陳仁崗

摘要;近年來(lái)社會(huì)用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。電力企業(yè)迎來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)著核電技術(shù)的更新?lián)Q代，也為我國(guó)的核電事業(yè)帶來(lái)了巨大的機(jī)遇。但是，雖然核電的快速發(fā)展能為人們的日常生活提供清潔的能源，但是核電的運(yùn)行安全是人們非常關(guān)注的問(wèn)題。目前，隨著核電技術(shù)的更新?lián)Q代和日益發(fā)展，核電站汽輪機(jī)的運(yùn)行特征已經(jīng)逐步被掌握，可對(duì)其實(shí)施有序的檢測(cè)診斷分析，有效加強(qiáng)了核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文就核電站汽輪機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)與監(jiān)測(cè)診斷展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：核電站汽輪機(jī);運(yùn)行特點(diǎn);檢測(cè)分析

引言

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，核電站汽輪機(jī)的監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)不斷發(fā)展，如何結(jié)合先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)核電站汽輪機(jī)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)，就值得深入探討。

1核電汽輪機(jī)運(yùn)行的特征

1.1參數(shù)低

我國(guó)核電站主要的形式為壓水堆核電站，這類核電站通常在一回路中的參數(shù)有些低，這會(huì)使二回路中主蒸汽的參數(shù)也有所降低。通常來(lái)說(shuō)，核電汽輪機(jī)與火電汽輪機(jī)如果功率均相同，那么核電汽輪機(jī)在應(yīng)用蒸汽進(jìn)行做功的時(shí)候，需要的主蒸汽流量會(huì)比較大，使焓會(huì)進(jìn)行下降。所以，即便是背壓與容量均相同的機(jī)組，如果汽輪機(jī)的相對(duì)參數(shù)比較低，它的低氣壓進(jìn)行排氣的面積會(huì)是火電汽輪機(jī)低氣壓進(jìn)行排氣面積的兩倍。

1.2汽水分離再熱器

一般情況下，火電汽輪機(jī)的熱量來(lái)源于鍋爐，而核電不同于火電，它進(jìn)行再熱的工作原理不是反應(yīng)堆，而是利用高壓抽汽與新汽。核電汽輪機(jī)再熱的參數(shù)來(lái)源于其熱力系統(tǒng)，與核島沒(méi)有任何關(guān)系。核電的再熱能夠有效的去濕，避免出現(xiàn)過(guò)大的低壓排汽濕度，能夠提升循環(huán)效率。此外，核電汽輪機(jī)再熱方案一般有兩種：第一，單級(jí)再熱;第二，雙級(jí)再熱，也稱作“梯級(jí)加熱”，由于雙級(jí)再熱傳熱溫差小，效率高，因而該種再熱方案在實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛。

1.3對(duì)節(jié)流的調(diào)節(jié)

通常情況下，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的形式有噴嘴調(diào)節(jié)的形式以及節(jié)流調(diào)節(jié)的形式。兩者的區(qū)別為：節(jié)流調(diào)節(jié)的形式?jīng)]有調(diào)節(jié)級(jí)，使工況的實(shí)際效率相對(duì)比較低，設(shè)計(jì)工況的實(shí)際效率比較高;噴嘴調(diào)節(jié)的形式與節(jié)流調(diào)節(jié)的形式完全不同?，F(xiàn)階段，我國(guó)的汽輪機(jī)應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)的形式非常普遍，主要的原因包括：一是核電應(yīng)用定期進(jìn)行換料的機(jī)制，所以變工況的效率沒(méi)有太大的意義;二是核電帶有基本的負(fù)荷。

2核電汽輪機(jī)性能的監(jiān)測(cè)診斷

2.1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和安全準(zhǔn)則

汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)可簡(jiǎn)單分為兩個(gè)子系統(tǒng)：汽輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)監(jiān)視設(shè)備;汽輪機(jī)靜態(tài)監(jiān)視設(shè)備。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，也稱之為“機(jī)械測(cè)量”，用來(lái)探測(cè)和鑒定軸系和進(jìn)汽閥門(mén)的故障信息。主要包括汽機(jī)轉(zhuǎn)速、各軸承振動(dòng)以及進(jìn)汽閥門(mén)振動(dòng)等。靜態(tài)監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)汽機(jī)的熱狀態(tài)，包括各軸承金屬溫度、高中壓缸及高壓進(jìn)汽閥前后的蒸汽溫度和壓力以及沿高壓進(jìn)汽到低壓排汽整個(gè)汽機(jī)膨脹線上的蒸汽溫度和壓力。

2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與配置

汽輪機(jī)的監(jiān)控以及診斷系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)和不同的核心硬件設(shè)備一同組成的。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)將不同監(jiān)控系統(tǒng)收集到的溫度和壓力、相關(guān)流量、位移和轉(zhuǎn)移等真實(shí)有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，傳送的有效數(shù)據(jù)到收集數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之后，由各個(gè)計(jì)算機(jī)將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成之后傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)。之后處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中將數(shù)據(jù)調(diào)取出來(lái)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算以及分析，再將計(jì)算的結(jié)果傳回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，最后數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)將計(jì)算的結(jié)果傳輸至不同的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行操作。備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)以及計(jì)算之后的數(shù)據(jù)皆做好備份，用戶只要利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)便可調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，對(duì)汽輪機(jī)的真實(shí)運(yùn)行情況有所了解，并且可以將生產(chǎn)報(bào)表進(jìn)行輸出。

2.3設(shè)備設(shè)計(jì)

