AP1000主汽輪機升速控制研究

趙東波

（三門核電有限公司，浙江 臺州317112）

0 引言

三門核電一期工程汽輪機采用日本三菱重工技術，關鍵部件進口，哈爾濱汽輪機廠和三菱聯(lián)合供貨。汽輪機為工作轉速1500r／min、單軸、四缸六排汽的反動凝汽式核電汽輪機，有2個2級再熱的外置式中間汽水分離再熱器，末級動葉片長1375mm［1］。

汽輪機升速由主汽閥的先導閥控制。先導閥專為汽輪機從靜止加速到額定轉速而設計，具有精確調節(jié)功能。汽輪機從盤車至額定轉速運行，經歷汽輪機復位、EH油自動、升速、關閉所有閥門、摩擦檢查、低速暖機、中速暖機和額定轉速運行等過程。

1 汽輪機復位

汽輪機復位分為機械復位和電氣復位。

1.1 機械復位

機械復位指的是手動操作復位桿，機械復位桿在汽輪機前箱，用于機械超速保護動作后汽輪機復位。桿手動向右掰，桿帶動舌片使機械超速滑閥關閉，建立高壓油，然后關閉緊急跳機活塞閥，如4個跳機電磁閥已關閉，則EH油系統(tǒng)建立緊急跳機油壓，從而實現(xiàn)低壓缸再熱主汽閥自動開啟，復位桿松手后，桿自動回到原位，如圖1所示。

圖1 復位示意圖

1.2 電氣復位

電氣復位在主控室實現(xiàn)。按下汽輪機復位后，復位電磁閥帶電，帶動舌片使機械超速滑閥關閉，建立高壓油，然后關閉緊急跳機活塞閥。4個跳機電磁閥帶電關閉（若無其他跳機信號），則EH油系統(tǒng)建立緊急跳機油壓，實現(xiàn)低壓缸再熱主汽閥自動開啟。此時主汽閥、主調閥和再熱主調閥由于沒有控制信號而處于全關狀態(tài)。

2 EH自動

三門核電站汽輪機主蒸汽進汽閥門共20個，分別是4個主汽閥（MSV）、4個主調閥（GV）、6個再熱主汽閥（RSV）、6個再熱主調閥（ICV）。在進汽閥門油動機類型的選擇上，只有RSV采用了開關控制類型的油動機，不設置電液伺服閥。MSV、GV和ICV閥門油動機都采用比例控制類型，并且每個閥門都裝設2個LVDT變送器。

在主控按下【EH Auto】，其有以下功能：（1）產生GV偏置開信號（使GV和ICV全開）；（2）允許保持沖轉程序（EH Auto是沖轉的必要條件）；（3）從控制系統(tǒng)接受汽輪機參考轉速（如發(fā)電機沒有帶負荷并且EH變?yōu)榉亲詣?，則將當時的實測轉速作為參考轉速，參考轉速與實際轉速之差作為調節(jié)汽門開度的信號之一）；（4）允許進行 MSV／GV閥門開啟／關閉試驗，否則會將試驗復位；（5）使輸入到MSV的主汽閥閥門開度信號有效，允許MSV進行沖轉及偏置全開，否則強制全關；（6）轉速控制監(jiān)測回路有效；（7）MSV／GV／ICV伺服回路監(jiān)測有效，在沒有超速保護動作時，判斷伺服回路動作是否正常（閥位指令與真實閥位差控制在20%以內，否則將報警）。

3 目標轉速和升速率

目標轉速有200r／min、400r／min、1060r／min、1500r／min4個（表1），避免在臨界轉速區(qū)停留。目標轉速需手動選擇，一次只能選擇一個目標轉速，不能同時選擇多個，有邏輯閉鎖。系統(tǒng)以最近選擇的目標轉速為準，即假如先選擇400r／min，再重新選擇200r／min，則輸入到系統(tǒng)的目標轉速為200r／min，原目標轉速400r／min被復位。目標轉速200r／min用于摩擦檢查，400r／min和1060r／min分別用于低速暖機和中速暖機，從而預防轉子中心溫度與表面溫度之間的溫差造成熱應力。

