百万千瓦级核电机组和火电机组的主蒸汽超压保护装置比较.pdf

第 3 4卷 第 1 1 期 2 0 1 2年 1 1月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 4 No ． 1 1 NO V ． 2 01 2 百万千瓦级核 电机组和火电机组的主蒸汽 超压保护装置 比较 柏冰 ， 舒茂龙 ， 卢艳东 ， 王淑红 ， 余长军 ， 田洪志 1 ． 国核工程有限公司， 上海2 0 0 2 3 3 ； 2 ． 国华宁海电厂， 浙江 宁波3 1 5 6 1 2 ； 3 ． 中机国能电力工程有限公司， 上海2 0 0 0 6 1 ； 4 ． 安徽电气工程职业技术学院， 安徽 合肥2 3 0 0 5 1 摘要 介绍了 A P 1 0 0 0核电机组和 1 0 0 0MW超超临界火电机组的主蒸汽超压保护系统 ， 从热力参数、 保护装置和控制 功能等方面进行了对比分析。A P 1 0 0 0核电机组主蒸汽超压保护通过安全阀、 汽轮机旁路排放系统和大气释放阀来实 现， 它具有调温、 调压的双重功能， 保证机组在紧急情况下安全停堆。1 0 0 0 M W 火电机组通过高压旁路阀取代过热器安 全阀功能， 不仅能消除安全阀动作后产生的高强度噪音， 且能最大限度地回收工质， 提高机组启动性能。 关键词 A P 1 0 0 0核电机组； 1 0 0 0MW火电机组； 大气释放阀； 安全阀； 高压旁路； 汽轮机旁路排放系统 中图分类号 T K 2 6 4 ． 2 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 2 1 1 0 0 4 1 0 4 0引言 1 A P 1 0 0 0核电机组主蒸汽 系统超压保护 近年来 ， 随着经济技术 的发展和电网容量的不 断扩大 ， 国内核 电机组和具有高参数大容量火力发 电机组得到迅猛发展 ， A P 1 0 0 0核 电机组和百万超 超临界火 电机组成为其 中的典型代表 。而主蒸汽保 护系统是任何机组在非正常工况下保证机组安全的 关键设施 ， 它的安全可靠 与否直接关系着机组运行 的安全可靠性 。 A P 1 0 0 0核 电机组是 由美 国西屋电气公司设计 的第 3 代压水堆核电机组， 安全性能好， 设计寿命为 6 0年 ， 发电功率为 1 2 5 0 MWl l J 。 目前 ， 正在我国浙 江三门和山东海阳分别建设 2台机组， 其中三门 1 机组作 为第 1台 A P 1 0 0 0核 电机组 ， 预计 2 0 1 3年 发电。 。 关于 1 0 0 0 M W 火 电机组 ， 当今美 国、 日本及欧 洲诸 国基本采用超超 临界技术 ， 由于地域和技术流 派的差异 ， 在主蒸汽保护系统上有不 同的技术特点 。 美国和 日本基本采用在锅炉过热器出 口安装过热安 全阀的方式 ； 而欧洲诸 国在百万千 瓦级机组上采用 1 0 0 ％高压旁路配置取代过热器安全阀功能。在 国 外技术的不断引进吸收下 ， 现在我国已经形成 了完 整的超超临界火 电机组研发 、 设计 、 制造 和运行 基 础 ， 初步掌握 了超超临界发 电技术 ， 达到了国际先进 水 平 J 。本 文 以 浙 江 国 华 宁 海 电 厂 二 期 1 0 0 0 MW 超超临界发电机组为实例 ， 与 A P 1 0 0 0核 电机组在主蒸汽的超压保护方面做 出比较分析。 收稿 臼期 2 0 1 2 0 62 5 装置简介 A P 1 0 0 0核 电机组为单堆布置两 环路机组 ， 核 岛内的压力容器、 蒸汽发生器、 反应堆冷却剂泵和冷 却剂管道构成 2个一 回路 反应堆冷却剂系统 ， 将 反应堆产生 的热量 通过蒸汽发生器传递 到二 回路 主蒸汽系统 J 。主蒸汽系统有 2条管线 ， 每条管 线的安全保护装置主要有 主蒸汽安全阀、 大气释放 阀、 主蒸汽隔离阀及其旁通 阀和汽轮机旁路排放系 统等 ， 如图 1所示 。 机组在运行期 问， 主蒸 汽系统能够承受 1 0 ％ 阶跃负荷扰动 以及每分钟 5 ％线性负荷变化 ， 而不 必投用汽轮机旁路系统或主蒸汽安全阀。