汽輪發(fā)電機(jī)組由一個(gè)帶高、中壓進(jìn)汽閥的高中壓缸以及與之相連的雙排汽低壓缸和一個(gè)發(fā)電機(jī)組成。每根轉(zhuǎn)子都由兩個(gè)軸承支撐，汽機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)剛性聯(lián)軸器連接起來(lái)形成軸線。在汽輪機(jī)整個(gè)運(yùn)行期間，汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)一直監(jiān)測(cè)著汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)參數(shù)。性能試驗(yàn)或特殊試驗(yàn)所需的專門(mén)測(cè)試也是該系統(tǒng)的一部分。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，也稱之為“機(jī)械測(cè)量”，用來(lái)探測(cè)和鑒定軸系和進(jìn)汽閥門(mén)的故障信息。它包含下列測(cè)點(diǎn)：高中壓轉(zhuǎn)子偏心;各軸承水平和垂直方向的絕對(duì)振動(dòng);各軸承水平和垂直方向的相對(duì)振動(dòng);各高壓進(jìn)汽閥徑向和縱向振動(dòng)，傳感器安裝在閥桿上;推力軸承處測(cè)得的轉(zhuǎn)子軸向位移;前軸承箱壁測(cè)得的高中壓脹差;高中壓缸絕對(duì)膨脹;LP2脹差;鍵相;汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速。同一軸承的絕對(duì)振動(dòng)和相對(duì)振動(dòng)安裝在同一個(gè)支架上，因此他們能形成一個(gè)完整的監(jiān)視系統(tǒng)。低壓缸的膨脹量很小，因此不需要監(jiān)測(cè)。每個(gè)低壓缸都是獨(dú)立的且有單獨(dú)的死點(diǎn)。靜態(tài)監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)汽機(jī)的熱狀態(tài)，包括各軸承金屬溫度、高中壓缸及高壓進(jìn)汽閥前后的蒸汽溫度和壓力以及沿高壓進(jìn)汽到低壓排汽整個(gè)汽機(jī)膨脹線上的蒸汽溫度和壓力。汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)還能通過(guò)TDM完成診斷功能。系統(tǒng)的主要功能如下：用于汽輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)的數(shù)據(jù)的采集;用于主控室監(jiān)視的數(shù)據(jù)的采集;用于分析診斷的數(shù)據(jù)的采集。

2.4實(shí)時(shí)檢測(cè)

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可將系統(tǒng)當(dāng)中的壓力、濕度等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將該系統(tǒng)有序地劃分為不同的子系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并且可以在人機(jī)界面中均可生成不同的圖標(biāo)。例如：生產(chǎn)趨勢(shì)圖表、參數(shù)分類表等等。以便對(duì)不同的參數(shù)變化實(shí)施監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握各運(yùn)行設(shè)備的工作狀態(tài)。實(shí)施操作的工作人員在人機(jī)界面的各類圖表中隨時(shí)都可對(duì)參數(shù)進(jìn)行查詢，這樣可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行良好的把控。

2.5性能監(jiān)測(cè)及故障診斷方法

特征通流面積表征。在級(jí)段變工況時(shí)運(yùn)用特征通流面積這一表征量，能夠展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，可以利用特征流通面積這一特征量來(lái)表征核電汽輪機(jī)通流級(jí)段性能，并將其用于核電汽輪機(jī)運(yùn)行性能的監(jiān)測(cè)診斷中。一般來(lái)講，在核電汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，葉頂汽封與隔板汽封出現(xiàn)磨損、葉片型面出現(xiàn)機(jī)械損傷或者積存污垢、隔板流道被異物堵塞、級(jí)段后閥門(mén)開(kāi)度出現(xiàn)異常、隔板持環(huán)或氣缸分面出現(xiàn)漏汽現(xiàn)象等都會(huì)對(duì)特征通流面積產(chǎn)生影響。如果某級(jí)段的特征流通面積超限，可以斷定該級(jí)段就是問(wèn)題的根源所在，此時(shí)可以分析有關(guān)數(shù)據(jù)，找出解決方案，比如過(guò)熱區(qū)發(fā)生故障，可把級(jí)段效率當(dāng)作輔助參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷。第二，小誤差熱平衡法。小誤差熱平衡法主要就是利用了核電站汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)工質(zhì)平衡和對(duì)級(jí)段通流效率不敏感的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)得出，利用小誤差熱平衡法來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算之后，得出的工質(zhì)平衡與實(shí)際真實(shí)情況非常的接近，并且發(fā)現(xiàn)各個(gè)通流級(jí)段的功率實(shí)現(xiàn)累計(jì)之后，得出的功率值與實(shí)際的軸功率基本一致，其中只是不能得知通流級(jí)段的進(jìn)汽焓和排氣焓的情況與真實(shí)情況值之間是否一致。通過(guò)對(duì)蒸汽發(fā)生器進(jìn)行熱平衡實(shí)驗(yàn)，并且利用發(fā)電機(jī)的功率測(cè)量值進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，可以得到精準(zhǔn)可靠的核電汽輪機(jī)熱效率，并通過(guò)對(duì)于得知汽輪機(jī)運(yùn)行性能與基準(zhǔn)性能之間是否存在偏離。因?yàn)槔迷摲椒ǖ贸龅臒崃ο到y(tǒng)工質(zhì)平衡與真實(shí)情況差距非常小，幾乎接近逼真了，所以，在運(yùn)行性能檢測(cè)當(dāng)中利用此方法具有重大的意義。

結(jié)語(yǔ)

隨著核電技術(shù)的日益發(fā)展，該項(xiàng)產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)的新型行業(yè)，應(yīng)自身具有的明顯特征得到了人們的廣泛關(guān)注，更是我國(guó)的技術(shù)人員深入探究的課題，只有對(duì)技術(shù)不斷更新、對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，才能最大程度地確保核電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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