AP1000主汽轮机升速控制研究

赵东波

（三门核电有限公司，浙江 台州317112）

0 引言

三门核电一期工程汽轮机采用日本三菱重工技术，关键部件进口，哈尔滨汽轮机厂和三菱联合供货。汽轮机为工作转速1500r／min、单轴、四缸六排汽的反动凝汽式核电汽轮机，有2个2级再热的外置式中间汽水分离再热器，末级动叶片长1375mm［1］。

汽轮机升速由主汽阀的先导阀控制。先导阀专为汽轮机从静止加速到额定转速而设计，具有精确调节功能。汽轮机从盘车至额定转速运行，经历汽轮机复位、EH油自动、升速、关闭所有阀门、摩擦检查、低速暖机、中速暖机和额定转速运行等过程。

1 汽轮机复位

汽轮机复位分为机械复位和电气复位。

1.1 机械复位

机械复位指的是手动操作复位杆，机械复位杆在汽轮机前箱，用于机械超速保护动作后汽轮机复位。杆手动向右掰，杆带动舌片使机械超速滑阀关闭，建立高压油，然后关闭紧急跳机活塞阀，如4个跳机电磁阀已关闭，则EH油系统建立紧急跳机油压，从而实现低压缸再热主汽阀自动开启，复位杆松手后，杆自动回到原位，如图1所示。

图1 复位示意图

1.2 电气复位

电气复位在主控室实现。按下汽轮机复位后，复位电磁阀带电，带动舌片使机械超速滑阀关闭，建立高压油，然后关闭紧急跳机活塞阀。4个跳机电磁阀带电关闭（若无其他跳机信号），则EH油系统建立紧急跳机油压，实现低压缸再热主汽阀自动开启。此时主汽阀、主调阀和再热主调阀由于没有控制信号而处于全关状态。

2 EH自动

三门核电站汽轮机主蒸汽进汽阀门共20个，分别是4个主汽阀（MSV）、4个主调阀（GV）、6个再热主汽阀（RSV）、6个再热主调阀（ICV）。在进汽阀门油动机类型的选择上，只有RSV采用了开关控制类型的油动机，不设置电液伺服阀。MSV、GV和ICV阀门油动机都采用比例控制类型，并且每个阀门都装设2个LVDT变送器。

在主控按下【EH Auto】，其有以下功能：（1）产生GV偏置开信号（使GV和ICV全开）；（2）允许保持冲转程序（EH Auto是冲转的必要条件）；（3）从控制系统接受汽轮机参考转速（如发电机没有带负荷并且EH变为非自动，则将当时的实测转速作为参考转速，参考转速与实际转速之差作为调节汽门开度的信号之一）；（4）允许进行 MSV／GV阀门开启／关闭试验，否则会将试验复位；（5）使输入到MSV的主汽阀阀门开度信号有效，允许MSV进行冲转及偏置全开，否则强制全关；（6）转速控制监测回路有效；（7）MSV／GV／ICV伺服回路监测有效，在没有超速保护动作时，判断伺服回路动作是否正常（阀位指令与真实阀位差控制在20%以内，否则将报警）。

3 目标转速和升速率

目标转速有200r／min、400r／min、1060r／min、1500r／min4个（表1），避免在临界转速区停留。目标转速需手动选择，一次只能选择一个目标转速，不能同时选择多个，有逻辑闭锁。系统以最近选择的目标转速为准，即假如先选择400r／min，再重新选择200r／min，则输入到系统的目标转速为200r／min，原目标转速400r／min被复位。目标转速200r／min用于摩擦检查，400r／min和1060r／min分别用于低速暖机和中速暖机，从而预防转子中心温度与表面温度之间的温差造成热应力。

表1 目标转速

在以下任一条件出现时目标转速回路将复位为0r／min：（1）“全关阀门”命令；（2）阀门转换结束。

升速率有50r／min（慢）、75r／min（中）、150r／min（快）3种。一次只能选择一个升速率，不能同时多选，有闭锁。50r／min和75r／min需手动选择。正常冲转时选择150r／min。

在出现以下任一条件时升速率将自动选择150r／min：（1）没有选择升速率，而直接先选择了目标转速；（2）发电机失去负荷（0.05s的“MGB open”脉冲信号）；（3）自动同期装置退出（0.05s脉冲信号）。

在出现以下任一条件时升速率将自动选择0r／min的命令：（1）发电机带负荷（MGB close）；（2）“全关阀门”命令；（3）自动同期系统投入。自动同期装置投入后，将由同期装置以150r／min的速率进行转速调整。

升速率50r／min和75r／min主要用于以下情况：（1）对汽轮机振动进行调整前，以较低升速率加速汽轮机从而监测汽轮机参数；（2）进入汽轮机的蒸汽流量受汽轮机启动工况限制；（3）必须减小汽轮机转子热应力和转子胀差，如汽轮机冷态启动工况等；（4）超速跳机试验时精确测量汽轮机超速跳机定值。

4 升速控制

在选择了目标转速和升速率后，在主控按下冲转【GO】命令，系统根据目标转速和升速率开始计算参考转速Nref（Nref初始值＝0，在汽轮机停机时产生）。

参考转速分为2种情况：（1）发电机已带负荷，转速设定值Nref＝1500r／min；（2）发电机未并网，t1时刻转速设定值Nref＝Nref－t0＋程序增量＋手动增量＋同期装置增量。

程序增量：在主控设定完目标转速和升速率后，按下【GO】，程序增量根据目标转速和升速率自动增加，直到参考转速与目标转速相等为止。

手动增量：手动按增／减按钮，提高／降低转速。

同期装置增量：同期装置投运后对汽轮机转速以150r／min的速率进行调整。

参考转速＜目标转速时，t1时刻的参考转速 Nref－t1＝Nref－t0＋程序增量（按取样周期计算，每个取样周期0.05s）。当实际转速达到目标转速（即∣目标转速－参考转速∣≤升速率），MSV阀位指令＝F（Nref）＋P×（Nref－N实际转速）。MSV阀开度偏置F（Nref）由三菱重工根据经验得出，如图2所示，目的是为转速控制提供前馈补偿。P×（Nref－N实际转速）为转差增益，由三菱重工根据经验得出，P 值为1.6667%／（r／min）。

此种控制方式可以避免由于积分效应引起的振荡，加入前馈补偿控制又尽可能消除了偏差，使冲转到目标转速更快更稳定［2］。

图2 MSV阀开度偏置与参考转速的关系

5 结论

本文介绍了AP1000核电汽轮机组升速控制，对升速控制中的重要参数——目标转速及升速率进行了详细的分析，并得出以下结论：（1）转速控制由主汽阀的先导阀控制，实现升速过程精确控制；（2）目标转速有200r／min、400r／min、1060r／min、1500r／min，这些目标转速避开了临界转速，使汽轮机实现正常暖机和额定转速运行；（3）参考转速根据目标转速和升速率得出，参与汽轮机实际转速控制；（4）升速逻辑由比例加前馈补偿得出，这种控制方式可以避免由于积分效应引起的振荡，又尽可能消除了偏差，使冲转到目标转速更快更稳定。

［1］顾军.AP1000核电厂系统与设备［M］.北京：原子能出版社，2010

［2］肖增弘，徐丰.汽轮机数字式电液调节系统［M］.北京：中国电力出版社，2003