当机组从 满功率阶跃下降 1 0 ％ ～5 0 ％或汽轮机在低于 5 0 ％ 满功率停机时 ， 汽轮机旁路 排放系统与核蒸汽供应 系统的控制系统一起运行 ， 以保证系统排出热量和 机组安全。当机组发生 5 0 ％ ～1 0 0 ％满功率甩负荷 时， 汽轮机旁路排放系统 、 核蒸汽供应系统的控制系 统和快速功率下降系统一起运行。当汽轮机旁路排 放系统不可用时， 主蒸汽系统通过大气释放 阀和主 蒸汽安全阀向大气排汽， 进行卸压和调节。 在发生必须停堆事件时 ， 主蒸汽隔离 阀及其旁 路阀关闭 ， 主蒸汽管线上相关的其余阀门关闭 ， 大气 释放阀打开 ， 向大气排放 蒸汽 ， 将反应 堆衰变热移 出， 直到堆芯冷却到正常余 热排 出系统能够正常工 作的状态。当大气释放 阀开启后仍然无法满足系统 泄压时， 安全阀将顺序动作提供超压保护 。在机组 冷停堆时 ， 大气释放阀由蒸汽管道压力 自动控制 ， 操 4 2 华 电技 术 第 3 4卷 主蒸汽安全阀 人气释放 阀 图 1 A P 1 0 0 0核 电机 组 主蒸 汽 系统 图 纵员从主控室或远程停堆工作站手动调节压力整定 界发电机组 2 0 0 9年投产 ， 目前机组运行 总体 良好。 值 ， 以阶梯方式手动调低压力整定点 ， 以获得最大停 宁海二期百万千瓦级机组采用 由上海锅炉厂引进的 堆速率。 法国 A l s t o m公 司的超超临界塔 式锅炉 。在锅炉 3 汽轮机旁路排放系统位于汽轮机厂房内， 属于 级过热器上设计了2 个出口集箱， 每个集箱两端引 非安全级设备 ， 不执行安全相关的功能 。它在机组 出 2条过热蒸汽 出口管线 ， 总计有 4条过热蒸 汽管 启动 、 阶跃减负荷 、 甩负荷 或停堆时 ， 将主蒸汽以可 线。为消除热偏差 ， 每个集箱的出 口管线与另外 一 控的方式旁通汽轮机 ， 输送到凝汽器 中， 汽轮机旁路 个集箱的出 口管线两两合并 ， 形成 2根 主蒸汽管线 排放系统能够把满 负荷 时主蒸汽流量 的 4 0 ％旁通 去汽轮机高压缸。在过热器集箱 出 口位置 、 没有并 到主凝汽器。 线的 4根过热蒸汽管线上 ， 各设计 了 1条高压旁路 主蒸汽安全阀和大气释放阀位于安全壳外的辅 管线去再热器进 口联箱 ， 每条旁路设 置 1个再热器 助厂房内， 安全阀的安全等级为二级 ， 大气释放阀为 安全阀， 如图 2所示。 3 级， 它们的抗震等级均为抗震 I 类。在每根主蒸汽 在正常运行时， 高压旁路阀全关， 处于滑压溢流 管线上 ， 设置了 1台大气释放阀和 6台安全阀。6台 跟踪模式。当汽轮机机前压力超过设定值时，高压 安全阀的整定压力值各不相同， 排气量随着整定压力 旁路阀将 自动开启进行溢流 ，以限制主蒸汽压力的 值的增加而增大 ， 避免了系统蒸汽压力过大波动 、 造 进一步增大 ， 提高汽轮机运行的安全性。当机组异 成反应堆功率较大瞬态 见表 1 。每条主蒸汽管线 常 例如汽机突然跳闸导致主蒸汽超压 时， 主蒸汽 的安全阀排汽总量为 3 7 8 3 t ／ h ， 能够满足在任何情况 压力开关任一动作 大于 2 9 ． 3 M P a 可使高压旁路 下蒸汽压力不超过系统 1 1 0 ％设计压力的要求 。 阀安全快开 ， 高温高压蒸 汽快速进入再热器进行泄 2 宁 海 电 厂 1 。 。 。 M w 火 电 机 组 主 蒸 汽 系 统 萎 誓 耋 的超压保护装置 值 大于7 ． 5 M P a ， 二级再热器出口集箱的再热器安 浙江国华宁海电厂二期 2台 1 0 0 0 MW 超超 临 全阀安全快开， 迅速排出工质， 起到超压保护作用。 表 1 A P 1 0 0 0核 电机组的主蒸汽安全 阀和大气释放 阀设计参数 第 1 l 期 柏冰 ， 等 百万千瓦级核电机组和火电机组的主蒸汽超压保护装置比较 4 3 高 热 雷 口 蠢 给 温 水 再热器进口联箱 温 水 一去汽轮机中压缸 去汽轮机中压缸 一去汽轮机高压缸 一 去汽轮机 高压缸 压旁 路 D 来 自 汽机 高压缸 图 2 1 0 0 0 MW 火 电机组 主、 再热蒸汽 系统图 整个高压旁路系统的主要设备包括高压旁路控 低， 而 1 0 0 0 M W超超临界火电机组的蒸汽参数很高 制阀、 高压旁路喷水控制阀、 高压旁路喷水隔离阀。 见表 2 。