表1 目標轉速

在以下任一條件出現(xiàn)時目標轉速回路將復位為0r／min：（1）“全關閥門”命令；（2）閥門轉換結束。

升速率有50r／min（慢）、75r／min（中）、150r／min（快）3種。一次只能選擇一個升速率，不能同時多選，有閉鎖。50r／min和75r／min需手動選擇。正常沖轉時選擇150r／min。

在出現(xiàn)以下任一條件時升速率將自動選擇150r／min：（1）沒有選擇升速率，而直接先選擇了目標轉速；（2）發(fā)電機失去負荷（0.05s的“MGB open”脈沖信號）；（3）自動同期裝置退出（0.05s脈沖信號）。

在出現(xiàn)以下任一條件時升速率將自動選擇0r／min的命令：（1）發(fā)電機帶負荷（MGB close）；（2）“全關閥門”命令；（3）自動同期系統(tǒng)投入。自動同期裝置投入后，將由同期裝置以150r／min的速率進行轉速調整。

升速率50r／min和75r／min主要用于以下情況：（1）對汽輪機振動進行調整前，以較低升速率加速汽輪機從而監(jiān)測汽輪機參數(shù)；（2）進入汽輪機的蒸汽流量受汽輪機啟動工況限制；（3）必須減小汽輪機轉子熱應力和轉子脹差，如汽輪機冷態(tài)啟動工況等；（4）超速跳機試驗時精確測量汽輪機超速跳機定值。

4 升速控制

在選擇了目標轉速和升速率后，在主控按下沖轉【GO】命令，系統(tǒng)根據目標轉速和升速率開始計算參考轉速Nref（Nref初始值＝0，在汽輪機停機時產生）。

參考轉速分為2種情況：（1）發(fā)電機已帶負荷，轉速設定值Nref＝1500r／min；（2）發(fā)電機未并網，t1時刻轉速設定值Nref＝Nref－t0＋程序增量＋手動增量＋同期裝置增量。

程序增量：在主控設定完目標轉速和升速率后，按下【GO】，程序增量根據目標轉速和升速率自動增加，直到參考轉速與目標轉速相等為止。

手動增量：手動按增／減按鈕，提高／降低轉速。

同期裝置增量：同期裝置投運后對汽輪機轉速以150r／min的速率進行調整。

參考轉速＜目標轉速時，t1時刻的參考轉速 Nref－t1＝Nref－t0＋程序增量（按取樣周期計算，每個取樣周期0.05s）。當實際轉速達到目標轉速（即∣目標轉速－參考轉速∣≤升速率），MSV閥位指令＝F（Nref）＋P×（Nref－N實際轉速）。MSV閥開度偏置F（Nref）由三菱重工根據經驗得出，如圖2所示，目的是為轉速控制提供前饋補償。P×（Nref－N實際轉速）為轉差增益，由三菱重工根據經驗得出，P 值為1.6667%／（r／min）。

此種控制方式可以避免由于積分效應引起的振蕩，加入前饋補償控制又盡可能消除了偏差，使沖轉到目標轉速更快更穩(wěn)定［2］。

圖2 MSV閥開度偏置與參考轉速的關系

5 結論

本文介紹了AP1000核電汽輪機組升速控制，對升速控制中的重要參數(shù)——目標轉速及升速率進行了詳細的分析，并得出以下結論：（1）轉速控制由主汽閥的先導閥控制，實現(xiàn)升速過程精確控制；（2）目標轉速有200r／min、400r／min、1060r／min、1500r／min，這些目標轉速避開了臨界轉速，使汽輪機實現(xiàn)正常暖機和額定轉速運行；（3）參考轉速根據目標轉速和升速率得出，參與汽輪機實際轉速控制；（4）升速邏輯由比例加前饋補償?shù)贸?，這種控制方式可以避免由于積分效應引起的振蕩，又盡可能消除了偏差，使沖轉到目標轉速更快更穩(wěn)定。

［1］顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設備［M］.北京：原子能出版社，2010

［2］肖增弘，徐豐.汽輪機數(shù)字式電液調節(jié)系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2003