核電機(jī)組測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)研究

張軍承

(國(guó)核工程有限公司，上海 200233)

0 引言

發(fā)電機(jī)組突然甩負(fù)荷，是一種工況變化十分劇烈的過程。對(duì)于核電機(jī)組，甩負(fù)荷試驗(yàn)更具特殊性，它不僅考驗(yàn)核電汽輪發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，而且對(duì)反應(yīng)堆的安全控制功能也是一種嚴(yán)峻考驗(yàn)，若機(jī)組的調(diào)節(jié)控制不合理，就可能導(dǎo)致核電站一、二回路超溫、超壓，甚至導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組嚴(yán)重超速等事故。

近年來，我國(guó)在引進(jìn)西屋公司AP1000三代核電技術(shù)的同時(shí)，自主研發(fā)了CP1000，ACPR1000及CAP1400等核電技術(shù)。隨著單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，核電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的可控性、安全性也將面臨極大的挑戰(zhàn)。

為了提高核電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的安全性，避免發(fā)生不可控的嚴(yán)重事故，有必要嘗試采用測(cè)功法進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)，確保核電機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)原理及特點(diǎn)

在機(jī)組與電網(wǎng)解列的情況下，汽輪機(jī)軸功率對(duì)轉(zhuǎn)子加速，在并網(wǎng)的情況下，汽輪機(jī)軸功率對(duì)電網(wǎng)做功。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子平衡方程為

式中:ΔM為汽輪機(jī)軸功率;Δt為時(shí)間;J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Δω為轉(zhuǎn)速變化;ΔP為有功功率;ω0為額定轉(zhuǎn)速。

將式(1)、式(2)整理后得到

由式(3)可知，某個(gè)Δt內(nèi)的有功功率ΔP作為加速功率，可以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化Δω，因此，只要能得到有功功率的變化規(guī)律，即可描繪出轉(zhuǎn)速變化的過程。

將式(3)展開，對(duì)有功功率進(jìn)行面積積分，根據(jù)有功功率的記錄曲線求取加速功率并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，從而可求得汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速飛升值ω。由式(3)得到

同時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)組蒸汽容積時(shí)間常數(shù)及機(jī)組機(jī)械損失等，對(duì)于同一種機(jī)型是相同的。在機(jī)組甩負(fù)荷過程中，轉(zhuǎn)子上蒸汽力矩的變化，與調(diào)節(jié)汽門的延遲、調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉時(shí)間內(nèi)的進(jìn)汽、調(diào)節(jié)汽門和抽汽逆止閥的嚴(yán)密性等因素有關(guān)，而這些因素?zé)o論對(duì)于常規(guī)法還是測(cè)功法都是一樣的。上述兩種方法具有相同的試驗(yàn)條件，因此，在相同的試驗(yàn)工況下，測(cè)功法可獲得與常規(guī)法相同的試驗(yàn)結(jié)果。

測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)是一種在不與電網(wǎng)解列的情況下，間接測(cè)取汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性(甩負(fù)荷工況)的試驗(yàn)方法。

在測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，機(jī)組不與電網(wǎng)解列，不發(fā)生實(shí)際超速，提高了試驗(yàn)的安全性，相應(yīng)地簡(jiǎn)化了試驗(yàn)過程，而且試驗(yàn)過程可不分等級(jí)，能直接進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，從而減少試驗(yàn)次數(shù)及工作量。

2 核電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析

目前，無論壓水堆、沸水堆或重水堆核電機(jī)組，也無論額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min的全速機(jī)，或是額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min的半速機(jī)，它們的汽輪機(jī)工作介質(zhì)皆為飽和蒸汽，溫度約為280℃。

2.1 核電機(jī)組裝置結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)因素

與超臨界、超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組相比，對(duì)于飽和蒸汽核電汽輪機(jī)，其循環(huán)熱效率比較低，約為前者的1/3，因此，在同等功率條件下，核電汽輪機(jī)蒸汽容積流量很大，其通流部分結(jié)構(gòu)尺寸也要大很多。

