核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的研究

侯國順

摘 ?要 ?近年來，在社會經(jīng)濟(jì)快速增長的背景下，國家相關(guān)部門越來越重視核電發(fā)展戰(zhàn)略。其中，核電汽輪機(jī)的自動控制技術(shù)便受到廣泛關(guān)注。筆者在分析核電汽輪機(jī)運(yùn)行特性及汽輪機(jī)應(yīng)力計算現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制的實現(xiàn)進(jìn)行了探究，希望以此為核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的完善提供具有價值性的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?核電廠;汽輪機(jī);熱應(yīng)力控制技術(shù)

中圖分類號：TK263 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0049-02

核電汽輪機(jī)組的特點(diǎn)極具明顯性，包括轉(zhuǎn)子大、蒸汽流量大以及蒸汽濕度高等[1]。這些特點(diǎn)使轉(zhuǎn)子所承受的機(jī)械應(yīng)力大，同時也使由腐蝕導(dǎo)致的熱疲勞應(yīng)力大?；谏⒔倒β始笆鹿使r下，通常使用機(jī)跟堆模式，轉(zhuǎn)子則承受著較大的熱負(fù)荷與負(fù)荷變化。由此可見，轉(zhuǎn)子應(yīng)力的控制及監(jiān)測在核電汽輪機(jī)當(dāng)中是非常關(guān)鍵的一項技術(shù)，它在很大程度上決定了汽輪機(jī)組的可靠性。鑒于此，本課題對“核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)”進(jìn)行探討與研究具有尤為深遠(yuǎn)的重要意義。

1 ?核電汽輪機(jī)運(yùn)行特性分析

基于核電汽輪機(jī)當(dāng)中的主蒸汽自帶0.25%～0.5%濕度的飽和蒸汽[2]。一般情況下，通流部分各級大多數(shù)位于濕蒸汽區(qū)。核電汽輪機(jī)和常規(guī)火電機(jī)組比較，核電汽輪機(jī)有汽水分離再熱系統(tǒng)增加。由此可見，對于核電汽輪機(jī)，其啟動、停止及運(yùn)行特性不但和本身結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)布置有關(guān)，而且還與汽水分離再熱器的結(jié)構(gòu)存在聯(lián)系。

對于核電汽輪機(jī)的啟動與停機(jī)，通常使用額定參數(shù)啟動，調(diào)門則起到控制汽輪機(jī)加負(fù)荷與升速的目的。因所采用的是低參數(shù)飽和蒸汽，因此汽輪機(jī)在啟動暖機(jī)時間方面，要比火電機(jī)組汽輪機(jī)的啟動時間低，大概可降低1/3。另外，由于核電汽輪機(jī)的溫度較低，且汽輪機(jī)本體各部件的熱膨脹值較小，所以汽輪機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中，所受到的熱膨脹差均要小于火電機(jī)組受到的熱膨脹差。

2 ?汽輪機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容分析

對于汽輪機(jī)控制系統(tǒng)，包括諸多方面的內(nèi)容，主要體現(xiàn)在監(jiān)視系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中。其中，對于監(jiān)視系統(tǒng)，主要是通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視采集，一般歸分為熱工量與機(jī)械量。對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則包括多方面的控制，具體表現(xiàn)如下。

1）轉(zhuǎn)速控制。轉(zhuǎn)速控制能夠使得大范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)得到有效實現(xiàn)，進(jìn)一步讓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速從盤車轉(zhuǎn)速慢慢向并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)速上升，如圖1，便是轉(zhuǎn)速的升速率控制原理圖示。

