福清核電廠汽輪機進氣閥調(diào)節(jié)控制的實現(xiàn)

毛淵凱，王必勇，劉 海

福建福清核電有限公司，福建福清 3503000

1 汽輪機進氣閥調(diào)節(jié)控制的意義

汽輪機作為核電廠熱能—機械能轉(zhuǎn)換的關鍵設備，其運行的好壞將直接影響到核電廠運行，也將關系到核安全。汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)汽輪機進汽閥對機組實施轉(zhuǎn)速控制、并網(wǎng)控制、負荷控制、頻率控制，使機組安全和經(jīng)濟地運行于各種工況，滿足供電的頻率和功率的要求。

2 福清核電廠汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

2.1 P320 控制器

P320 控制器的硬件安裝在GRE001-005AR 五個機柜內(nèi)，柜內(nèi)包括通訊控制器CCL、調(diào)節(jié)控制器STG、實時數(shù)據(jù)庫處理Field I/O、保護控制器STP 四組控制器；閥門模塊、LOCAL HMI、時鐘同步裝置、網(wǎng)絡連接設備及電源單元等。

2.2 人機界面

操作員站為運行人員提供友好的操作和監(jiān)視界面，操作員可以啟動何種功能或輸入相關參數(shù)和指令。操作員站能實時刷新汽機狀態(tài)信息，并以歷史記錄的方式提供汽機各方面的信息。

2.3 轉(zhuǎn)速測量設備

GRE 系統(tǒng)沒有獨立的轉(zhuǎn)速探頭，轉(zhuǎn)速信號是由GSE 系統(tǒng)的4 個轉(zhuǎn)速探頭GSE001-004MC 測量。每個工作探頭測得的轉(zhuǎn)速信號進入超速保護卡FT3124，一路做閾值判斷用于超速保護動作，另一路經(jīng)過放大器放大后輸出到STG 控制器的轉(zhuǎn)速測量模塊STI171。

2.4 汽輪機進氣閥

汽機進汽閥布置于主蒸汽母管與HP 進汽口之間，以及再熱器與汽輪機IP 進汽口之間。所有調(diào)節(jié)閥油動機均為連續(xù)控制型單作用缸，即閥門的開啟靠油壓力作用，閥門的關閉靠彈簧力。電液伺服閥是電液轉(zhuǎn)換元件，它接受GRE 控制指令，控制進入油動機活塞下油壓，使其克服彈簧力作用將閥門開啟；與閥門剛性連接的位移傳感器將閥門位置信號反饋到GRE 計算，如二者有差，GRE 將給出指令調(diào)整閥門位置，直到給定與反饋相等。此時汽機閥門就穩(wěn)定在某一平衡位置，直到GRE 指令（給定）改變。這是一個典型的閉環(huán)控制回路，GRE 可以將調(diào)節(jié)閥控制在0 ～100%范圍內(nèi)的任意位置。

3 福清核電廠汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制原理

3.1 速度控制及并網(wǎng)

速度控制有具體兩種模式：基本控制（BC）和自動控制（AC）。

3.1.1 基本轉(zhuǎn)速控制

基本轉(zhuǎn)速控制回路的主要功能是手動給定轉(zhuǎn)速目標值、轉(zhuǎn)速控制、并網(wǎng)、停機保護復位后迅速升速啟動功能。操作員在主控制室中，通過DCS 操作員站上的汽輪機主控制畫面中的GRE500KM 上給出速度給定值，它經(jīng)過變化率限制、上下限限制、量綱函數(shù)轉(zhuǎn)換后送至加法器，在加法器上加上（ fK?）即產(chǎn)生轉(zhuǎn)速控制信號。

3.1.2 自動轉(zhuǎn)速控制

自動轉(zhuǎn)速控制回路除具備基本轉(zhuǎn)速控制回路的所有功能外，它的轉(zhuǎn)速給定值可以根據(jù)實際工況自動設定，由于回路中增加了比例積分環(huán)節(jié)，所以在AC 控制方式下，轉(zhuǎn)速給定值在升、降過程中都有保持功能和速率控制功能。