另外，核電汽輪機(jī)組的工作介質(zhì)為飽和蒸汽，汽輪機(jī)高壓缸及低壓缸末幾級(jí)通常工作在濕蒸汽區(qū)。為提高機(jī)組效率，減輕濕蒸汽對(duì)核電汽輪機(jī)通流部分的侵蝕，在高、低壓缸之間配置了大容積的汽水分離再熱器(MSR)，以提高蒸汽除濕能力。

上述核電汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)特點(diǎn)，大大加劇了核電汽輪機(jī)甩負(fù)荷超速的危險(xiǎn)性。核電機(jī)組甩負(fù)荷后，即使在核電汽輪機(jī)進(jìn)汽閥全關(guān)的條件下，由于蒸汽容積龐大，大量蒸汽滯留在汽輪機(jī)內(nèi)，蒸汽繼續(xù)膨脹做功導(dǎo)致功率不能迅速下降，因此核電機(jī)組慣性很大，而且隨著單機(jī)容量的不斷增大，機(jī)組的容積時(shí)間常數(shù)也將更大。甩負(fù)荷后，汽輪發(fā)電機(jī)組可能存在轉(zhuǎn)速振蕩加劇、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)的不利情況。

同時(shí)，核電汽輪機(jī)的多數(shù)級(jí)工作在濕蒸汽區(qū)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，在通流部分表面覆蓋著幾十甚至幾百微米的水膜，汽輪機(jī)甩負(fù)荷過程中壓力下降，原處于飽和態(tài)的水膜發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生額外的蒸汽，這也增大了汽輪機(jī)甩負(fù)荷后有害蒸汽的容積。

2.2 熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)因素

汽輪發(fā)電機(jī)組在做甩負(fù)荷試驗(yàn)前，要求汽輪機(jī)主汽門、調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，并且試驗(yàn)過程中汽門前蒸汽壓力不低于蒸汽額定參數(shù)的50%。

相對(duì)于常規(guī)電站，核電機(jī)組的熱力系統(tǒng)進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，也因此存在一些問題。

AP1000核電機(jī)組采用 HN1251－5.38型，單軸、四缸六排汽、帶中間汽水分離再熱器的反動(dòng)式凝汽汽輪機(jī)。高壓缸是2×10級(jí)對(duì)稱雙分流結(jié)構(gòu)，3個(gè)低壓缸同樣是2×10級(jí)對(duì)稱雙分流結(jié)構(gòu)。對(duì)于汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)，對(duì)稱布置的高壓缸設(shè)計(jì)4個(gè)高壓主汽門與4個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽門;3個(gè)對(duì)稱布置的低壓缸設(shè)計(jì)了6個(gè)中壓主汽門與6個(gè)中壓調(diào)節(jié)汽門。額定工況下，汽輪機(jī)高壓缸及低壓缸入口蒸汽參數(shù):主蒸汽壓力，5.380 MPa;主蒸汽溫度，268.6 ℃;再熱蒸汽壓力，0.832 MPa;再熱蒸汽溫度，257.0 ℃。AP1000核電機(jī)組熱力系統(tǒng)如圖1所示，圖中ICV為中壓調(diào)節(jié)汽門，GV為高壓調(diào)節(jié)汽門。

由圖1可以看出，核電機(jī)組的主蒸汽系統(tǒng)僅設(shè)計(jì)了3組并聯(lián)布置的一級(jí)大旁路系統(tǒng)(約40%容量)，旁路出口蒸汽分別直接排放至3組獨(dú)立的凝汽器系統(tǒng)。這樣的旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得空負(fù)荷工況下進(jìn)行汽輪機(jī)汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，汽輪機(jī)中壓主汽門、中壓調(diào)節(jié)汽門前的蒸汽壓力無法達(dá)到額定蒸汽壓力的50%以上，導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)前無法實(shí)際驗(yàn)證汽輪機(jī)中壓主汽門、中壓調(diào)節(jié)汽門的嚴(yán)密性是否合格，這一潛在隱患增大了核電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