圖1 ?轉(zhuǎn)速的升速率控制原理圖示

2）負(fù)荷控制。開始時間是從汽輪機(jī)啟動升速過程結(jié)束及機(jī)組完成并網(wǎng)任務(wù)之后。主要的功能是以開環(huán)或者閉環(huán)工作模式為依據(jù)，進(jìn)一步對汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷實現(xiàn)有效控制。主要目標(biāo)是讓汽輪機(jī)實發(fā)功率能夠達(dá)到功率給定值。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電之后，轉(zhuǎn)速控制回路的轉(zhuǎn)速偏差實質(zhì)上指的是電網(wǎng)實際頻率和額定頻率之間的差值。當(dāng)發(fā)生頻差信號之后，為了電網(wǎng)頻率能夠得到有效調(diào)節(jié)，可以汽輪機(jī)靜態(tài)特性曲線為標(biāo)準(zhǔn)，把轉(zhuǎn)速偏差轉(zhuǎn)化為功率偏差，進(jìn)一步利用負(fù)荷回路對機(jī)組的實際發(fā)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此使機(jī)組參與一次調(diào)頻當(dāng)中。

3）主蒸汽壓力控制。對于單元機(jī)組當(dāng)中的負(fù)荷控制，主要存在三種模式。其中，汽輪機(jī)跟隨鍋爐模式與機(jī)爐協(xié)調(diào)模式的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)均將機(jī)前壓力信號引入，汽輪機(jī)承擔(dān)了調(diào)節(jié)主蒸汽壓力的職責(zé)[3]。因此，在有些電業(yè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，具備主蒸汽壓力控制回路設(shè)置，以機(jī)前壓力的偏差為依據(jù)，利用主蒸汽壓力控制回路產(chǎn)生閥門開度指令，最終使主蒸汽壓力能夠得到有效調(diào)節(jié)。

3 ?轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制的實現(xiàn)探究

1）轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力數(shù)字模型計算。為了使計算能夠簡化，一般吧汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)作一個圓柱體，并且這個圓柱體是無限長的。同時，在計算方面，只對圓柱體表面與中心空表面的熱應(yīng)力進(jìn)行計算。

溫差dT表示熱應(yīng)力的大小：dT=T1-Tm。

其中，T1表示蒸汽接觸的缸體表面溫度;Tm表示缸體處于50%深度時的平均溫度。為了使熱應(yīng)力不大于允許限值，可通過限值溫差不大于某一限值來實現(xiàn)。缸體與閥體，溫差限值以平均溫度Tm的函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并與升/降速度或者升/降符合相對應(yīng)，從而形成兩個限值，一個為上限溫差（dTpermu），一個下限溫差（dTperml）。

其中，上限溫度裕量ddTu=dTpermu-dT;下限溫度裕量ddTl=dTperml。

2）應(yīng)力限制。實際應(yīng)力和允許應(yīng)力之間的差值通過汽輪機(jī)自啟停控制轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要轉(zhuǎn)換為負(fù)荷目標(biāo)值及變負(fù)荷速率等。進(jìn)一步通過DEH基本控制功能實現(xiàn)對汽輪升速及變負(fù)荷的控制，最終形成一個閉環(huán)控制過程。在整個過程當(dāng)中，需充分保證的是：轉(zhuǎn)子應(yīng)力不能大于允許應(yīng)力值。其中，包括了多個系統(tǒng)，具體表現(xiàn)如下：

①保護(hù)系統(tǒng)。其功能是，在汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，且出現(xiàn)危險的狀況下，保護(hù)系統(tǒng)能及時將全部進(jìn)氣閥門關(guān)閉，以此規(guī)避重大事故的發(fā)生，進(jìn)而起到保護(hù)汽輪機(jī)設(shè)備安全的目的。

②供油系統(tǒng)?，F(xiàn)狀下，汽輪機(jī)控制用油使用最多的是高壓抗燃油，代替了之前所采用的汽輪機(jī)油。對于電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)供油壓力，大多數(shù)選擇12～16MPa[4]。

③電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要組成部分包括油動機(jī)、閥位檢測器以及實驗電磁閥等。對于大型機(jī)組，通常需十套到十二套執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別對兩個高壓主氣閥進(jìn)行控制，同時也對高壓調(diào)節(jié)閥及中壓主氣閥進(jìn)行合理控制。液壓缸通常也稱之為油動機(jī)，多數(shù)使用彈簧服務(wù)液壓開啟式結(jié)構(gòu)，液壓缸單側(cè)進(jìn)油，在充油的時候閥門打開，液壓缸充油量決定了門閥打開行程的大小。在液壓泄油的情況下，通過借助彈簧的力量，閥門關(guān)閉。

