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    某項(xiàng)目一期工程一號(hào)機(jī)組商運(yùn)期間，在滿功率時(shí)，發(fā)生汽機(jī)主調(diào)節(jié)閥頻繁動(dòng)作的問題。主調(diào)節(jié)閥頻繁波動(dòng)不滿足法規(guī)DL/T996 - 2006要求（系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程應(yīng)能迅速穩(wěn)定，振蕩次數(shù)不應(yīng)超過2-3次）。其他核電項(xiàng)目也有類似問題。

目前的臨時(shí)修改策略是：

①對(duì)主調(diào)節(jié)閥閥位控制環(huán)節(jié)中的Vickers卡死區(qū)補(bǔ)償進(jìn)行重新調(diào)整；

②對(duì)主調(diào)節(jié)閥組態(tài)曲線進(jìn)行局部優(yōu)化，即對(duì)55%區(qū)域斜率進(jìn)行修改。但是，隨著核島蒸發(fā)器出口蒸汽壓力VVP持續(xù)下降，主調(diào)節(jié)閥在功率滿功率下開度將持續(xù)增大，閥門調(diào)節(jié)還是有可能進(jìn)入頻繁波動(dòng)區(qū)，使閥門油動(dòng)機(jī)供油軟管可能發(fā)生壓力脈沖，極易發(fā)生應(yīng)力疲勞損壞。因此，需要對(duì)主調(diào)節(jié)閥頻繁波動(dòng)問題進(jìn)行深人研究，提出更好的解決辦法。

1  問題原因分析

    導(dǎo)致問題的直接原因是滿功率運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)工作在調(diào)節(jié)閥組態(tài)陡峭區(qū)域。核電汽機(jī)主調(diào)節(jié)閥機(jī)械特性曲線和組態(tài)特性曲線如圖l所示。

    閥門特點(diǎn)是：為滿足汽輪發(fā)電機(jī)組暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制、升負(fù)荷速率控制要求，汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)閥門具備小開度下良好調(diào)節(jié)性能；同時(shí)，與汽輪機(jī)設(shè)計(jì)通流容量相匹配，通流能力裕量不需要過大。從運(yùn)行記錄可知，2014年1月20日，某項(xiàng)目1號(hào)機(jī)運(yùn)行功率平臺(tái)2 900 MW（核功率），發(fā)電功率1 125 MW，4個(gè)主調(diào)節(jié)閥閥位開度為56% - 61%，處于調(diào)節(jié)振蕩區(qū)域。

1.1汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)閥工作原理

    主汽調(diào)節(jié)閥控制示意圖如圖2所示。汽輪發(fā)電機(jī)組在自動(dòng)控制模式下，設(shè)置目標(biāo)負(fù)荷后，將轉(zhuǎn)速信號(hào)和實(shí)測(cè)功率與之相比較，經(jīng)比例積分( proportion andintegration，PI)控制器運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為蒸汽需求量(SD)信號(hào)。SD信號(hào)經(jīng)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)主汽閥組態(tài)特性函數(shù)（曲線），轉(zhuǎn)換為控制閥閥位信號(hào)。閥位信號(hào)經(jīng)過P（比例）控制器運(yùn)算，并與比例閥閥位信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，將閥位控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過電液放大器( electro hydraulic amplifier，EHA)模塊轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)；利用CFR高壓油壓力，驅(qū)動(dòng)主汽調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)，調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量，使實(shí)際負(fù)荷和目標(biāo)負(fù)荷一致，同時(shí)，跟蹤機(jī)組轉(zhuǎn)速（電網(wǎng)調(diào)頻）變化，進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。

    在圖2所示閥位控制環(huán)路3中，由于EHA模塊電液轉(zhuǎn)化比例閥在機(jī)械構(gòu)造上都存在機(jī)械交迭，形成機(jī)械零位死區(qū)。為了補(bǔ)償這種機(jī)械偏差，Vickers卡設(shè)置補(bǔ)償功能，即在P控制器后設(shè)置一個(gè)死區(qū)補(bǔ)償( dead bandcompensation，DBC)（在Vickers卡中），用于調(diào)整系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能。