事實(shí)上，對(duì)于汽輪機(jī)組的主汽門、調(diào)節(jié)汽門，可能由于機(jī)械加工工藝不足、安裝工藝水平不足等，或由于熱力系統(tǒng)膨脹、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)閥門零位整定等原因，在機(jī)組運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門零位漂移等情況，這可能導(dǎo)致汽輪機(jī)汽門嚴(yán)密性不合格。

圖1 AP1000核電機(jī)組熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

正常甩負(fù)荷過程中，核電汽輪機(jī)的高、中壓主汽門保持全開，汽輪機(jī)進(jìn)汽量由高、中壓調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行控制。若汽輪機(jī)汽門嚴(yán)密性不合格，出現(xiàn)汽門漏汽情況，則甩負(fù)荷過程中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速可能無法安全控制，甚至?xí)?dǎo)致核電汽輪機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重超速事故。

圖2是全速核電汽輪機(jī)ICV嚴(yán)密性對(duì)甩負(fù)荷后汽輪機(jī)飛升轉(zhuǎn)速影響的仿真曲線。由圖2可以看出:若汽輪機(jī)ICV嚴(yán)密，則汽輪機(jī)甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)速飛升至3440 r/min(理論仿真值)后逐漸下降;若汽輪機(jī)ICV存在1%的泄漏量，則甩負(fù)荷后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速可飛升至3600 r/min(理論仿真值)，并且汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間滯留在高轉(zhuǎn)速區(qū)域，嚴(yán)重影響汽輪發(fā)電機(jī)組的安全。

圖2 ICV泄漏對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升影響仿真曲線

實(shí)際上，核電汽輪機(jī)組甩負(fù)荷后，汽輪機(jī)GV與ICV瞬間快速關(guān)閉，GV與ICV之間容積內(nèi)的蒸汽被封閉起來，蒸汽壓力維持以前的數(shù)值。由于沒有設(shè)計(jì)二級(jí)旁路排放系統(tǒng)，汽水分離再熱器系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力無法快速泄壓，該工況下可能會(huì)引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)，機(jī)組很難維持空負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組要達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速需要更長(zhǎng)時(shí)間，甚至?xí)l(fā)生轉(zhuǎn)速振蕩現(xiàn)象。

2.3 反應(yīng)堆控制風(fēng)險(xiǎn)

核電汽輪發(fā)電機(jī)組突然解列甩負(fù)荷后，瞬態(tài)工況下反應(yīng)堆核功率可能升高到108%滿功率狀態(tài)。由于二回路蒸汽流量的突然衰減，將使反應(yīng)堆一回路的冷卻流量減少，終將導(dǎo)致反應(yīng)堆一回路溫度升高很多。

核電機(jī)組甩負(fù)荷后，將考驗(yàn)反應(yīng)堆平均溫度調(diào)節(jié)、反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)、蒸汽發(fā)生器液位調(diào)節(jié)、給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、汽輪機(jī)旁路調(diào)節(jié)、除氧器壓力、凝結(jié)水再循環(huán)控制等控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。尤其是反應(yīng)堆控制系統(tǒng)，若出現(xiàn)“卡棒”“彈棒”等嚴(yán)重事故，后果會(huì)很嚴(yán)重。

對(duì)于AP1000核電機(jī)組，在甩負(fù)荷后若反應(yīng)堆控制不合理，出現(xiàn)一回路嚴(yán)重超溫、超壓等事故，反應(yīng)堆將被迫停堆，乃至觸發(fā)自動(dòng)降壓系統(tǒng)(ADS)動(dòng)作，甚至隨著惡劣工況的延伸，將被迫投用正常余熱排出系統(tǒng)(RNS)、非能動(dòng)安全殼冷卻等安全系統(tǒng)，以確保核島處于安全可控狀態(tài)。