4 ?結(jié)束語

在我國核電發(fā)展戰(zhàn)略逐漸推進(jìn)發(fā)展的背景下，核電汽輪機(jī)的自動控制技術(shù)引起了制造商及用戶的高度重視。通過本課題的探究，筆者認(rèn)為要想使我國核電汽輪機(jī)更具應(yīng)用前景，需要在完善汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)并借鑒國外核電汽輪機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)，以此使我國核電汽輪機(jī)控制技術(shù)更具完善性，進(jìn)一步為我國核電發(fā)展戰(zhàn)略的全面強(qiáng)化起到推波助瀾的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]石麗國，郝軍紅，樊向松，海陽核電廠汽輪機(jī)墊鐵安裝與質(zhì)量控制技術(shù)[J].電力建設(shè)，2013（12）：123-126.

[2]祝建飛，姚峻，吳建平.1000MW超超臨界汽輪機(jī)熱應(yīng)力監(jiān)測及自動控制[J].中國電力，2009（06）：21-24.

[3]廖均利，鄭展友.330MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動的熱應(yīng)力控制[J].華北電力技術(shù)，2012（07）：28-30.

[4]黃海躍，楊宇，石兆元.核電CPR1000汽輪機(jī)啟動程序中熱應(yīng)力控制策略[J].發(fā)電設(shè)備，2014（02）：90-93.endprint

摘 ?要 ?近年來，在社會經(jīng)濟(jì)快速增長的背景下，國家相關(guān)部門越來越重視核電發(fā)展戰(zhàn)略。其中，核電汽輪機(jī)的自動控制技術(shù)便受到廣泛關(guān)注。筆者在分析核電汽輪機(jī)運(yùn)行特性及汽輪機(jī)應(yīng)力計算現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制的實現(xiàn)進(jìn)行了探究，希望以此為核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的完善提供具有價值性的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?核電廠;汽輪機(jī);熱應(yīng)力控制技術(shù)

中圖分類號：TK263 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0049-02

核電汽輪機(jī)組的特點(diǎn)極具明顯性，包括轉(zhuǎn)子大、蒸汽流量大以及蒸汽濕度高等[1]。這些特點(diǎn)使轉(zhuǎn)子所承受的機(jī)械應(yīng)力大，同時也使由腐蝕導(dǎo)致的熱疲勞應(yīng)力大?；谏⒔倒β始笆鹿使r下，通常使用機(jī)跟堆模式，轉(zhuǎn)子則承受著較大的熱負(fù)荷與負(fù)荷變化。由此可見，轉(zhuǎn)子應(yīng)力的控制及監(jiān)測在核電汽輪機(jī)當(dāng)中是非常關(guān)鍵的一項技術(shù)，它在很大程度上決定了汽輪機(jī)組的可靠性。鑒于此，本課題對“核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)”進(jìn)行探討與研究具有尤為深遠(yuǎn)的重要意義。

1 ?核電汽輪機(jī)運(yùn)行特性分析

基于核電汽輪機(jī)當(dāng)中的主蒸汽自帶0.25%～0.5%濕度的飽和蒸汽[2]。一般情況下，通流部分各級大多數(shù)位于濕蒸汽區(qū)。核電汽輪機(jī)和常規(guī)火電機(jī)組比較，核電汽輪機(jī)有汽水分離再熱系統(tǒng)增加。由此可見，對于核電汽輪機(jī)，其啟動、停止及運(yùn)行特性不但和本身結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)布置有關(guān)，而且還與汽水分離再熱器的結(jié)構(gòu)存在聯(lián)系。

對于核電汽輪機(jī)的啟動與停機(jī)，通常使用額定參數(shù)啟動，調(diào)門則起到控制汽輪機(jī)加負(fù)荷與升速的目的。因所采用的是低參數(shù)飽和蒸汽，因此汽輪機(jī)在啟動暖機(jī)時間方面，要比火電機(jī)組汽輪機(jī)的啟動時間低，大概可降低1/3。另外，由于核電汽輪機(jī)的溫度較低，且汽輪機(jī)本體各部件的熱膨脹值較小，所以汽輪機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中，所受到的熱膨脹差均要小于火電機(jī)組受到的熱膨脹差。

