某核電汽機二級再熱壓力調節閥控制原理淺析

李海濤，肖付偉

（福建福清核電有限公司，福建 福清 350300）

0 引言

汽水分離再熱系統主要功能是將高壓缸排汽送入MSR進行汽水分離和再熱[1]，從而保證中壓缸和低壓缸進汽帶有一定的過熱度，使得經過低壓缸末級葉片的排汽濕度控制在10%左右，減少濕蒸汽對汽缸通流部件的水蝕危害，可以提高機組經濟性。而二級再熱壓力控制閥通過控制新蒸汽的流量對蒸汽進行再熱和除濕，對整個系統及汽輪機運行發揮重大作用。

圖1 二級再熱壓力調節閥流程圖Fig.1 Flow chart of secondary reheat pressure regulating valve

圖2 二級再熱壓力調節閥邏輯控制圖Fig.2 Logic control diagram of secondary reheat pressure regulating valve

1 汽機二級再熱壓力調節閥簡介

汽輪機汽水分離再熱系統二級再熱壓力調節閥，由1個主調閥（GSS001VV）和1個輔助調節閥又稱啟動調節閥（GSS002VV）組成。二級再熱汽源采用新蒸汽，來自主蒸汽母管，蒸汽流量由1個主運行調節閥和1個啟動調節閥控制閥控制，主運行調節閥用于負載運行時向第二級再熱器提供新蒸汽。啟動調節閥用于：在啟動和低負荷運行期間，對進入第二級再熱器的新蒸汽流量進行控制[2]；在核島運行期間向新蒸汽供汽站提供蒸汽并用蒸汽對管道系統進行預熱，以防止冷態啟動時的熱沖擊。

2 汽機二級再熱壓力調節閥控制原理解析

2.1 二級再熱壓力控制調節閥投入時的控制原理

2.1.1 汽水分離再熱器暖管時

在汽水分離再熱系統投運初期，首先需對加熱器管板進行預熱暖管[3]，暖管所需的蒸汽量較小，暖管時間大概為半小時。此時對二級再熱調節閥控制比較簡單，當暖管命令發送時，對調節閥的控制壓力值會自動切到定值500KPa，其中二級再熱壓力調節閥GSS002VV便會開啟一定開度。因二級再熱壓力調節閥其中啟動調節閥GSS002VV優先于主調節閥GSS001VV動作，故在暖管期間控制目標較小，啟動調節閥本身調節即可滿足500 KPa壓力值，而主調閥GSS001VV此時處于關閉狀態。

2.1.2 機組電功率較低時

二級再熱管板溫度在低于120℃時，機組可以冷態啟動；管板溫度高于140℃，機組熱態啟動。機組啟動后二級管板溫度最高可升至280℃，通過函數f1(x)轉換后，輸出壓力設定值最高為6.5MPa，而6.5MPa通過功率轉換函數f2(x)可得為730MW，即機組電功率在730MW之前，若函數壓力值f1(x)＞f2(x)，如圖2所示。此時MAX比較器選擇f1(x)一路進行控制，即二級再熱器管板溫度測量值（記憶值）經過函數發生器 f1(x)計算出的壓力和二級再熱器壓力實測值的偏差經PID函數模塊運算后輸出GSS001VV/002VV的開度。

2.1.3 機組電功率較高時

當機組電功率繼續上升超過730MW時，因為二級管板溫度此時已不會增加，故f2(x)函數設定輸出值便會大于6.5MPa，即f2(x)＞f1(x)，此時MAX比較器選擇f2(x)一路進行控制，即由汽機負荷（電功率）GRE012MY 經 f2(x)計算出的壓力設定值和二級再熱壓力實測值的偏差調整GSS001VV/002VV的開度。但是不排除在730MW之前也會出現f2(x)＞f1(x)的情況，應根據具體情況而定，此處只討論一般情況。

此外，有一異常工況：當 f2(x)輸出值或 f1(x)輸出值一直保持某一狀態不變1小時后，f1(x)一路設定值會被切換為 1MPa，原因為機組在剛開始啟動時，處于暖管和低功率狀態，二級管板溫度轉換的壓力值與功率轉換的壓力值是交替上升的，若長時間處于某一路控制，例如長時間處于二級管板溫度轉換一路控制時，則代表二級管板溫度或功率一直未上升，代表機組狀態異常，故超過1小時后將壓力切至1MPa使閥門動作，提升機組狀態。此時f2(x)輸出值與1MPa取較大值，與二級再熱壓力實測值的偏差決定GSS001VV/002VV的開度。

2.2 一級再熱器隔離后的控制原理

圖3 GSS002VV控制邏輯圖Fig.3 GSS002VV Control logic diagram

圖4 二級再熱壓力調節閥控制器Fig.4 Secondary reheat pressure regulating valve controller

當一級再熱器隔離后，機組正常運行期間，若一級再熱被切除后，按照機理不會影響機組正常運行，但考慮到機組安全穩定性，若一級再熱被隔離，勢必會對蒸汽參數造成一定影響，故安全考慮需降低一定功率。在一級再熱切除時，函數f4(x)計算方式較為適用此工況，f4(x)計算方式簡單，換算方式得出的壓力值不會因小幅度功率變動而造成波動，特別適用于機組滿功率時切除一級再熱工況，所以此時控制由電功率測量值GRE012MY經函數f4(x)產生的定值和0.5MPa取高形成壓力設定值，壓力設定值與二級再熱壓力實測值的偏差決定 GSS001VV/002VV的開度。