3 核電汽輪機(jī)組超速保護(hù)控制功能

隨著儀表控制軟硬件技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，核電汽輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)控制也逐漸融合于核電站分散控制系統(tǒng)(DCS)。

對(duì)于AP1000核電機(jī)組，全廠控制統(tǒng)一采用美國(guó)西屋公司的Ovation控制系統(tǒng)，由于Ovation沒有專門的超速保護(hù)控制(OPC)功能控制板卡，因此，AP1000核電汽輪機(jī)OPC功能將通過軟邏輯組態(tài)實(shí)現(xiàn)(如圖3所示)。

圖3 AP1000核電汽輪機(jī)組OPC控制邏輯框圖

從圖3可以看出，當(dāng)汽輪機(jī)超速及負(fù)荷不平衡相關(guān)的主汽輪機(jī)控制系統(tǒng)(MTC)超速預(yù)判回路檢測(cè)到汽輪機(jī)可能超速時(shí)，OPC控制回路觸發(fā)，汽輪機(jī)高、中壓調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉，避免汽輪機(jī)因超速而跳閘。AP1000核電汽輪機(jī)組OPC超速保護(hù)控制回路邏輯功能如下:

(1)負(fù)荷不大于30%，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至107.5%及以上時(shí)，OPC動(dòng)作。

(2)甩負(fù)荷30%～80%，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷不平衡所設(shè)定的線性函數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，OPC動(dòng)作。

(3)甩負(fù)荷大于80%及以上，OPC動(dòng)作。

(4)負(fù)荷不小于30%，若發(fā)電機(jī)解列，則OPC動(dòng)作。

在AP1000核電機(jī)組OPC保護(hù)回路中，發(fā)電機(jī)電流信號(hào)表征發(fā)電機(jī)功率，是為了在功率變送器出現(xiàn)接地故障時(shí)，避免OPC誤動(dòng)作;發(fā)電機(jī)出口電流由電流變送器從發(fā)電機(jī)電流互感器的二次側(cè)取信號(hào)，轉(zhuǎn)換成Ovation輸入卡件能接受的信號(hào)(0～5 V)。日本三菱公司MHI推薦三菱電機(jī)生產(chǎn)的響應(yīng)時(shí)間為10 ms的電流變送器。

另外，汽輪機(jī)低壓缸入口壓力(ICV后)表征汽輪機(jī)機(jī)械功率。

由于AP1000核電機(jī)組當(dāng)前設(shè)計(jì)的OPC電磁閥為220 V直流電磁閥，而Ovation系統(tǒng)最多只能驅(qū)動(dòng)150 V直流電磁閥，因此需要加裝中間繼電器。當(dāng)前可采購(gòu)到的響應(yīng)時(shí)間較快的繼電器(OMRON MKS－X系列)，其響應(yīng)時(shí)間為30 ms。

4 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)，通常需要利用汽輪機(jī)組數(shù)字電液控制系統(tǒng)的OPC對(duì)汽輪機(jī)組的所有調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行統(tǒng)一管理，在汽輪機(jī)組高、中壓調(diào)節(jié)汽門瞬間同時(shí)關(guān)閉后，測(cè)取發(fā)電機(jī)有功功率的變化曲線。

AP1000核電汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為日本三菱重工的MTC數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為了順利進(jìn)行測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)，利用MTC具有的OPC功能，并對(duì)MTC的OPC控制回路做局部變動(dòng)，以滿足測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)的要求。

根據(jù)AP1000核電汽輪機(jī)組OPC控制保護(hù)邏輯，設(shè)計(jì)了如圖4所示測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)原理圖。

圖4 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)原理

第1路信號(hào)接通至OPC高、中壓調(diào)門的快關(guān)電磁閥中間繼電器輸入端接點(diǎn)，中間繼電器動(dòng)作后就地2個(gè)電磁閥OPC1和OPC2同時(shí)動(dòng)作，將液壓保安系統(tǒng)的OPC控制油壓卸掉，從而使4個(gè)高壓調(diào)門、6個(gè)中壓調(diào)門能夠快速關(guān)閉。