2 ?汽輪機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容分析

對于汽輪機(jī)控制系統(tǒng)，包括諸多方面的內(nèi)容，主要體現(xiàn)在監(jiān)視系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中。其中，對于監(jiān)視系統(tǒng)，主要是通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視采集，一般歸分為熱工量與機(jī)械量。對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則包括多方面的控制，具體表現(xiàn)如下。

1）轉(zhuǎn)速控制。轉(zhuǎn)速控制能夠使得大范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)得到有效實現(xiàn)，進(jìn)一步讓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速從盤車轉(zhuǎn)速慢慢向并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)速上升，如圖1，便是轉(zhuǎn)速的升速率控制原理圖示。

圖1 ?轉(zhuǎn)速的升速率控制原理圖示

2）負(fù)荷控制。開始時間是從汽輪機(jī)啟動升速過程結(jié)束及機(jī)組完成并網(wǎng)任務(wù)之后。主要的功能是以開環(huán)或者閉環(huán)工作模式為依據(jù)，進(jìn)一步對汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷實現(xiàn)有效控制。主要目標(biāo)是讓汽輪機(jī)實發(fā)功率能夠達(dá)到功率給定值。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電之后，轉(zhuǎn)速控制回路的轉(zhuǎn)速偏差實質(zhì)上指的是電網(wǎng)實際頻率和額定頻率之間的差值。當(dāng)發(fā)生頻差信號之后，為了電網(wǎng)頻率能夠得到有效調(diào)節(jié)，可以汽輪機(jī)靜態(tài)特性曲線為標(biāo)準(zhǔn)，把轉(zhuǎn)速偏差轉(zhuǎn)化為功率偏差，進(jìn)一步利用負(fù)荷回路對機(jī)組的實際發(fā)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此使機(jī)組參與一次調(diào)頻當(dāng)中。

3）主蒸汽壓力控制。對于單元機(jī)組當(dāng)中的負(fù)荷控制，主要存在三種模式。其中，汽輪機(jī)跟隨鍋爐模式與機(jī)爐協(xié)調(diào)模式的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)均將機(jī)前壓力信號引入，汽輪機(jī)承擔(dān)了調(diào)節(jié)主蒸汽壓力的職責(zé)[3]。因此，在有些電業(yè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，具備主蒸汽壓力控制回路設(shè)置，以機(jī)前壓力的偏差為依據(jù)，利用主蒸汽壓力控制回路產(chǎn)生閥門開度指令，最終使主蒸汽壓力能夠得到有效調(diào)節(jié)。

3 ?轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制的實現(xiàn)探究

1）轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力數(shù)字模型計算。為了使計算能夠簡化，一般吧汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)作一個圓柱體，并且這個圓柱體是無限長的。同時，在計算方面，只對圓柱體表面與中心空表面的熱應(yīng)力進(jìn)行計算。

溫差dT表示熱應(yīng)力的大小：dT=T1-Tm。

其中，T1表示蒸汽接觸的缸體表面溫度;Tm表示缸體處于50%深度時的平均溫度。為了使熱應(yīng)力不大于允許限值，可通過限值溫差不大于某一限值來實現(xiàn)。缸體與閥體，溫差限值以平均溫度Tm的函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并與升/降速度或者升/降符合相對應(yīng)，從而形成兩個限值，一個為上限溫差（dTpermu），一個下限溫差（dTperml）。

其中，上限溫度裕量ddTu=dTpermu-dT;下限溫度裕量ddTl=dTperml。

2）應(yīng)力限制。實際應(yīng)力和允許應(yīng)力之間的差值通過汽輪機(jī)自啟?？刂妻D(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要轉(zhuǎn)換為負(fù)荷目標(biāo)值及變負(fù)荷速率等。進(jìn)一步通過DEH基本控制功能實現(xiàn)對汽輪升速及變負(fù)荷的控制，最終形成一個閉環(huán)控制過程。在整個過程當(dāng)中，需充分保證的是：轉(zhuǎn)子應(yīng)力不能大于允許應(yīng)力值。其中，包括了多個系統(tǒng)，具體表現(xiàn)如下：

