某核电汽机二级再热压力调节阀控制原理浅析

李海涛，肖付伟

（福建福清核电有限公司，福建 福清 350300）

0 引言

汽水分离再热系统主要功能是将高压缸排汽送入MSR进行汽水分离和再热[1]，从而保证中压缸和低压缸进汽带有一定的过热度，使得经过低压缸末级叶片的排汽湿度控制在10%左右，减少湿蒸汽对汽缸通流部件的水蚀危害，可以提高机组经济性。而二级再热压力控制阀通过控制新蒸汽的流量对蒸汽进行再热和除湿，对整个系统及汽轮机运行发挥重大作用。

图1 二级再热压力调节阀流程图Fig.1 Flow chart of secondary reheat pressure regulating valve

图2 二级再热压力调节阀逻辑控制图Fig.2 Logic control diagram of secondary reheat pressure regulating valve

1 汽机二级再热压力调节阀简介

汽轮机汽水分离再热系统二级再热压力调节阀，由1个主调阀（GSS001VV）和1个辅助调节阀又称启动调节阀（GSS002VV）组成。二级再热汽源采用新蒸汽，来自主蒸汽母管，蒸汽流量由1个主运行调节阀和1个启动调节阀控制阀控制，主运行调节阀用于负载运行时向第二级再热器提供新蒸汽。启动调节阀用于：在启动和低负荷运行期间，对进入第二级再热器的新蒸汽流量进行控制[2]；在核岛运行期间向新蒸汽供汽站提供蒸汽并用蒸汽对管道系统进行预热，以防止冷态启动时的热冲击。

2 汽机二级再热压力调节阀控制原理解析

2.1 二级再热压力控制调节阀投入时的控制原理

2.1.1 汽水分离再热器暖管时

在汽水分离再热系统投运初期，首先需对加热器管板进行预热暖管[3]，暖管所需的蒸汽量较小，暖管时间大概为半小时。此时对二级再热调节阀控制比较简单，当暖管命令发送时，对调节阀的控制压力值会自动切到定值500KPa，其中二级再热压力调节阀GSS002VV便会开启一定开度。因二级再热压力调节阀其中启动调节阀GSS002VV优先于主调节阀GSS001VV动作，故在暖管期间控制目标较小，启动调节阀本身调节即可满足500 KPa压力值，而主调阀GSS001VV此时处于关闭状态。

2.1.2 机组电功率较低时

二级再热管板温度在低于120℃时，机组可以冷态启动；管板温度高于140℃，机组热态启动。机组启动后二级管板温度最高可升至280℃，通过函数f1(x)转换后，输出压力设定值最高为6.5MPa，而6.5MPa通过功率转换函数f2(x)可得为730MW，即机组电功率在730MW之前，若函数压力值f1(x)＞f2(x)，如图2所示。此时MAX比较器选择f1(x)一路进行控制，即二级再热器管板温度测量值（记忆值）经过函数发生器 f1(x)计算出的压力和二级再热器压力实测值的偏差经PID函数模块运算后输出GSS001VV/002VV的开度。

2.1.3 机组电功率较高时

当机组电功率继续上升超过730MW时，因为二级管板温度此时已不会增加，故f2(x)函数设定输出值便会大于6.5MPa，即f2(x)＞f1(x)，此时MAX比较器选择f2(x)一路进行控制，即由汽机负荷（电功率）GRE012MY 经 f2(x)计算出的压力设定值和二级再热压力实测值的偏差调整GSS001VV/002VV的开度。但是不排除在730MW之前也会出现f2(x)＞f1(x)的情况，应根据具体情况而定，此处只讨论一般情况。

此外，有一异常工况：当 f2(x)输出值或 f1(x)输出值一直保持某一状态不变1小时后，f1(x)一路设定值会被切换为 1MPa，原因为机组在刚开始启动时，处于暖管和低功率状态，二级管板温度转换的压力值与功率转换的压力值是交替上升的，若长时间处于某一路控制，例如长时间处于二级管板温度转换一路控制时，则代表二级管板温度或功率一直未上升，代表机组状态异常，故超过1小时后将压力切至1MPa使阀门动作，提升机组状态。此时f2(x)输出值与1MPa取较大值，与二级再热压力实测值的偏差决定GSS001VV/002VV的开度。

2.2 一级再热器隔离后的控制原理

图3 GSS002VV控制逻辑图Fig.3 GSS002VV Control logic diagram

图4 二级再热压力调节阀控制器Fig.4 Secondary reheat pressure regulating valve controller

当一级再热器隔离后，机组正常运行期间，若一级再热被切除后，按照机理不会影响机组正常运行，但考虑到机组安全稳定性，若一级再热被隔离，势必会对蒸汽参数造成一定影响，故安全考虑需降低一定功率。在一级再热切除时，函数f4(x)计算方式较为适用此工况，f4(x)计算方式简单，换算方式得出的压力值不会因小幅度功率变动而造成波动，特别适用于机组满功率时切除一级再热工况，所以此时控制由电功率测量值GRE012MY经函数f4(x)产生的定值和0.5MPa取高形成压力设定值，压力设定值与二级再热压力实测值的偏差决定 GSS001VV/002VV的开度。