該回路試驗(yàn)開關(guān)接線沒有直接接通到中間繼電器輸出端接點(diǎn)，是因?yàn)闄C(jī)組發(fā)生真實(shí)甩負(fù)荷后，OPC保護(hù)信號(hào)需要通過中間繼電器傳遞，才能驅(qū)動(dòng)OPC超速保護(hù)電磁閥，而中間繼電器客觀存在物理延時(shí)，若直接連接至繼電器輸出端接點(diǎn)，則中間繼電器延時(shí)無法測(cè)取，將影響測(cè)功法試驗(yàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升計(jì)算值。同時(shí)，出于安全考慮因素，也可避免試驗(yàn)過程中試驗(yàn)開關(guān)回路接通強(qiáng)電。

第2路信號(hào)接通至OPC的高、中壓調(diào)門電液伺服閥控制卡，使控制板卡發(fā)往各調(diào)門電液伺服閥的模擬量控制信號(hào)強(qiáng)制置為0V以下，確保4個(gè)高壓調(diào)門、6個(gè)中壓調(diào)門能夠快速關(guān)閉，起到冗余保護(hù)作用。

第3路信號(hào)接通至試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄儀，作為測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)“開始”信號(hào)，即測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)計(jì)時(shí)0點(diǎn)。

這路信號(hào)嚴(yán)格講并不代表發(fā)電機(jī)解列信號(hào)，它模擬核電機(jī)組甩負(fù)荷量超過80%的判據(jù)信號(hào)，從而通過邏輯回路觸發(fā)OPC保護(hù)動(dòng)作。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)解列信號(hào)是在發(fā)電機(jī)出口主開關(guān)動(dòng)作后，通過存在物理延時(shí)的中間繼電器輸出到邏輯控制回路中。實(shí)際上，在發(fā)電機(jī)出口開關(guān)斷開瞬間，發(fā)電機(jī)功率瞬間降為0，機(jī)組甩負(fù)荷超過80%的判據(jù)信號(hào)也是瞬間觸發(fā)的，而且甩負(fù)荷超過80%的判據(jù)信號(hào)理論上比發(fā)電機(jī)解列信號(hào)更快傳遞到OPC電磁閥控制回路，因?yàn)檫@個(gè)信號(hào)判斷回路不存在延時(shí)環(huán)節(jié)。所以，第3回路的設(shè)計(jì)更能真實(shí)反映發(fā)生實(shí)際甩負(fù)荷后OPC控制回路的動(dòng)作響應(yīng)情況，能夠提高測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算精度。

5 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)過程控制

5.1 測(cè)功法甩負(fù)荷汽輪發(fā)電機(jī)組控制

在征詢網(wǎng)調(diào)同意后，按下測(cè)功法甩負(fù)荷三相試驗(yàn)開關(guān)，觀察核電汽輪機(jī)4個(gè)GV與6個(gè)ICV迅速關(guān)閉，發(fā)電機(jī)未與電網(wǎng)解列，發(fā)電機(jī)功率迅速下降，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率若干秒后，測(cè)功法試驗(yàn)結(jié)束。

測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)完成后，可以采取兩種方法對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行處理。

第一，測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)完成后，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率，延時(shí)4 s，核電汽輪機(jī)聯(lián)鎖跳閘，觀察汽輪機(jī)高中壓主汽門、調(diào)節(jié)汽門全部關(guān)閉，再延時(shí)1 s，發(fā)電機(jī)程跳逆功率觸發(fā)，發(fā)電機(jī)出口主開關(guān)斷開，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列。反應(yīng)堆維持30%以下熱負(fù)荷運(yùn)行，反應(yīng)堆熱功率通過二回路的3組旁路排放系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，蒸汽排入凝汽器。試驗(yàn)臨時(shí)接線拆除后，汽輪發(fā)電機(jī)組重新啟動(dòng)、并網(wǎng)。