①保護(hù)系統(tǒng)。其功能是，在汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，且出現(xiàn)危險的狀況下，保護(hù)系統(tǒng)能及時將全部進(jìn)氣閥門關(guān)閉，以此規(guī)避重大事故的發(fā)生，進(jìn)而起到保護(hù)汽輪機(jī)設(shè)備安全的目的。

②供油系統(tǒng)。現(xiàn)狀下，汽輪機(jī)控制用油使用最多的是高壓抗燃油，代替了之前所采用的汽輪機(jī)油。對于電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)供油壓力，大多數(shù)選擇12～16MPa[4]。

③電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要組成部分包括油動機(jī)、閥位檢測器以及實驗電磁閥等。對于大型機(jī)組，通常需十套到十二套執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別對兩個高壓主氣閥進(jìn)行控制，同時也對高壓調(diào)節(jié)閥及中壓主氣閥進(jìn)行合理控制。液壓缸通常也稱之為油動機(jī)，多數(shù)使用彈簧服務(wù)液壓開啟式結(jié)構(gòu)，液壓缸單側(cè)進(jìn)油，在充油的時候閥門打開，液壓缸充油量決定了門閥打開行程的大小。在液壓泄油的情況下，通過借助彈簧的力量，閥門關(guān)閉。

4 ?結(jié)束語

在我國核電發(fā)展戰(zhàn)略逐漸推進(jìn)發(fā)展的背景下，核電汽輪機(jī)的自動控制技術(shù)引起了制造商及用戶的高度重視。通過本課題的探究，筆者認(rèn)為要想使我國核電汽輪機(jī)更具應(yīng)用前景，需要在完善汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)并借鑒國外核電汽輪機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)，以此使我國核電汽輪機(jī)控制技術(shù)更具完善性，進(jìn)一步為我國核電發(fā)展戰(zhàn)略的全面強(qiáng)化起到推波助瀾的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]石麗國，郝軍紅，樊向松，海陽核電廠汽輪機(jī)墊鐵安裝與質(zhì)量控制技術(shù)[J].電力建設(shè)，2013（12）：123-126.

[2]祝建飛，姚峻，吳建平.1000MW超超臨界汽輪機(jī)熱應(yīng)力監(jiān)測及自動控制[J].中國電力，2009（06）：21-24.

[3]廖均利，鄭展友.330MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動的熱應(yīng)力控制[J].華北電力技術(shù)，2012（07）：28-30.

[4]黃海躍，楊宇，石兆元.核電CPR1000汽輪機(jī)啟動程序中熱應(yīng)力控制策略[J].發(fā)電設(shè)備，2014（02）：90-93.endprint

摘 ?要 ?近年來，在社會經(jīng)濟(jì)快速增長的背景下，國家相關(guān)部門越來越重視核電發(fā)展戰(zhàn)略。其中，核電汽輪機(jī)的自動控制技術(shù)便受到廣泛關(guān)注。筆者在分析核電汽輪機(jī)運(yùn)行特性及汽輪機(jī)應(yīng)力計算現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制的實現(xiàn)進(jìn)行了探究，希望以此為核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的完善提供具有價值性的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?核電廠;汽輪機(jī);熱應(yīng)力控制技術(shù)

中圖分類號：TK263 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0049-02

核電汽輪機(jī)組的特點(diǎn)極具明顯性，包括轉(zhuǎn)子大、蒸汽流量大以及蒸汽濕度高等[1]。這些特點(diǎn)使轉(zhuǎn)子所承受的機(jī)械應(yīng)力大，同時也使由腐蝕導(dǎo)致的熱疲勞應(yīng)力大?；谏?、降功率及事故工況下，通常使用機(jī)跟堆模式，轉(zhuǎn)子則承受著較大的熱負(fù)荷與負(fù)荷變化。由此可見，轉(zhuǎn)子應(yīng)力的控制及監(jiān)測在核電汽輪機(jī)當(dāng)中是非常關(guān)鍵的一項技術(shù)，它在很大程度上決定了汽輪機(jī)組的可靠性。鑒于此，本課題對“核電廠汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)”進(jìn)行探討與研究具有尤為深遠(yuǎn)的重要意義。