A P 1 0 0 0 核电机组的主蒸汽是从蒸汽发 旁路系统动力采用 N B F 4 0 0 ／ 6 3 0型液压控制， 专配 生器出来的饱和蒸汽， 没有过热阶段， 蒸汽在高压缸 动力供油站 ， 具有油温 自动控制装置 、 在线 自动净化 做功后 ， 到汽水分离再热器后进行再热 ， 最后至低压 过滤装置及冲洗装置。在 电源故 障的情况下 ， 油站 缸做功， 热效率为 3 6 ． 6 ％。而 1 0 0 0 MW 火电机组热 蓄能器所储能量能提供足够的液压动力， 使旁路系 效率可达4 5 ％以上， 热力系统为典型的热力朗肯再 统所有阀门完成 1 ～ 2次全行程的开或关 。 热循环 。蒸汽系统的差异直接影响主蒸汽系统保护 旁路系统的控制策略在西 门子 S P P A T 3 0 0 0冗 功能实现的不同。 余控制器中组态运行， 实现旁路系统的监视和控制 表2 A P 1 0 0 0 核电 机组与1 0 0 0 M W火电 功能。旁路供油系统 油站 的控制设备 包括控制 机组的蒸汽参数比 较 柜和就地控制箱 采用分散控制系统 D C S 。 整个高压旁路系统采用 1 0 0 ％容量配置， 由于 高压旁路已具有 1 0 0 ％容量的快速卸压功能， 因此， 过热器出 口不需装设 任何锅炉过热器安全阀 ， 但需 同步配置 1 0 0 ％容量再热器安全阀。高压旁路阀为 液压传动， 其快速开启时间为 1 3 s ， 能实现快速自 动跟踪超压保护。在保证主蒸 汽超压保护 的同时 ， 通过调节控制汽压可适 应机组不 同工况 的滑参数 启 、 停和运行 ， 事故排除后机组 即可重新带负荷 ， 既 减少了锅炉启 、 停次数 ， 又减 轻 了对汽轮 机的热 冲 击， 缩短恢复带负荷时间， 可满足各种启动工况的 要求。 3 2种主蒸汽系统及其保护装置的比较 A P 1 0 0 0核电机组与 1 0 0 0 MW 超超临界火 电机 组作为百万千瓦级发 电机组 ， 它们 的主蒸汽系统有 相似之处 ， 但更 多存在 有差异 的地方。A P 1 0 0 0核 电机组的蒸汽流量 大， 但工质物理热力参数相 比较 3 ． 1 主蒸汽保护装置的系统配置差异 A P 1 0 0 0核电机组主蒸汽系统 的超压保护设备 主要有汽轮机旁路排放 系统 、 大气释放 阀、 安全 阀 等 ， 这种设计便 于保证 机组安全运行 和停 堆操作。 由于核电机组蒸汽流量大 ， 对安全阀门的通流能力 要求很高 ， 采用多路多组阀门， 对各种工况的安全控 制条件手段增强。 1 0 0 0 M w 火 电机组采用了“ 1 0 0 ％高 压旁路 1 0 0 ％再热器安全阀” 的配置方法 ， 这种高压旁路设 4 4 华 电技 术 第 3 4卷 计 ， 可取代过热器安全 门， 不仅消除了高压安全 门启 动时产 生的高 强度 噪音， 而且能 最大 限度地 回收 工质 。 3 ． 2 保护装置的性能要求差异 A P 1 0 0 0核电机组 的主蒸汽安全阀和大气释放 阀作为核安全级设备 ， 在安全停堆地震载荷下， 不仅 能够保持设备的结构完整性， 而且还能够保持设备的 功能和可运行性。火电机组设备却没有相关的要求。 1 0 0 0 MW 超超临界火 电机组 的蒸汽参数很高 ， 因此 ， 主蒸汽系统的管道 、 阀门等设备的耐高温高压 要求比核电机组相关设备严格得多。 3 ． 3 主蒸汽保护装置的控制功能差异 A P 1 0 0 0核电机组的大气释放阀具有通过压力 模式调节一 回路平均温度 的能力。同时 ， 在安全保 护功能上具有阀门阀序的控制要求 ， 实现核电机组 各工况下安全保护需求。 1 0 0 0 MW 火电机组没有大气释放阀这种装置 ， 基本上采用单 纯压力控制 ， 实现压力保护 与调 节。 火电机组将安全 阀功能与旁路系统功能进行结合 ， 减少了系统配置 ， 有利于机组分散控 制系统 D C S 集 中控制。 4 结束语 1 A P 1 0 0 0核电机组主蒸汽安全保护通过汽 轮机旁路排放 系统 、 大气释放 阀和安全阀来实现 ， 具 有调温调压双重功 能。1 0 0 0 MW 火 电机组具有高 可靠性的“ 1 0 0 ％高压旁路 1 0 0 ％再热器安全阀” 配置取代过热器安全阀功 能， 不仅消除 因高压安全 上接第 4 0页 U 。 