第二，測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)完成后，反應(yīng)堆維持30%以下熱功率運(yùn)行，發(fā)電機(jī)主開關(guān)維持“并網(wǎng)”狀態(tài)，將核電汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制方式置于“手動(dòng)”模式，并手動(dòng)將4個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽門、6個(gè)中壓調(diào)節(jié)汽門閥位指令置于5%的初始負(fù)荷閥位;然后打開測(cè)功法甩負(fù)荷三相試驗(yàn)開關(guān)，并觀察發(fā)電機(jī)有功功率逆功率現(xiàn)象消失，當(dāng)汽輪機(jī)組及發(fā)電機(jī)有功功率帶初始負(fù)荷穩(wěn)定后，將核電汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)置于“自動(dòng)”控制模式，反應(yīng)堆及汽輪發(fā)電機(jī)組按照熱態(tài)啟動(dòng)曲線進(jìn)行升溫、升壓、升負(fù)荷正常操作。

5.2 測(cè)功法甩負(fù)荷反應(yīng)堆控制

當(dāng)測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)開關(guān)閉合后，3個(gè)單獨(dú)布置的旁路蒸汽排放閥(總共40%額定蒸汽流量)全部快速開啟，以釋放主蒸汽壓力，防止主蒸汽超壓。同時(shí)，防止反應(yīng)堆一回路冷卻劑 RCS溫度迅速增加。

對(duì)于AP1000核電機(jī)組，測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)開關(guān)閉合后，AP1000反應(yīng)堆快速降功率棒控系統(tǒng)(RPRRC)觸發(fā)，預(yù)先設(shè)定的停堆控制棒迅速插入堆芯，反應(yīng)堆熱功率快速降低到與蒸汽排放控制系統(tǒng)(SDCS)設(shè)計(jì)容量相匹配的水平。同時(shí)，功率控制系統(tǒng)繼續(xù)以受控的方式，插入剩下的控制棒組來繼續(xù)降低反應(yīng)堆功率，即實(shí)現(xiàn)溫度控制通道的Tref與Tavg相匹配，防止反應(yīng)堆一回路RCS過熱。反應(yīng)堆的功率最終要降至接近30%額定功率的功率水平。

AP1000反應(yīng)堆預(yù)先選定的停堆棒，根據(jù)堆芯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)BEACON周期性計(jì)算選定用于釋放的控制棒組，并取決于堆芯燃耗和電廠功率水平。

對(duì)于法國(guó)M310壓水堆系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生甩負(fù)荷后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)將自動(dòng)給出30%功率的“最終功率整定值”，反應(yīng)堆控制系統(tǒng)設(shè)定30%功率所要求的溫度調(diào)節(jié)棒R棒、功率補(bǔ)償棒G棒棒位的目標(biāo)值，溫度調(diào)節(jié)棒(R)以72步/min，功率補(bǔ)償棒(G)以60步/min的最大速度下插;一回路溫度的調(diào)節(jié)整定值直接過渡到296.98℃，旁路排放系統(tǒng)至冷凝器閥門打開，排出多余的反應(yīng)堆熱量。

當(dāng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，由于反應(yīng)堆功率變化速度較汽輪機(jī)慢，造成一回路功率大于二回路的現(xiàn)象，結(jié)果一回路溫度上升，一回路冷卻劑因溫度升高體積變大而“擠進(jìn)”穩(wěn)壓器。

由于穩(wěn)壓器液相溫度為飽和溫度(345℃)，而一回路水的溫度約為327.6℃(滿負(fù)荷工況)，低于飽和溫度，導(dǎo)致穩(wěn)壓器內(nèi)水溫、壓力下降，穩(wěn)壓器水位也快速下降。為了保持水位穩(wěn)定，需要投入電加熱器。在該工況下，一回路壓力要保持在15.5 MPa左右:當(dāng)一回路壓力下降時(shí)，比例加熱器發(fā)熱功率加大;當(dāng)一回路壓力上升時(shí)，比例加熱器功率減小。