1 ?核電汽輪機(jī)運(yùn)行特性分析

基于核電汽輪機(jī)當(dāng)中的主蒸汽自帶0.25%～0.5%濕度的飽和蒸汽[2]。一般情況下，通流部分各級大多數(shù)位于濕蒸汽區(qū)。核電汽輪機(jī)和常規(guī)火電機(jī)組比較，核電汽輪機(jī)有汽水分離再熱系統(tǒng)增加。由此可見，對于核電汽輪機(jī)，其啟動、停止及運(yùn)行特性不但和本身結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)布置有關(guān)，而且還與汽水分離再熱器的結(jié)構(gòu)存在聯(lián)系。

對于核電汽輪機(jī)的啟動與停機(jī)，通常使用額定參數(shù)啟動，調(diào)門則起到控制汽輪機(jī)加負(fù)荷與升速的目的。因所采用的是低參數(shù)飽和蒸汽，因此汽輪機(jī)在啟動暖機(jī)時間方面，要比火電機(jī)組汽輪機(jī)的啟動時間低，大概可降低1/3。另外，由于核電汽輪機(jī)的溫度較低，且汽輪機(jī)本體各部件的熱膨脹值較小，所以汽輪機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中，所受到的熱膨脹差均要小于火電機(jī)組受到的熱膨脹差。

2 ?汽輪機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容分析

對于汽輪機(jī)控制系統(tǒng)，包括諸多方面的內(nèi)容，主要體現(xiàn)在監(jiān)視系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中。其中，對于監(jiān)視系統(tǒng)，主要是通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視采集，一般歸分為熱工量與機(jī)械量。對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則包括多方面的控制，具體表現(xiàn)如下。

1）轉(zhuǎn)速控制。轉(zhuǎn)速控制能夠使得大范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)得到有效實現(xiàn)，進(jìn)一步讓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速從盤車轉(zhuǎn)速慢慢向并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)速上升，如圖1，便是轉(zhuǎn)速的升速率控制原理圖示。

圖1 ?轉(zhuǎn)速的升速率控制原理圖示

2）負(fù)荷控制。開始時間是從汽輪機(jī)啟動升速過程結(jié)束及機(jī)組完成并網(wǎng)任務(wù)之后。主要的功能是以開環(huán)或者閉環(huán)工作模式為依據(jù)，進(jìn)一步對汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷實現(xiàn)有效控制。主要目標(biāo)是讓汽輪機(jī)實發(fā)功率能夠達(dá)到功率給定值。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電之后，轉(zhuǎn)速控制回路的轉(zhuǎn)速偏差實質(zhì)上指的是電網(wǎng)實際頻率和額定頻率之間的差值。當(dāng)發(fā)生頻差信號之后，為了電網(wǎng)頻率能夠得到有效調(diào)節(jié)，可以汽輪機(jī)靜態(tài)特性曲線為標(biāo)準(zhǔn)，把轉(zhuǎn)速偏差轉(zhuǎn)化為功率偏差，進(jìn)一步利用負(fù)荷回路對機(jī)組的實際發(fā)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此使機(jī)組參與一次調(diào)頻當(dāng)中。

3）主蒸汽壓力控制。對于單元機(jī)組當(dāng)中的負(fù)荷控制，主要存在三種模式。其中，汽輪機(jī)跟隨鍋爐模式與機(jī)爐協(xié)調(diào)模式的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)均將機(jī)前壓力信號引入，汽輪機(jī)承擔(dān)了調(diào)節(jié)主蒸汽壓力的職責(zé)[3]。因此，在有些電業(yè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，具備主蒸汽壓力控制回路設(shè)置，以機(jī)前壓力的偏差為依據(jù)，利用主蒸汽壓力控制回路產(chǎn)生閥門開度指令，最終使主蒸汽壓力能夠得到有效調(diào)節(jié)。

