核电机组热力性能试验结果分析与应用

杨双涛

（中广核工程有限公司，广东深圳518124）

1 引言

核电机组热力性能试验是检验核电厂建造质量，评价核电厂经济性的主要手段。论文选取某核电厂X号机组热力性能试验结果进行分析，同时就试验结果的应用提出了建议。

2 机组概况与试验情况

2.1 机组概况

该机组汽轮机采用三缸四排汽凝汽式型式，采用一个高压缸，两个低压缸，为双排汽结构，高低压缸之间布置有汽水分离再热器，以提高低压缸的进汽参数。机组设计额定功率为1086MW，转速1500rpm，高压主汽门前蒸汽额定压力6.43MPa，额定温度280.1℃，额定湿度0.47%，额定进汽流量1613.400 kg/s，额定冷却水温25℃，额定背压5.78 kPa，额定给水温度226.0℃。

2.2 试验情况

该机组热力性能试验依据ASME PTC6-2004中的简化试验标准执行，试验共采集数据点110多个，涉及修正项目合计15项，主要修正项目有热功率、主蒸汽压力、主蒸汽湿度、循环水流量、循环水温度和汽轮机排汽压力等。以下为主要修正项目的修正量数据表：

表1 试验数据

3 试验数据分析

从以上数据可以看出，影响热力性能试验结果比较大的修正量依次为热功率、循环水温度和循环水流量（与汽轮机排汽压力等效）、功率因数、主蒸汽压力等。该机组出力达1117.6MW，与设计值相比超出31.6MW。针对机组出力考核值远高出设计值的情况，分析其试验数据是否反映了机组的真实状态显得尤为重要，以防止机组一回路出现超功率事件，确保机组高效、安全运行。以下将从影响机组功率因素的几个方面进行分析。

①核岛热功率的影响

对于相同类型的核电机组，核岛提供给汽轮机的热负荷越大，机组的功率就会越高。根据机组功率随热负荷变化的曲线，可得出核岛热功率变化1%，机组功率变化1%。该机组试验时的热功率测量值为2867MW，热功率测量主要依据的是测量SG进出口的压力、温度和流量，然后通过一、二回路热平衡得出热功率。对于热功率测量准确性来说，流量测量十分重要。

②主蒸汽压力影响

在相对额定工况下，根据主蒸汽流量与主蒸汽压力曲线的关系，可得出机组功率随主蒸汽流量的增加而增大。随着主蒸汽流量（一回路热功率）的增加，汽机主汽阀前蒸汽压力呈下降趋势，调节阀后蒸汽压力呈增加趋势。调节阀后压力间接表示主蒸汽流量。在试验时主汽阀前蒸汽压力比设计值高，主蒸汽压力高，进入MSR二级再热器加热蒸汽温度高，再热蒸汽温度略高（压损大），有利于降低末级叶片湿度，提高低压缸有效焓降，同时二级再热器疏水温度高，吸热量一定情况下，再热器所需新蒸汽量大，对机组功率影响一正一负，可相互抵消。

③主蒸汽湿度影响

在相对额定工况下，机组功率随着蒸汽湿度的减少而增加。根据主蒸汽湿度与机组功率曲线的关系，主蒸汽湿度的测量主要是通过在二回路加入示踪剂的方法测量。从试验结果来看，湿度的修正量并不大。

④循环水温度的影响

在一定范围内，机组功率随着海水温度的升高而降低，而海水温度的高低直接影响了汽轮机的排汽压力。该机组热力性能试验时，循环水温度为29.8℃，引起的修正量为14.4MW，因此循环水温度测量的准确性对试验结果影响的重要性不言而喻。

4 试验结果应用

核电机组热力性能试验结果除用于机组整体性能评价外，还可在如下几个方面进行应用。

4.1 主给水流量测量孔板检查

根据前文分析结果来看，需要我们重点关注的是热功率的测量，根据该机组试验修正结果，热功率修正项目引起的修正量为14.9MW。主要原因分析为：主蒸汽压力的测量（共四组）、海水温度测量（共四组）、功率因数测量（共三组）、汽轮机排汽压力测量（共八组）等这些测量虽然对结果影响比较大，但在测量的准确性与交叉比对上有比较好的手段，其结果的可信度也是非常高的。然而对于热功率测量，其基础是主给水流量测量，主给水流量测量是采用孔板测量压差方式取得的，也就是说孔板的设计、制造、安装等过程的可靠性直接决定了流量测量的准确性。另外核电机组功率是以二回路热平衡所测量的功率为依据，核功率、热功率均以二回路热平衡测量的热功率来进行标定。

4.2 凝汽器热力性能验证

通过机组热力性能试验所测得的试验数据，可以用于分析凝汽器的热力性能、严密性等是否达到设计要求。凝汽器运行性能的优劣，主要表现在凝汽器压力、凝结水过冷度和凝结水品质等几个方面。凝汽器压力的升高和凝结水过冷度的增加都会导致机组经济性的降低。该机组热力性能试验所测得的数据用于评价凝汽器性能的数据表：

表2 试验数据

从以上数据表可以看出，凝汽器性能达到了设计值，机组度夏能力较强；从另一方面来讲，机组的背压修正曲线与循环水温度、循环水流量修正曲线是一致的，因此可以从两者修正结果的方面来判断凝汽器性能的好坏。从数据来看，机组热力性能试验时背压修正为13506.47kW，循环水温度修正13801.81kW、循环水流量修正-700.33kW，两者结果是基本一致的，也说明了凝汽器性能是达到设计要求的。在某些时候，由于核电机组受制于机组安全、风险控制要求，满功率平台的凝汽器真空严密性是无法实施的，在此情况下可以用上述方法来判断凝汽器的严密性是否合格。

4.3 二回路回热系统性能验证

按照前文所列的试验修正项目，利用机组热力性能试验所采集的数据进行给水加热器的端差、主给水泵焓升等方面的修正结果，即系统修正，可以得出试验循环工况与规定循环工况的偏差，从而判断出回热系统设备的运行情况。

另外根据机组修正曲线计算也可以得出回热系统的端差、焓升等修正量比较小，同样反映了二回路回热系统达到了设计要求。

5 结论

本文以某核电厂热力性能试验数据分析及应用的情况为例，探讨了一套热力性能试验数据分析及应用的方法，能够为核电机组在工程建设以及机组运行时提供性能验证、故障诊断、经济效益评价等方面的服务。