測(cè)功法甩負(fù)荷過程中，如果達(dá)到了安全限值，由穩(wěn)壓器壓力高、穩(wěn)壓器水位高和超溫引起停堆保護(hù)動(dòng)作。

在100%甩負(fù)荷后，如果蒸汽旁排閥失效不能開啟，那么大氣釋放閥和主蒸汽安全閥動(dòng)作，穩(wěn)壓器安全閥和蒸汽發(fā)生器安全閥的設(shè)計(jì)容量足夠保護(hù)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器失去負(fù)荷時(shí)的超壓情況(不超過110%設(shè)計(jì)壓力)。

6 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

核電汽輪發(fā)電機(jī)組測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，自動(dòng)記錄反應(yīng)堆功率、發(fā)電機(jī)有功功率、一回路冷卻劑平均溫度、穩(wěn)壓器壓力與水位、二回路蒸汽壓力等參數(shù)隨時(shí)間變化情況，繪制響應(yīng)曲線，并進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)的計(jì)算分析處理。

下面以1臺(tái)300 MW亞臨界汽輪發(fā)電機(jī)組測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。XF電廠亞臨界300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000 r/min，額定功率300 MW。

測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)功率變化曲線如圖5所示，從圖5可以看出:汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的OPC保護(hù)動(dòng)作前一瞬間，發(fā)電機(jī)有功功率為301.95 MW，此時(shí)汽輪機(jī)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為3006 r/min。

圖5 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)功率變化曲線

試驗(yàn)曲線中信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系:1～5 V電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)于0～450 MW功率。測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表1。

表1 測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

根據(jù)測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)用測(cè)功法進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果為3208 r/min，即運(yùn)用測(cè)功法計(jì)算出的汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最高可飛升至3208 r/min。采用測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)子飛升值偏高，需對(duì)測(cè)功法試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。

XF電廠300 MW機(jī)組測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子飛升轉(zhuǎn)速修正結(jié)果為3173.8 r/min，而運(yùn)用常規(guī)法進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)取的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子飛升轉(zhuǎn)速為3170 r/min，兩種甩負(fù)荷試驗(yàn)方法所得出的試驗(yàn)結(jié)果基本相符。

7 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)單、安全的甩負(fù)荷試驗(yàn)方法。對(duì)核電機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析、研究可知，核電汽輪發(fā)電機(jī)組采用測(cè)功法進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)目前的核電發(fā)展思路是“采用先進(jìn)技術(shù)，統(tǒng)一技術(shù)路線”，因此，我國(guó)將來的同類型核電機(jī)組將會(huì)占很大比例，而同類核電汽輪發(fā)電機(jī)組，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基本一致，因此采用測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)具有很大的可操作性。

隨著核電機(jī)組單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，核電機(jī)組的安全生產(chǎn)及電網(wǎng)安全必將面臨更大的壓力，而測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)安全、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)可以降低核電機(jī)組試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，并減小核電機(jī)組壽命損耗，因此，測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］房德明，黃夢(mèng)玲，陳思奇.汽輪機(jī)測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)［J］.中國(guó)電力，1997(9):58 －60，73.

［2］徐向東.600 MW核電汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型及仿真［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1991，33(5):6 －9.

［3］何新江，李祥苓，孫守義.超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)長(zhǎng)軸系穩(wěn)定性研究［J］.華電技術(shù)，32(2):16－21.

［4］王志強(qiáng)，何誠(chéng).300 MW機(jī)組甩負(fù)荷精細(xì)化操作［J］.華電技術(shù)，34(10):60 －63.

［5］張軍承.AP1000堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)的分析與研究［J］.華電技術(shù)，2012，34(7):4 －7.

［6］宋洪濤，楊立征.火力發(fā)電機(jī)組快速甩負(fù)荷功能設(shè)計(jì)方案研究［J］.華電技術(shù)，34(11):16－17