1.2堆一機(jī)功率調(diào)節(jié)原理

堆一機(jī)功率調(diào)節(jié)控制筒圖如圖3所示。

    正常運(yùn)行情況下，操作員在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置目標(biāo)負(fù)荷和升負(fù)荷速率。當(dāng)汽輪機(jī)控制模式（80信號(hào)置“l”）為“自動(dòng)”時(shí)，目標(biāo)負(fù)荷變?yōu)?#8220;負(fù)荷參考值”72信號(hào)送往核島棒控系統(tǒng)，作為G棒功率調(diào)節(jié)信號(hào)，使反應(yīng)堆輸出熱功率與目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的核島熱功率相同。同時(shí)，目標(biāo)負(fù)荷經(jīng)與實(shí)測(cè)功率偏差、轉(zhuǎn)速偏差、加速度偏差進(jìn)行PI運(yùn)算后，經(jīng)汽機(jī)主調(diào)節(jié)閥組態(tài)運(yùn)算變?yōu)殚y位信號(hào)，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽量，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與目標(biāo)負(fù)荷一致。當(dāng)汽輪機(jī)控制模式（80信號(hào)置“0”）為“手動(dòng)”時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組采用開環(huán)控制模式，發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)功率不參與偏差運(yùn)算。目標(biāo)負(fù)荷經(jīng)組態(tài)特性曲線變換后，調(diào)整汽機(jī)主調(diào)節(jié)閥在相應(yīng)位置，發(fā)電機(jī)輸出功率有可能與目標(biāo)負(fù)荷不一致。而此時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)( GRE)送往反應(yīng)堆棒控的目標(biāo)負(fù)荷信號(hào)變?yōu)?#8220;開度參考值”74信號(hào)，反應(yīng)堆輸出熱功率與目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的核島熱功率相同。由于反應(yīng)堆采用開環(huán)控制模式，為了防止堆芯功率超過運(yùn)行限值，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)統(tǒng)

( GRE)設(shè)置了兩個(gè)參數(shù)用于限制二回路功率（汽輪機(jī)進(jìn)汽量），即“進(jìn)汽壓力整定值”76信號(hào)和“操縱員SD限值”82信號(hào)，可由操作員在控制界面中設(shè)置，用于限制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥最大開度。

2主汽閥組態(tài)特性曲線優(yōu)化必要性

    根據(jù)商運(yùn)以來的運(yùn)行反饋，在夏季工況下，電網(wǎng)負(fù)荷需求量大，需要核電廠盡可能滿發(fā)。而此工況時(shí)，海水溫度高，凝汽器背壓相對(duì)高，在盡可能高的發(fā)電功率要求下，在全年運(yùn)行過程中，汽機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥開度最大。根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（GRE）定期試驗(yàn)要求，每月要進(jìn)行一次主汽閥活動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證主汽閥是否可正常啟閉。在盡可能高的功率平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)（確保機(jī)組運(yùn)行安全為前提），不做試驗(yàn)的3個(gè)主調(diào)節(jié)閥開度均比較高（除非降低發(fā)電機(jī)輸出功率，即降低定期活動(dòng)試驗(yàn)功率平臺(tái)）。

    同時(shí)，根據(jù)各項(xiàng)目在運(yùn)機(jī)組情況，核島蒸發(fā)器過來的主蒸汽壓力有逐年下降趨勢(shì)，意味著主汽調(diào)節(jié)閥開度在同功率平臺(tái)會(huì)增大。

    從東方機(jī)型在建項(xiàng)目主調(diào)節(jié)閥組態(tài)來看，某項(xiàng)目調(diào)節(jié)閥開度在54% -58%時(shí)，斜率（閥位開度變化／蒸汽需求量變化）為4:1；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度為580-/0。70%時(shí)，斜率為24：1。另外一個(gè)項(xiàng)目當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度為55. 5%—58qo時(shí)，斜率（閥位開度變化／蒸汽需求量變化）為2.5:1；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度為58% - 64%時(shí)，斜率為4:1；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度為64% - 70%時(shí)，斜率為12:1。根據(jù)法國ALSTOM經(jīng)驗(yàn)，最大斜率為3:1，在法國N4電站中，有采用斜率2.5:1的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。由某項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行參數(shù)來看，在夏季滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥閥位開度為56% ~58%，多運(yùn)行在斜率超過4:1區(qū)間；當(dāng)運(yùn)行在閥位開度58%以上時(shí)，調(diào)節(jié)閥存在顯著高頻率動(dòng)作，工作不穩(wěn)定。另外一個(gè)項(xiàng)目1號(hào)機(jī)相對(duì)好一些，主調(diào)節(jié)閥開度多運(yùn)行在58%以下，開度超58%的時(shí)間短、次數(shù)少。若機(jī)組在主調(diào)節(jié)閥斜率3:1以上長時(shí)間運(yùn)行，會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行帶來安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。也就是在高斜率下，當(dāng)電網(wǎng)頻率變化、二回路設(shè)備、主要閥門動(dòng)作異常時(shí)，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作頻繁，調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)定，并可能影響調(diào)閥油動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)油壓穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響主調(diào)節(jié)閥合理使用壽命。