2.3 二级再热器单独切除后，重新投运的控制原理

二级再热器切除后（此处的切除是通过KG块将其正常切除，此时一级再热依然正常运行）。当二级再热再次投入时，此时一级再热器的压力加上0.1MPa作为二级再热器压力调节阀的压力设定值，压力设定值与二级再热压力实测值的偏差决定GSS001VV/002VV的开度。因在二级再热重新投运初期，二级再热压力较低，在刚开始时压力调节阀的控制由一级再热压力提供设定值，又因正常工况下二级再热压力比一级再热压力应高出0.1MPa，故取一级压力加上0.1MPa作为最终压力设定值，特别注意的是当二级再热器压力与一级再热器压力之差大于0.1MPa时产生一个复位信号，压力设定值重新由二级管板温度或者电功率生成。当二级压力大于一级0.1 MPa时，说明二级已重新投运成功，机组进行正常控制状态，故压力控制设定值重新由二级管板温度或者电功率生成。

在以上的3种工况中（暖管除外），函数 F3(x)通过积分器限制了二级再热器压力设定值的变化速率，使得二级再热器压力设定值在二级管板温度及电功率变化时，不会发生阶跃变化，从而避免了GSS001VV/002VV开度的跳变。

2.4 隔离阀GSS111/211VV关闭时的控制原理

当GSS111/211VV关闭以后，滤波器内置的选择开关动作，由二级再热器的绝对压力GSS004MY作为压力设定值，从而使PID控制器的输入信号为0，其目的是保证GSS001/002VV 的阀门开度维持在现有开度不变，即GSS111/211VV的状态改变不会使GSS001/002VV的状态发生变化。当GSS111/211VV关闭以后，二级再热管板被暂时隔离，但从机组整体控制上二级再热系统未完全隔离，只有通过GSS801KG或停机正常将二级再热隔离后，GSS001/002VV才会正常响应关闭，故逻辑控制设计在GSS111/211VV关闭时，使GSS001/002VV阀门开度保持先前状态，再具体做下一步的响应。

2.5 二级再热器隔离后的控制原理

图5 定位器控制回路Fig.5 Positioner control circuit

当二级再热器隔离，即 GSS801KG置于OFF位时，GSS001/002VV会触发保护关闭信号，控制逻辑如图3所示。而正常工况下暖管命令控制器GSS901KG不会置于ON位，则当二级隔离命令到达时，压力控制器中的第2个滤波器模块中的选择开关会动作，开关选择将置于二级调阀控制命令为-5%（-5%命令由上游控制块在二级再热隔离时给出）。此项为双重保障，即使保护关命令失效，该路控制也可保障二级再热调节阀（GSS001/002VV）处于关闭状态，避免阀门误动作。

2.6 汽机停运后的控制原理

当汽机跳闸后，与二级再热器隔离控制原理相似，会直接使GSS001/002VV触发保护关闭信号。而后第2个过滤器模块的选择开关动作选择二级调阀输入控制命令为-5%，使GSS001/002VV的开度一直维持在关闭状态。

2.7 二级再热手动控制时的控制原理

当二级再热控制置于手动时，且GSS901KG置于OFF位时，第2个过滤器模块的选择开关动作，此时选择的控制输出命令为阀门当前开度值，使阀门跟踪现有阀门的开度，保持阀门开度不变。

3 汽机二级再热压力调节阀现场设备控制原理解析

汽机二级再热压力调节阀GSS001VV/002VV为气动调节阀，该控制阀阀位由阀位变送器GSS001MM测量并配有限位开关。该气动调节阀是以压缩气体为动力源，以气缸为执行器，并借助阀门定位器、电气转换器、电磁阀、保位阀、储气罐、气体过滤器等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收DCS控制信号来完成调节管介质——蒸汽流量。

定位器接受来自上游的DCS控制命令，定位器控制回路组成及工作原理如图5所示。

1）输入信号同时提供电源与设定点，它经双绞导线发送到接线盒。

2）输入信号然后输入印刷电路板组件，在此处微处理器运行数字控制算法，产生1个给I/P转换器的驱动信号。

3）I/P转换器组件与气源相连，并将驱动信号转换成压力输出信号。

4）I/P的输出被送到气动放大器组件。该组件也同样与气源相连，将从I/P转换器来的小气动信号放大成为单作用执行机构所用的单个较大的气动输出信号。在双作用执行机构应用中，放大器接收来自I/P转换器的气动信号，并提供两个气动输出信号。

5）送给执行机构的放大器输出压力的变化引起阀位移动。

6）仪表的行程传感器经反馈连杆机构检测阀位。行程传感器（或电位计）电气上与印刷电路板连接，以提供用于控制算法的行程反馈信号。

7）阀门继续移动直至达到正确位置为止。

因二级再热压力调节阀的特殊性及重要性，该两阀均设置了一个单独的储气罐气源和具备特殊作用的多路转换器线路（377线路），如此设计的功能可保证在外部动力气源突然丢失的情况下，通过现场设备组合动作响应即可将二级再热压力调节阀（GSS001/002VV）处于保护关闭状态，从而将机组置于更安全状态。

4 结论

汽轮机二级再热压力控制阀控制逻辑较为复杂，对其运行方式依次解析有助于电厂操作人员对系统进行充分了解，便于控制与出现异常状态时做出正确响应；因二级再热系统对机组正常运行影响较大，故有效安全地控制二级再热压力调节阀意义重大。