关于核电站汽轮机运行监测与诊断探讨

关于核电站汽轮机运行监测与诊断探讨

周洋陈颖

中国核电工程有限公司

摘要：核电站是通过合适的装置将核能转换为电能的重要基地，有效减少了化石能源发电带来的环境污染，但同时安全性也被人们担忧，其运作过程中带来的放射污染具有极大的危害，核电站安全生产必须做好监测和诊断。在这个背景下，计算机和通信技术的发展给核电站的监测和诊断方式开辟了新道路。本文主要围绕核汽轮机的运行特点来探讨如何通过二回路热力性能在线监测与诊断系统来对其进行监控，并简单介绍该架构。

关键词：核汽轮机；检测；诊断系统；

一、核汽轮机运行特点分析

我们都知道两大基本定律：质量守恒定律和能量守恒定律，而核汽轮机调节模型就是在这两者的基础上建立的。作为核电站中最重要的被监控对象，建模过程中，核汽轮机的工质是核反应释放热能所产生的蒸汽，属于单相可压缩流体，其遵循机械能守恒定律。核汽轮机采用流体网络体系，为其建立图形化的介质模型可以摸清其中每个回路节点的温度、流量、压力、焓值还有管道与周边环境间的传热等。控制核汽轮机的方法常用的有四种：

1、转速控制。核汽轮机常用两种方法调节转速，一种是功率调节，一种是转速调节。功率调节需要联机，转速调节则单机就可以了。蒸汽流量的大小是依靠起支配作用的蒸汽阀门的转动角度来决定的，同时蒸汽回路的类型也有两种，一回路借助冷却剂将核能携带出来传入蒸汽发生器，二回路负责将从蒸汽发生器传出来的核能将水转变为蒸汽，这两种回路都属于闭合管道回路。整个系统在正常运行的情况下，其转速设定的速度值应该与其反馈值相同。

2、负荷控制。在汽轮机负荷控制方面也主要有两种，分别为手动和自动。自动控制汽轮机的负荷状态时，系统要将检测到的当前负荷值与预设的负荷值进行对比，对低速PI值和高速PI值的差做好平衡处理，然后再按照偏差的比例、积分和微分进行计算，即PID计算方法，得到相应的负荷需求值，用来控制气阀转动的角度，一般小于90度。手动控制汽轮机的负荷就是操作用户界面的装置和按钮等。

3、压力控制。高压缸是核汽轮机的主要构成部分，高压缸入气口的压力可以代表汽轮机负荷的变更，直接观察入气口的压力表值就能判断当前汽轮机负荷状态，通过这种方式可以根据实际情况判断并控制汽轮机负荷状态，保证汽轮机在正常压力下运行。

4、应力控制。温度升高时，汽轮机内的蒸汽在温度变化下会膨胀，但由于汽轮机的构造可能会导致蒸汽不能自由彻底膨胀，从而发生热应力，当热应力过大，汽轮机可能会变形。为了保护汽轮机的关键零件，首先需要监控热应力状况，监测当前应力控制信号的数值以及节点的应力数值，经过计算得出应调节的数值，然后通过调节转子的温差、气缸内的温差以及电机本身的负荷来控制热应力。

二、核汽轮机监测与诊断系统的架构与功能

1、系统构造。核汽轮机监测与诊断系统主要由数据采集系统、数据处理系统、执行机构、数据备份系统、网络交换机以及各核心硬件设施组成[2]。其中数据采集系统统一收集所有子系统中监测的数值，实时传送至采集计算机再将处理过的数据存储到数据库中；由数据处理系统运算完毕的数据将会通过数据库发送给各执行机构；从名称上可以看出来，数据备份系统则是备份各种监测数据以供用户不定时检查。

2、系统功能。创建汽轮机调节模型的建立主要是基于模块化设计原则，其主要功能有：实时监测、数据计算、偏差分析、试验平台、工况寻优、故障诊断和生产报表[1]。

（1）实时监测。汽轮机的调节系统会将系统分成许多个分支系统，及时且请准的监控完整的生产流程，同时可以实时监控与测量汽轮机中各项重要信号的值，如温度、流量等。监测过程中还会实时将监测到的数值以图表的方式反馈至用户界面，其中包含柱状图、折线图以及扇形图等可以给予用户不同的分析体验，方便用户进行不同方向的分析和监控这些参数，更直观地掌控汽轮机和核电站的运行情况。

（2）数据计算。系统将监测到的信号数值发送至数据计算系统中，由数据计算系统对比解析，系统可以自动并实时检查出信号数值是否出现异常或部件是否有故障。数据计算系统可以通过多种算法分析数据，提高了整个系统的监测精度。

（3）偏差分析。偏差分析模块根据预设时间，会定时提取数据库中存储的监测值与现有运行状况表中的最优值进行差异分析。

3、系统注意事项。首先，核汽轮机采用的是核反应发生热能对水做功产生水蒸汽，区别于火电汽轮机，核汽轮机需要将从高压缸内出来的蒸汽内的水分分离出去，再将分离出来的干蒸汽加热。为了进一步保证蒸汽内的水分被完全过滤掉，提高生产效率，核汽轮机还需要配置除湿设备和排水系统。另外，核反应堆的热功率决定了核汽轮机的生产功率，为了保证实时监测数据的精确度，必须针对核汽轮机的性能制作能完整准确地表现其热平衡状态的图表。

三、结语

综上所述，当前我国核汽轮机的监控和诊断水平有待提高，在此背景下，仔细研究蒸汽的二回路系统，参考二回路系统中控制系统的特点，为核汽轮机的监测与诊断实现精准化、自动化奠定技术基础。

参考文献

[1]董丽丽.核汽轮机调节系统建模与仿真[J].发电设备，2013（1）.

[2]邓德兵.核汽轮机运行性能检测与诊断[J].动力工程学报，2011（8）.