2.3 二級再熱器單獨切除后，重新投運的控制原理

二級再熱器切除后（此處的切除是通過KG塊將其正常切除，此時一級再熱依然正常運行）。當二級再熱再次投入時，此時一級再熱器的壓力加上0.1MPa作為二級再熱器壓力調節閥的壓力設定值，壓力設定值與二級再熱壓力實測值的偏差決定GSS001VV/002VV的開度。因在二級再熱重新投運初期，二級再熱壓力較低，在剛開始時壓力調節閥的控制由一級再熱壓力提供設定值，又因正常工況下二級再熱壓力比一級再熱壓力應高出0.1MPa，故取一級壓力加上0.1MPa作為最終壓力設定值，特別注意的是當二級再熱器壓力與一級再熱器壓力之差大于0.1MPa時產生一個復位信號，壓力設定值重新由二級管板溫度或者電功率生成。當二級壓力大于一級0.1 MPa時，說明二級已重新投運成功，機組進行正常控制狀態，故壓力控制設定值重新由二級管板溫度或者電功率生成。

在以上的3種工況中（暖管除外），函數 F3(x)通過積分器限制了二級再熱器壓力設定值的變化速率，使得二級再熱器壓力設定值在二級管板溫度及電功率變化時，不會發生階躍變化，從而避免了GSS001VV/002VV開度的跳變。

2.4 隔離閥GSS111/211VV關閉時的控制原理

當GSS111/211VV關閉以后，濾波器內置的選擇開關動作，由二級再熱器的絕對壓力GSS004MY作為壓力設定值，從而使PID控制器的輸入信號為0，其目的是保證GSS001/002VV 的閥門開度維持在現有開度不變，即GSS111/211VV的狀態改變不會使GSS001/002VV的狀態發生變化。當GSS111/211VV關閉以后，二級再熱管板被暫時隔離，但從機組整體控制上二級再熱系統未完全隔離，只有通過GSS801KG或停機正常將二級再熱隔離后，GSS001/002VV才會正常響應關閉，故邏輯控制設計在GSS111/211VV關閉時，使GSS001/002VV閥門開度保持先前狀態，再具體做下一步的響應。

2.5 二級再熱器隔離后的控制原理

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

當二級再熱器隔離，即 GSS801KG置于OFF位時，GSS001/002VV會觸發保護關閉信號，控制邏輯如圖3所示。而正常工況下暖管命令控制器GSS901KG不會置于ON位，則當二級隔離命令到達時，壓力控制器中的第2個濾波器模塊中的選擇開關會動作，開關選擇將置于二級調閥控制命令為-5%（-5%命令由上游控制塊在二級再熱隔離時給出）。此項為雙重保障，即使保護關命令失效，該路控制也可保障二級再熱調節閥（GSS001/002VV）處于關閉狀態，避免閥門誤動作。

2.6 汽機停運后的控制原理

當汽機跳閘后，與二級再熱器隔離控制原理相似，會直接使GSS001/002VV觸發保護關閉信號。而后第2個過濾器模塊的選擇開關動作選擇二級調閥輸入控制命令為-5%，使GSS001/002VV的開度一直維持在關閉狀態。

2.7 二級再熱手動控制時的控制原理

當二級再熱控制置于手動時，且GSS901KG置于OFF位時，第2個過濾器模塊的選擇開關動作，此時選擇的控制輸出命令為閥門當前開度值，使閥門跟蹤現有閥門的開度，保持閥門開度不變。

3 汽機二級再熱壓力調節閥現場設備控制原理解析

汽機二級再熱壓力調節閥GSS001VV/002VV為氣動調節閥，該控制閥閥位由閥位變送器GSS001MM測量并配有限位開關。該氣動調節閥是以壓縮氣體為動力源，以氣缸為執行器，并借助閥門定位器、電氣轉換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾器等附件去驅動閥門，實現開關量或比例式調節，接收DCS控制信號來完成調節管介質——蒸汽流量。

定位器接受來自上游的DCS控制命令，定位器控制回路組成及工作原理如圖5所示。

1）輸入信號同時提供電源與設定點，它經雙絞導線發送到接線盒。

2）輸入信號然后輸入印刷電路板組件，在此處微處理器運行數字控制算法，產生1個給I/P轉換器的驅動信號。

3）I/P轉換器組件與氣源相連，并將驅動信號轉換成壓力輸出信號。

4）I/P的輸出被送到氣動放大器組件。該組件也同樣與氣源相連，將從I/P轉換器來的小氣動信號放大成為單作用執行機構所用的單個較大的氣動輸出信號。在雙作用執行機構應用中，放大器接收來自I/P轉換器的氣動信號，并提供兩個氣動輸出信號。

5）送給執行機構的放大器輸出壓力的變化引起閥位移動。

6）儀表的行程傳感器經反饋連桿機構檢測閥位。行程傳感器（或電位計）電氣上與印刷電路板連接，以提供用于控制算法的行程反饋信號。

7）閥門繼續移動直至達到正確位置為止。

因二級再熱壓力調節閥的特殊性及重要性，該兩閥均設置了一個單獨的儲氣罐氣源和具備特殊作用的多路轉換器線路（377線路），如此設計的功能可保證在外部動力氣源突然丟失的情況下，通過現場設備組合動作響應即可將二級再熱壓力調節閥（GSS001/002VV）處于保護關閉狀態，從而將機組置于更安全狀態。

4 結論

汽輪機二級再熱壓力控制閥控制邏輯較為復雜，對其運行方式依次解析有助于電廠操作人員對系統進行充分了解，便于控制與出現異常狀態時做出正確響應；因二級再熱系統對機組正常運行影響較大，故有效安全地控制二級再熱壓力調節閥意義重大。