3優(yōu)化方案

    由上述分析可知，為了防止閥門波動(dòng)，需要主調(diào)節(jié)閥特性曲線盡可能平緩，因此對(duì)主調(diào)節(jié)閥大開度（高斜率）區(qū)的特性曲線（圖2閥位控制環(huán)路2中）進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)閥位開度在520-/0 - 100%區(qū)間的組態(tài)曲線進(jìn)行調(diào)整，此區(qū)間組態(tài)曲線按3:1（閥位變化量：蒸汽需求

量SD變化量）斜率對(duì)原組態(tài)曲線進(jìn)行修正，在小于52%開度區(qū)間維持調(diào)試最終曲線。主調(diào)節(jié)閥優(yōu)化曲線和原曲線對(duì)比如圖4所示。

    從圖4可看出，在ALSTOM優(yōu)化方案中，使原來SD= 105%（對(duì)應(yīng)閥位100%）變?yōu)镾D=120%時(shí)，SD量程放寬，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的SD信號(hào)會(huì)送往棒控系統(tǒng)( RCL)。因此，RGL系統(tǒng)定值需要作適應(yīng)性修改。

4優(yōu)化方案仿真

    汽輪機(jī)效率下降的仿真曲線如圖5所示。圖5中，在130 s之前是修改前的仿真，兩次修改了汽輪機(jī)效率，閥門有比較大的波動(dòng)，由此帶來了電功率、核功率的波動(dòng)。在130 s后，修改曲線和相關(guān)函數(shù)后再進(jìn)行仿真，兩次同樣修改汽輪機(jī)效率，從圖5可見，閥門波動(dòng)很小，電功率和核功率的穩(wěn)定。二回路功率波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致一回路功率波動(dòng)；采用優(yōu)化方案后，提高了滿功率下主調(diào)節(jié)閥抗干擾能力，一回路波動(dòng)變小。

    考慮到核電廠在某些情況下產(chǎn)生短時(shí)間超功率運(yùn)行工況，超功率工況下的抗干擾仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。在470 s之前是修改前的仿真。在380 s時(shí)觸發(fā)一個(gè)擾動(dòng)，閥門產(chǎn)生比較大的波動(dòng)。在470 s之后修改曲線和相關(guān)函數(shù)后再進(jìn)行仿真。當(dāng)810 s時(shí)觸發(fā)一個(gè)擾動(dòng)，閥門的波動(dòng)較小。由仿真結(jié)果可以看出，采用優(yōu)化方案后，在超功率工況下提高了主調(diào)節(jié)閥抗干擾能力，對(duì)核島控制性能影響不大。

    綜上，如果修改主調(diào)節(jié)閥組態(tài)特性優(yōu)化曲線，在滿功率或超功率運(yùn)行時(shí)，主調(diào)節(jié)閥波動(dòng)減小，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

5結(jié)束語

本文針對(duì)ALSTOM汽機(jī)主調(diào)節(jié)閥存在閥位頻繁波動(dòng)導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)油泄漏的問題，提出修改主調(diào)節(jié)閥組態(tài)特性曲線的方案，通過在全范圍模擬機(jī)上的仿真，得到了較好的結(jié)果，證實(shí)了該方案的可行性。當(dāng)然，本方案還需要在實(shí)際在運(yùn)機(jī)組上得到進(jìn)一步檢驗(yàn)。本文提出的修改主調(diào)節(jié)閥組態(tài)特性曲線的方案為完全解決主調(diào)節(jié)閥波動(dòng)問題提供了詳實(shí)可靠的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也為堆機(jī)協(xié)調(diào)控制提供了重要參考。

6摘  要：

法國ALSTOM汽輪機(jī)在中國核電廠市場中占有很大的份額，其汽機(jī)主調(diào)節(jié)閥存在閥位頻繁波動(dòng)的問題。分析ALSTOM汽機(jī)閥門波動(dòng)導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)油泄漏的問題產(chǎn)生的原因，根據(jù)汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)閥工作原理以及堆一機(jī)功率調(diào)節(jié)原理，得出調(diào)整主調(diào)節(jié)閥組態(tài)特性優(yōu)化曲線的方案。在全范圍模擬機(jī)上進(jìn)行的仿真結(jié)果表明，該修改方案可以減小閥門波動(dòng)，保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，為后續(xù)核電廠汽機(jī)堆機(jī)協(xié)調(diào)控制部分的設(shè)計(jì)、施工提供了重要的參考。