CAP1400主汽轮机控制概述

阎坤

摘 要 主汽轮机控制是通过自动调节进入汽轮机的主蒸汽流量来控制汽轮机转速及负荷的。它具有转速控制功能、负荷/流量控制功能、压力控制等功能。

关键词 DEH;基于NUCON平台的人机界面

1 概述

CAP1400作为国内首台自主三代核电机组，采用的是国内NUCON平台，围绕安全性和可用性而生成的汽轮机调节系统（DEH）控制，区别于基于可视化操作平台（VDU）的汽机控制系统来实现二回路和一回路的匹配的AP1000机组。汽轮机调节系统（DEH）是通过控制进入汽轮机的蒸汽流量，来控制汽轮机的转速和负荷。其操作对象是高压调节阀，高压主汽阀，中压调节阀，中压主汽阀。在汽轮机所有运行阶段，包括正常运行和瞬态运行，DEH能实现：转速控制功能、负荷/流量控制功能、压力控制功能、热应力计算功能、汽轮机自动启动控制功能、快卸负荷功能、限制功能[1]。

2 系统功能

2.1 转速控制功能

转速控制包括转速调节、超速和加速度限制。通过高压调节阀控制进入汽轮机高压缸的主蒸汽量，按照设定的升速率使汽轮机升速。AP1000设置的是MSV（高压主汽阀）的小流量预启阀来控制的。CAP1400采用大流量的高压调节阀来控制汽轮机从盘车转速到额定转速，其控制效果在福清机组得到很好的验证。在操纵员站选择目标转速后，系统根据汽机启动状态自动选择升速率，通过选择程序按钮“进行”，使汽轮机以选定的升速率升速到目标转速。汽轮机达到目标转速后，将自动选择程序“保持”状态，汽轮机转速保持不变。关于升速率的设置如表1所示。

升速控制期间，高中压主汽阀必须全部打开，升速前，中压调节阀的初始开度为5%左右，高压调节阀的初始开度为0，汽轮机转速是由高、中压调节阀控制的，调节阀根据流量需求调节开启，采用比例控制叠加转速偏差的函数补偿来实现，最终达到减小参考转速和實际转速的偏差的转速调节功能。汽轮机超速限制功能由比例阀实现。当机组出现特殊工况（如甩负荷）时，汽轮机负荷和发电机功率出现不平衡，汽轮机加速度保护（ACC）动作，比例阀接受电流信号动作，使高、中压调节阀迅速关闭，确保汽轮机转速小于107%额定转速，防止汽轮机超速。

2.2 负荷/流量控制功能

闭环控制：汽轮机负荷根据操纵员设定的目标负荷可以从额定负荷的0%变化至100%。根据负荷参考值和瞬时差值（给定负荷与实际负荷），负荷控制器计算出一个开度信号P0，加上来自转速控制器的网频偏差信号K·△f（K为比列系数，△f为网频与额定转速偏差），这个合成信号对应调节阀开度参考值，再通过阀位回路控制调节阀的实际开度连续变化。开环控制：此时功率闭环切除，处于阀位控制模式，汽轮机通过一次调频回路参与电网调节。

2.3 压力控制功能

汽轮机进汽压力控制是为了限制高压缸入口蒸汽压力最大值或限制其增加速率，以限制汽轮机负荷。进汽压力控制包括两种模式：正常压力控制模式、反应堆压力控制模式。正常压力控制模式下，当机组出力大于限值时，压力控制自动减少蒸汽需求，直至实测压力小于参考压力（参考压力设定的操作在人机界面上实现）为止，当机组出力降回至限值以下，压力控制自动退出。反应堆压力控制模式下，当反应堆功率到达96%额定功率时，DEH自动将压力参考值调整为汽轮机进气压力实际值，以限制进一步升负荷;操纵员在人机界面上点击压力闭锁释放后，汽轮机参考压力按照0.3%/min的速率增至102%，防止接近满功率时参数异常。

2.4 热应力计算功能

启动时，蒸汽将热量传给转子外表面和转子中心孔，中心孔和外表面存在温差;其温差大小主要与蒸汽温度变化率成正比，温差越大，转子热应力也越大。启动时转子表面产生热压应力，中心孔产生热拉应力;停机时相反;正常运行时，由于径向温差变得很小，转子内的热应力基本消失。汽轮机转子热应力的最大值通常出现在高压转子的调节级和中压转子的第一级附近。DEH通过采集高压进汽压力测量值，利用系统内置的转子表面温度和转子热应力函数模型，计算出汽轮机的转子实时热应力，作为监视和控制汽机启动、运行和寿命管理的依据。

2.5 汽轮机自动启动功能（ATC）

自动实现汽轮机从启动-升速-并网-带初负荷-带满负荷的过程（不包括辅机系统的自动控制）。操纵员根据机组状况对机组进行挂闸，启动ATC功能，机组自动设定目标转速，自动选择升速率根据经验曲线升速至额定转速，转速自启动结束。等待并网后，自动带上初负荷，操纵员设定目标负荷，投入功率闭环，机组自动设定升负荷率升至满负荷。

2.6 快卸负荷功能（RB）

DEH具备快卸负荷功能，分为反应堆故障快卸负荷和MSR故障快卸负荷。反应堆故障快卸：汽轮机以X%/min快速降负荷至W%;汽轮机以Z%/min快速降负荷至最低负荷。MSR故障快卸：MSR再热系统故障且疏水箱液位过高的情况下，汽轮机以100%/min快速降负荷至10%。

2.7 限制功能

负荷限制包括流量限制和压力限制。负荷限值最高为102%，最低负荷一般设为5%，避免低负荷期间逆功率。流量限制通过阀位控制来保证负荷限值低于目标负荷值;压力限制通过控制开度来维持蒸汽压力。

参考文献

[1] 高树强，李远锡.300MW核电汽轮机的设计[J].动力工程，1988 （6）：6-11.