3 ?轉(zhuǎn)子應(yīng)力控制的實現(xiàn)探究

1）轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力數(shù)字模型計算。為了使計算能夠簡化，一般吧汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)作一個圓柱體，并且這個圓柱體是無限長的。同時，在計算方面，只對圓柱體表面與中心空表面的熱應(yīng)力進(jìn)行計算。

溫差dT表示熱應(yīng)力的大小：dT=T1-Tm。

其中，T1表示蒸汽接觸的缸體表面溫度;Tm表示缸體處于50%深度時的平均溫度。為了使熱應(yīng)力不大于允許限值，可通過限值溫差不大于某一限值來實現(xiàn)。缸體與閥體，溫差限值以平均溫度Tm的函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并與升/降速度或者升/降符合相對應(yīng)，從而形成兩個限值，一個為上限溫差（dTpermu），一個下限溫差（dTperml）。

其中，上限溫度裕量ddTu=dTpermu-dT;下限溫度裕量ddTl=dTperml。

2）應(yīng)力限制。實際應(yīng)力和允許應(yīng)力之間的差值通過汽輪機(jī)自啟?？刂妻D(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要轉(zhuǎn)換為負(fù)荷目標(biāo)值及變負(fù)荷速率等。進(jìn)一步通過DEH基本控制功能實現(xiàn)對汽輪升速及變負(fù)荷的控制，最終形成一個閉環(huán)控制過程。在整個過程當(dāng)中，需充分保證的是：轉(zhuǎn)子應(yīng)力不能大于允許應(yīng)力值。其中，包括了多個系統(tǒng)，具體表現(xiàn)如下：

①保護(hù)系統(tǒng)。其功能是，在汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，且出現(xiàn)危險的狀況下，保護(hù)系統(tǒng)能及時將全部進(jìn)氣閥門關(guān)閉，以此規(guī)避重大事故的發(fā)生，進(jìn)而起到保護(hù)汽輪機(jī)設(shè)備安全的目的。

②供油系統(tǒng)?，F(xiàn)狀下，汽輪機(jī)控制用油使用最多的是高壓抗燃油，代替了之前所采用的汽輪機(jī)油。對于電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)供油壓力，大多數(shù)選擇12～16MPa[4]。

③電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要組成部分包括油動機(jī)、閥位檢測器以及實驗電磁閥等。對于大型機(jī)組，通常需十套到十二套執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別對兩個高壓主氣閥進(jìn)行控制，同時也對高壓調(diào)節(jié)閥及中壓主氣閥進(jìn)行合理控制。液壓缸通常也稱之為油動機(jī)，多數(shù)使用彈簧服務(wù)液壓開啟式結(jié)構(gòu)，液壓缸單側(cè)進(jìn)油，在充油的時候閥門打開，液壓缸充油量決定了門閥打開行程的大小。在液壓泄油的情況下，通過借助彈簧的力量，閥門關(guān)閉。

4 ?結(jié)束語

在我國核電發(fā)展戰(zhàn)略逐漸推進(jìn)發(fā)展的背景下，核電汽輪機(jī)的自動控制技術(shù)引起了制造商及用戶的高度重視。通過本課題的探究，筆者認(rèn)為要想使我國核電汽輪機(jī)更具應(yīng)用前景，需要在完善汽輪機(jī)熱應(yīng)力控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)并借鑒國外核電汽輪機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)，以此使我國核電汽輪機(jī)控制技術(shù)更具完善性，進(jìn)一步為我國核電發(fā)展戰(zhàn)略的全面強(qiáng)化起到推波助瀾的作用。

參考文獻(xiàn)

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[2]祝建飛，姚峻，吳建平.1000MW超超臨界汽輪機(jī)熱應(yīng)力監(jiān)測及自動控制[J].中國電力，2009（06）：21-24.

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[4]黃海躍，楊宇，石兆元.核電CPR1000汽輪機(jī)啟動程序中熱應(yīng)力控制策略[J].發(fā)電設(shè)備，2014（02）：90-93.endprint