摘要：汽轮机是核电厂常规岛很重要的一部分，当然对于我们仪控来说，最关键就是汽机的控制，汽轮机的控制基本分为转速控制，负荷控制，再加上流量限制以及压力控制。不同的汽机厂家，控制逻辑会有一定的差异，但是大致是差不多的，下面我就对东方汽轮机的汽机转速控制进行简单的说明。
关键词：核电厂；汽轮机；转速控制；转速偏差；一次调频；伺服
汽轮机调节系统通过高压调节阀和中压调节阀，使汽流在一种安全和可控的方式下准确流入汽轮机。汽轮机调节系统确保了汽轮机在所有阶段的运行（包括正常运行和不稳定运行）转速控制（转速调节，超速和加速度限制）负荷/流量控制，压力控制，热应力计算，汽轮机自启动和负荷调节功能，限制功能GSS 2ND 级压力控制，汽轮机调节系统应设计成将精确的数据输送到专用的设备，如TRA，SOE，后备盘。并且要确保与DCS系统及反应堆控制装置的通讯安全。汽轮机调节系统是通过汽轮机电气控制系统（冗余装置）来实现其功能的。今天我们重点描述的汽轮机的转速调节。
下图是汽轮机的转速控制示意图，在汽机启机的时候，满足启机条件后，操纵员可以手动设定目标转速（一般机组的额定转速为1500RPM），此时实际的汽机转速跟踪目标转速，进行升速，对于汽机一次调频，只有在负荷阶段才能投入使用，并且一旦并网后，程序会自动投入死区。操作员也可以手动选择不投用死区，不过只有在特殊的状态下，才可以用。死区的范围是不同的汽轮发电机组会有差异，一般都是通过一次调频建模来确定机组的死区范围。
转速调节示意图：
增益：1）、实际转速小于90%（1350RPM）时，增益为10
2）、转速大于90%但未并网时，增益为25.
3）、并网后，增益为25。（对于转速偏差经过增益放大后，都会有一个10%的限制）。对于增益来说，每台机组也有差异，跟不同的汽轮发电机有关。
摩擦补偿：对于摩擦补偿，它是由于汽轮机运转所产生的摩擦损耗。额定转速1500RPM后，摩擦补偿值为4%。
超速和超加速限制：汽轮机超速保护跳机值是110%，但是在汽轮机超过额定转速但是没有达到110%时，STG控制器会有自己的逻辑防止转速上升。
1）、转速超过107%，给出一个150%的负的流量指令值，调门直接关闭
2）、如果加速度超过0.044pu/s，给出一个0.1s的150%的负的流量指令值，如果加速度仍然很大，继续给出150%的负的流量指令值。调门直接关闭。
3）、转速超过101.1%，加速度超过限值后降下来，给出一个非常短的0.5s关门指令，150%的负的流量指令值，调门会迅速关闭后然后开启。
负荷指令：在并网后，流量由负荷指令来控制。这个负荷指令由初始负荷以及BC负荷设定值取大值而来。主要是为了并网带上一个初始负荷。在没有并网时，这个负荷指令为0。
简而言之，汽机的转速控制就是汽机从盘车转速升至额定转速，转速控制器进行的转速调节，目标转速与实际转速做偏差，在实际的升转速过程中，升速率跟汽轮机的缸体温度有关，当缸体温度小于150摄氏度，称为冷启动，升速率设定为3.33%/min，当缸体温度大于150摄氏度，称为热启动，升速率设定为8.33%/min，进行超速试验的时候，升速率为16.33%/min，（对于上汽的汽机升速，不是通过缸体温度，而是转子热应力）投入死区后，经过死区函数输出得到XD SPEED。XD SPEED除以不等率（增益的倒数），再经过限幅，这个量与负荷指令以及超速和超加速限制形成了流量指令（并网之前负荷指令为0）。运算出来的流量指令直接作用到就地汽轮机的调节阀的伺服阀，调节阀根据接收到的流量指令，给出对应的开度。流量指令与阀门开度反馈信号在伺服卡进行对比，两个值相等的时候，转速调节完成。
核电汽机转速逻辑控制，是以这一套伺服系统作为基础的，在此也简单的介绍下伺服系统，伺服是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化，伺服系统就是这样一个使物体随动的系统。闭环伺服系统由位置检测部分、偏差放大部分、执行部分及被控对象组成，位置检测就是就地调节阀的阀位。偏差就是流量指令与阀位反馈的差值。执行部分就是伺服阀对应的油动机油量的大小，用于控制阀门的开度。被控对象就是汽轮机调节阀，液压伺服系统的工作原理是TGC P320系统根据当前负荷和蒸汽参数计算出阀门开度，开度0—100%由汽轮机调系统（GRE）的模出板输出到伺服板（0—20mA），伺服板接收指令和油动机反馈信号，伺服板计算指令和反馈偏差，伺服板经过PID调节使偏差放大，伺服板输出电流信号到比例阀的线圈使比例阀先导级动作，先导阀控制主阀两端油压，使主阀动作，主阀是一个常规的伺服阀，控制进入油动机的流量，油动机动作带动阀门动作，调节汽轮机。对于核电厂的调试任务，有如下这些：接线和油冲洗，并进行前期测量；条件检查；伺服板的设定；油动机行程位移传感器LVDT的校准；试验开始，排气；死区的调整；反馈的调整；指令的调整；最后测量并得出数据。
对于核电其它的汽轮发电机组，有一部分采用的是西门子的控制思想，并进行相应的改进，对于西门子的控制逻辑，转速控制称为LBPR模式，大致的控制思想是差不多的。也就转速控制进行简单的说明
上图就是西门子转速控制见图，图中标注红色的部分。NT是转速实际值，也就是测量值；NS是转速设定值，不同的工况，对应的设定值是自动设定对应的转速设定值；LB是负荷开关；S1是增益，也就是不等率的倒数；PSFE是投切一次调频开关。它的转速控制也是转速设定值NS与转速实际值NT作差，形成转速偏差XD SPEED，它的运算也是XD SPEED/不等率直接作用在PID控制器上。进行转速调节。最终作用的输出YNPR作用到OSB模块（对应的是个开关阀门的指令），从而实现了转速的调节。
如上的描述是核电汽轮机的转速调节，先以东方汽轮机的汽轮机转速控制进行了具体的说明，后来以西门子的汽轮机转速控制进行了简介，不管是东汽的阿尔斯通的逻辑还是西门子，转速控制最重要的参数就是转速实际值与转速设定值之间形成的转速偏差XDSPEED，投入一次调频后，经过死区函数输出，再经设定的限幅（死区的设定与限幅需要通过一次调频建模来确定。实现最优），XD SPEED/不等率后，将这个分量直接作用到PID控制器，PID输出的指令直接作用到就地对应的汽轮机调节阀。进行阀门的开关控制，从而实现了转速实际值跟踪转速设定值的调节，这就是核电汽轮机的转速控制调节。
参考文献：
汽轮机调节系统（GRE）手册系统设计手册（第六章）FQX17GRE006101B45GN
汽轮机调节系统（GRE）手册系统设计手册（第二章）FQX17GRE002101B45GN
汽轮机调节系统（GRE）手册系统设计手册（第五章）FQX17GRE005101B45GN
汽轮机调节系统（GRE）系统调试大纲FQX26GREC01101B45SS
汽轮机运行维修手册EOMM文件
论文作者:潘文剑
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：转速论文; 汽轮机论文; 指令论文; 死区论文; 汽机论文; 负荷论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第35期论文;