3.1.3 并網(wǎng)控制

當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速時，操作員可以通過負荷開關來進行并網(wǎng)。如果檢查正常，則可按下同期啟動開關，同時啟動同期裝置，后者對發(fā)電機出口電壓和電網(wǎng)電壓進行頻率、幅值、相位比較，并根據(jù)它們的頻率差值隨時調(diào)整并網(wǎng)開關合閘的時間超前量，以保證相位在0°時高壓開關動作。高壓開關的閉合信號將送至GRE 控制邏輯，作為速度控制模式轉(zhuǎn)換為負荷控制模式的切換信號。

3.2 并網(wǎng)后的速度及頻率控制

機組并網(wǎng)后即轉(zhuǎn)換為負荷控制模式，負荷模式有3 種方式。

3.2.1 基本負荷控制方式（BC）

當機組并網(wǎng)成功后，自動轉(zhuǎn)換為負荷控制模式，同時發(fā)出一個1 秒鐘的負荷模式脈沖，此脈沖使BC 負荷控制的輸出值自動變?yōu)樽钚∝摵?loadPmin，此時機組帶最小負荷可以保證汽輪發(fā)電機的設備安全。最小負荷是系統(tǒng)得到高壓開關合閘信號后必帶的，操作員此時無任何手段進行干預。所帶的最小負荷值等于汽輪機當時的K?f fn+5%，然后操作員可以通過DCS操作員站上的汽輪機主控制畫面中的KCO128KM 給出負荷指令。

3.2.2 自動負荷控制方式（AC）

AC 控制方式下，負荷設定值由下列因素決定：操作員給出負荷目標值；跟蹤方式時的跟蹤值；Program device off（HOLD）時當前保持值；根據(jù)當前運行工況給出的負荷上下限及負荷變化率限制；最大蒸汽流量限制值；由操作員給出或由反應堆當前運行工況給出的壓力限制值；二回路系統(tǒng)故障引起的RunBack 減負荷值。

3.2.3 負荷控制器回路（load controller）

負荷控制器回路是負荷控制自動化最高的回路，在此回路中負荷給定值可以由主控室操作員給定，也可以切換由中調(diào)給定。

3.3 汽輪機快速減負荷控制(RUNBACK)

汽輪機快速降負荷主要由以下因素造成：操作員決定快速降負荷；發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)要求；MSR 再熱器疏水系統(tǒng)要求；電動給水泵運行工況要求；反應堆控制系統(tǒng)要求。這些信號都是通過硬接線送至GRE 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的。

3.4 帶廠用電負荷運行模式

機組正常運行時并入電網(wǎng)，向電網(wǎng)供電，此時一旦高壓開關斷開，汽輪機將快速甩負荷，若未發(fā)生停機、停堆情況，則機組即轉(zhuǎn)入帶廠用電運行模式，廠用電運行模式的復位條件為：汽輪機保護動作（三取二跳閘）或AC 負荷控制指令小于0.1%。

4 結(jié)論

通過對福清核電廠汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及控制原理的分析說明，綜合分析得出福清核電廠是如何在并網(wǎng)前、并網(wǎng)后、快速減負荷和帶廠用電負荷等不同情況下實現(xiàn)汽輪機進氣閥的調(diào)節(jié)控制。結(jié)果表明福清核電廠汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對汽輪機進氣閥的調(diào)節(jié)控制,滿足電站不同情況下的運行要求。但在后續(xù)的設備安裝調(diào)試階段，還需根據(jù)現(xiàn)場實際，不斷微調(diào)內(nèi)部的函數(shù)及偏置參數(shù)，以達到最佳的運行效果。

[1]商幼明.福建福清核電廠高級運行.福清核電廠內(nèi)部資料，2011，12.