核電站汽輪機運行特點與監(jiān)測診斷

劉曉東

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

核電站汽輪機運行特點與監(jiān)測診斷

劉曉東

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

近些年來，核電汽輪機在我國得到了快速發(fā)展。本文首先分析了核電站汽輪機的運行特點，在此基礎上對核電站汽輪機運行性能監(jiān)測診斷的方法措施進行了分析探討，具有一定的工業(yè)參考價值。

核電站汽輪機；運行特點；監(jiān)測診斷

0 引言

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的強勁持續(xù)發(fā)展，電力供需矛盾日益激烈。核電技術的快速發(fā)展，為我國核發(fā)電的發(fā)展提供了巨大的機遇。然而，雖然核電發(fā)展能為社會經(jīng)濟發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活提供充足的清潔能源，但是核電的安全運行問題一直受到人們的關注。隨著計算機和通信技術的不斷發(fā)展，核電站汽輪機的監(jiān)測和故障診斷技術不斷發(fā)展，如何結(jié)合先進技術，加強對核電站汽輪機運行的監(jiān)測，就值得深入探討。

1 核電汽輪機運行特點

1.1 參數(shù)低

現(xiàn)階段我國大多數(shù)核電站為壓水堆核電站，該類核電站一回路中通常具有較低的參數(shù)，這就導致二回路主蒸汽參數(shù)也相對較低。一般來講，火電汽輪機與核電汽輪機在功率相同的情況下，核電汽輪機在蒸汽做功時，會需要較大的主蒸汽流量，其焓會下降。因而對于相同背壓和容量的機組，由于核電汽輪機參數(shù)低，其低壓排汽面積是火電汽輪機低壓排汽面積的2倍左右。

1.2 汽水分離再熱器

一般情況下，火電汽輪機的熱量來源于鍋爐，而核電不同于火電，它進行再熱的工作原理不是反應堆，而是利用高壓抽汽與新汽。核電汽輪機再熱的參數(shù)來源于其熱力系統(tǒng)，與核島沒有任何關系。核電的再熱能夠有效的去濕，避免出現(xiàn)過大的低壓排汽濕度，能夠提升循環(huán)效率。此外，核電汽輪機再熱方案一般有兩種：第一，單級再熱；第二，雙級再熱，也稱作“梯級加熱”，由于雙級再熱傳熱溫差小，效率高，因而該種再熱方案在實際中應用比較廣泛。

1.3 節(jié)流調(diào)節(jié)

一般來講，核電站汽輪機的調(diào)節(jié)方式包括噴嘴調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)這兩種。其差別在于：節(jié)流調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)方式不具有調(diào)節(jié)級，其變工況的效率較低，設計工況的效率較高；而噴嘴調(diào)節(jié)恰恰與節(jié)流調(diào)節(jié)相反。目前對于我國的核電站汽輪機而言，節(jié)流調(diào)節(jié)方式的應用是較為普遍的，其原因包括兩個方面：一方面，核電采取的是定期換料機制，因而變工況的效率不具備任何意義；另一方面，核電主要帶基本負荷。

2 核電汽輪機性能的監(jiān)測診斷

2.1 性能監(jiān)測及故障診斷原理

第一，針對核電汽輪機的任何一個部件，結(jié)合其性能，設定一組特性參數(shù)；第二，對熱力參數(shù)進行實時在線監(jiān)測，并以此為依據(jù)開展熱力計算，從而得出核電汽輪機的各項性能指標；第三，觀察機組運行狀態(tài)，判斷其正常與否；第四，若機組運行異常，則需更進一步的對各部件特性參數(shù)進行計算；第五，以各個特性參數(shù)的變化為依據(jù)，對機組的故障進行判斷。一般而言，在選擇核電汽輪機各個特性參數(shù)時，要注意其能夠充分全面的反映部件性能。比如一個級組可以選擇等效通流能力與級組內(nèi)效率這兩個指標參數(shù)。

2.2 性能監(jiān)測及故障診斷方法

第一，特征通流面積表征。在級段變工況時運用特征通流面積這一表征量，能夠展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。也就是說，可以利用特征流通面積這一特征量來表征核電汽輪機通流級段性能，并將其用于核電汽輪機運行性能的監(jiān)測診斷中。一般來講，在核電汽輪機運行時，葉頂汽封與隔板汽封出現(xiàn)磨損、葉片型面出現(xiàn)機械損傷或者積存污垢、隔板流道被異物堵塞、級段后閥門開度出現(xiàn)異常、隔板持環(huán)或氣缸分面出現(xiàn)漏汽現(xiàn)象等都會對特征通流面積產(chǎn)生影響。如果某級段的特征流通面積超限，可以斷定該級段就是問題的根源所在，此時可以分析有關數(shù)據(jù)，找出解決方案，比如過熱區(qū)發(fā)生故障，可把級段效率當作輔助參數(shù)，在此基礎上進行故障診斷。此外，特征流通面積還會受一些機械故障的影響，比如大機組上的一只短葉片斷落時，僅會對軸系振動產(chǎn)生極為微弱的影響，甚至有時候只有在大修時才能對這種影響有所發(fā)現(xiàn)，這種情況下形成的損失是比較大的；如診斷時采用特征流通面積，由于葉片斷落會增大流通面積，因此會使特征流通面積這一特征量發(fā)生改變。

第二，小誤差熱平衡法。一般來講，若要對核電汽輪機各通流級段的特征流通面積進行監(jiān)測，首先要計算其熱平衡圖。方法如下：首先，將通流干效率設為初值，計算熱力循環(huán)的工質(zhì)與能量平衡，得出輸出軸功率；其次，反推發(fā)電機實測功率，得出輸入功率，比較發(fā)電機輸入功率與汽輪機輸出軸功率。若兩者不平衡，則需對效率進行調(diào)整并重新計算，使兩者間的偏差達到可接受的范圍為止。通常情況下，為了增強熱平衡圖的真實性，可引入凝結(jié)水流量、高壓缸功率等條件作為約束。小誤差熱平衡法的應用原理主要在于利用了核電汽輪機汽水流量分配對級段通流效率具有極低的敏感性這一特點。運用小誤差平衡法對工質(zhì)平衡進行計算，得出的結(jié)果與真實狀況十分接近，只有進、排氣焓的真實度無法確保。此外，核電汽輪機熱效率精確值的確定可通過計算發(fā)電機功率測量值與熱平衡試驗得出。因此，核電汽輪機是否與基準性能有所偏離，可由此進行準確的判定。大多數(shù)情況下核電汽輪機性能的偏離是由通流效率偏低所致，此外還有一個較為普遍的現(xiàn)象就是工質(zhì)平衡偏離引發(fā)的性能偏離，比如汽水內(nèi)漏、再熱壓損過大、再熱抽汽分配不均或流量過大等。因此，利用小誤差熱平衡法獲取真實的工質(zhì)平衡狀況，對核電站汽輪機性能的監(jiān)測診斷具有十分重大的意義。

3 總結(jié)

總而言之，通過分析核電汽輪機運行特點，提出采用特征通流面積及小誤差平衡法對核電站汽輪機進行故障監(jiān)測與診斷，能夠提升其監(jiān)測精度，有效確保核電站的正常穩(wěn)定運行。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.132

劉曉東（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，哈爾濱汽輪機廠有限責任公司工程師，研究方向∶汽輪機技術。