核电主蒸汽压力5-7MPa之间，火电主蒸汽压力可达24MPa;

（3）核电接近火电主蒸汽流量一半;

（4）核电给水温度比火电低30-40℃;

（5）核电机组末级叶长比火电长。

3运行方式对比

3.1汽轮机转速

核电汽轮机多为定压运行，因此在蒸汽初、终参数不变的情况下，降低汽轮机的转速，可以显著地提高汽轮机组的极限功率。采用半速机组的优点是：半速机组的叶片较长，叶片端涡流损失影响较小，因此效率比全速机高5%。目前对750～1000MW的饱和汽轮机组采用3000r/min，而对大于1000MW的核汽轮机多采用1500r/min。

3.2主蒸汽压力变化

在常规火电机组运行过程中，锅炉出口的主蒸汽参数在机组正常运行的情况下保持不变。而在目前的压水堆核电机组中，功率控制采取了一种折中方案，即由冷却剂温度、主蒸汽压力共同承担机组输出功率的变化。一般来说，核电机组输出功率与冷却剂平均温度成正比，若要维持主蒸汽压力恒定，会引起一回路的冷卻剂平均温度在较大的范围内变化，给一回路的设计和安全运行带来较大的负担。因此，核电机组在运行过程中，主蒸汽压力会根据反应堆功率水平、输出功率的偏差以及冷却剂温度水平在一定范围（€？%）内变化。

3.3外特性

核电机组由于受反应堆功率变化速度、循环冷却剂温度的限制，汽轮机输出功率的升降速率较低，对于负荷变化的跟踪速度慢于火电机组。主蒸汽压力是否恒定是造成核电、火电外特性差异的主要因素。在机组主变高压母线发生三相短路故障并在短时间内清除故障的条件下，火电机组和核电机组均能够恢复稳定运行，由于短时故障期间核电机组一回路主蒸汽压力变化细微，核电与火电表现出相似的故障特性。

4小结

在核电汽轮机DEH系统开发过程中，借鉴火电汽轮机DEH系统开发的经验，但需区别核电汽轮机与火电的异同。本文从热力系统及热力循环、设计结构及参数、运行方式对火电与核电汽轮机差异性进行了研究。本项研究为后续核电汽轮机DEH系统开发提供了汽轮机热工控制方面的理论支持和参考。

参考文献

[1] 范志强，张明毅，陶然.不同类型DEH系统的比较与研究[J].科技与企业，2014（08）：302.

[2] 程正群，许宝祥，钱积新.现场总线与DCS控制系统[J].化工自动化及仪表，1999（03）：1-3.

[3] 杨晓辉，单世超.核电汽轮机与火电汽轮机比较分析[J].汽轮机技术， 2006，48（06）：404-406.

推荐访问:汽轮机 核电 开发 系统 DEH