的包 络波 注意不是 5 0 0 H z 载 波 幅值过 0后且 达到最大值之前 ， 意味着旋转变 压器转轴位于 I 象限或者位 于 I I I 象 限。从上面分 析可知 ， 无论哪种状态 ， 此时示波器上 U 和 U ⋯的 载波都是同相位的。以上是假定 U 是真实的正弦 绕组输出U 得到的结论。如果 是真实的余弦 绕组输 出 ， 则按照上述分析可以得 出下面结论 当 的包络波 幅值过 0后且达到最大值之前 ， 意 味着旋转变压 器转轴位 于 I I象限或 者位于 I V象 限。无论哪种状态 ， 此时示波器上 和 U ， 的载波 都是反相位的。 4 综上所述， 旋转变压器正余弦绕组的确定 方法如下 按正方 向用手转动旋转变压器 ， 使 载 波的幅值过零后再调大一些 ， 并且保证没有达到最 大值 这很容易用手微微转动转轴做到 ， 对 比示波 器 C H1和 C H 2载波相位， 如果同相， 则 A即 s i n ， B 即 s i n 一 ， C即 C O S ， D即 C O S 一 ； 如果反相 ， 由引论 ， 则 A即 C O S 一 ， B即 C O S ， C即 s i n ， D即 s i n 一 。 阀动作后产生的高强度噪音且能最大限度地回收工 质 ， 提高机组启动性能。 2 A P 1 0 0 0核电机组的主蒸汽参数相对较低 ， 超压保护装置更为传统 ， 这是基于核电设计相对保 守的原则 。1 0 0 0 MW 火 电机组热力系统相对复杂， 运行参数高 ， 超压保护控制功能要求更高。 3 目前 ， 我国在大力发展核 电机组， 针对 目前 核电技术人员缺 口较大 的状况 ， 补充一些优 秀的火 电技术人员投入到核 电工作 中来 ， 通过学习和培训 ， 初步扭转了核电技术人员紧缺的局面。本文通过对 比2种发电技术 的主蒸汽保护系统 ， 区别两者之间 的异同点 ， 有益于相关专业技术人员进一步掌握 A P 1 0 0 0核电和 1 0 0 0 MW 超超临界火电机组技术 。 参考文献 [ 1 ] 孙汉虹． 第三代核电技术 A P 1 0 0 0 [ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 张磊． 超超临界火电机组集控运行 [ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 朱金利． 锅炉设备系统及运行[ M] ． 北京 中国电力出版 社 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 林诚格， 郁祖胜． 非能动安全先进压水堆核电技术 [ M] ． 北京 原子能 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 5 ] E J 1 1 8 9 --2 0 0 5 ， 压水堆核电厂主蒸汽系统设计要求[ s ] ． 编辑 王书平 作者简 介 柏冰 1 9 7 1 一 ， 男， 安徽寿县人 ， 工程师， 工学硕士， 从 事核电设备采购技术支持方面的工作 E m a i l b a i b i n g 6 3 0 1 6 3 ． c o m 。 4 结束语 在规定完正转 向后 ， 正弦 、 余弦旋转变压器的正 弦绕组和余弦绕组就被确定了。一般来讲 ， 一个旋 转变压器在出厂后会有正弦绕组 和余弦绕组 的标 记 。但是 ， 如果标记遗失 ， 就需要方法去确定正弦绕 组和余弦绕组。本文提出的通过对比2 路输出电压 信号的相位关系来确定正 弦绕 组和余 弦绕 组的方 法 ， 简单易行 ， 科学合理 ， 是一个很好的办法 。 参考文献 [ 1 ] 程明． 微特 电机及 系统 [ M] ． 北京 中国电力 出版社 2 0 4． [ 2 ] 陆元九． 惯性器件[ M] ． 北京 宇航出版社， 1 9 9 0 ． 编辑 王书平 作者简介 黄晓凡 1 9 7 6 一 ， 男 ， 河南桐柏人， 高级工程师， 工学硕 士， 从事电机电器及其控制方面的工作 E - m a i l h u a n g x i a o x i a o f a n 1 2 6 ． c o rn 。