（山东核电有限公司265116）
摘要：随着我国经济的稳健发展和人民生活水平的不断提高，人民日益增长的用电需求促使我国相关企业相继建设了众多核电站。核电站运用核能发电的方式为各行各业提供了源源不断的电能，汽轮机作为核电站运行的重要组成部分之一，在发电过程中发挥着重要作用。前些年日本福岛核电站泄漏事件引起了人们对核电站安全的高度关注，为保障核电站能够稳定的实现电能安全生产，需要对其采取相关的措施。因此，本文就核电站汽轮机的简介、核电站汽轮机的运行特点和监测与诊断核电站汽轮机的要点进行简单的分析。
关键词：核电站；汽轮机；运行性能
核电技术的进步为我国电力行业的发展提供了巨大的机遇，但是，核电技术在给社会经济发展和人们生产生活带来充足的清洁能源的同时，其中存在的安全隐患一直是人们密切关注的重中之重。随着计算机和通信技术的进步，核电站汽轮机的监测与诊断技术也在不断提高，如何运用先进技术加强对核电站汽轮机运行的监测和诊断值得探讨和研究。
一、核电站汽轮机简介
汽轮机是一种旋转式的蒸汽动力装置，也被称为蒸汽透平发动机。蒸汽通过高温高压穿过固定的喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转并对外做功，常常用于电力、冶金、化学工业以及船舰动力装置中。在核电站中，汽轮机是利用原子核裂变产生的热能所发生的蒸汽作为工质的核动力装置，其根据核反应堆型的不同有着不同的类型以及要求。在沸水堆、压水堆和冷气堆等堆型的核电站中，常常会采用饱和蒸汽轮机，而改进型的气冷堆和一些新型的反应堆核电站能够提供500度以上的蒸汽，其如同火电站一样可以采用亚临界或者超临界压力的高温再热汽轮机，与火电站基本相同。除此之外，除了沸水堆核电站以外，其他堆型核电站的饱和蒸汽机中的蒸汽并不会直接与核反应堆接触，也就是说基本没有放射性污染，相关的操作人员不需要进行特殊保护。现代核电站汽轮机的使用数量正在不断增加，研究适用于不同种类反应堆型且性能良好的汽轮机具有重要意义。如核电机组600-88MW上为双流型式高压缸，低压缸容积的流量大，末级叶片更长，进汽管路与机构尺寸增大等。
二、核电站汽轮机运行特点
（一）控制全面
汽轮机主要是通过能量守恒以及质量守恒来建立调节模型，从而了解系统结构中各个回路节点的温度、压力、流量以及管道与周围的热传递等相关信息。核电站汽轮机对转速、负荷、压力和应力的控制体现了其在核电站系统中所扮演的重要角色。汽轮机的转速控制主要是为联网时对功率的控制以及单机时对转速的控制。负荷控制分为手动控制和自动控制，分别通过控制人机界面以及系统自身对差值进行处理来实现。一般情况下，汽轮机高压缸入口的压力值变化反映着汽轮机的负荷变化，对压力的控制进一步能够控制并保护汽轮机的负荷。针对转子温差、电机负荷以及气缸温差的控制，汽轮机所具有的应力控制对其关键部件进行限制保护，控制热应力过大而产生故障[1]。
（二）参数较低
在我国众多核电站中，使用压水堆核电站的比例最多。这种类型的核电站一回路参数较低，受其影响核电站二回路的主蒸汽机参数也会较低。一般来说，火电汽轮机与核电汽轮机在功率相同的状况下，核电汽轮机蒸汽做功时需要较大的主蒸汽流量。而对于相同的背压和容量的机组，因为核电汽轮机参数较低的原因，其低压排气的面积与火电汽轮机相比，会远远超过火电汽轮机两倍多。
压水堆核电厂的通常蒸汽压力与温度分别为5.0—7.0MPa、260—285℃；沸水堆核电厂的通常蒸汽压力与温度分别为6.5—8.0MPa、280—291℃；火电厂的机组蒸汽压力与温度分别为16.5Mpa、550℃。由此可见，火电厂的汽轮机蒸汽焓值约为核汽轮机的两倍。
（三）节流调节
一般情况下，核电站汽轮机的调节方式主要包括节流调节与喷嘴调节。两者的差别在于节流调节不具有调节级，使得其变工况的效率比较低，设计工况的效率比较高，而喷嘴调节恰恰与其相反。在我国应用的核电站汽轮机中，节流调节方式较为普遍，主要包括两方面原因：一方面核电带基本负荷使节流调节更加实用；另一方面，核电采取定期换料机制，变工况效率的要求并不需要[2]。
三、监测与诊断核电站汽轮机的要点
（一）升级监测与诊断系统
核电站汽轮机调节模型的主要功能有实时监测、计算数据、分析偏差、工况寻优、故障诊断和生产报表等。核电站汽轮机监测与诊断系统主要由数据采集系统、数据处理系统、数据备份系统、执行机构以及各个核心硬件设施所组成。通过实时监测采集到的压力、温度、流量、转速等数据及时传输到计算机中，再由计算机进行后续的计算、分析、传输以及执行。随着一些不可抗力或者是人为因素的影响，以及核电站汽轮机自身的发展需要，监测与诊断系统必须随之创新升级，为更加及时有效的提供汽轮机运行数据、故障发生时的信息以及相应的解决措施奠定基础。通过优化系统来指导工作人员高效工作，促进信息技术与人力资源的有效结合[3]。
（二）运用特征通流面积表征
特征通流面积表征量的运用能够在级段变工况中展现出良好的稳定性。因此可以利用特征通流面积来表征核电站汽轮机通流级段的性能，并且可以应用其对核电站汽轮机的运行性能进行监测与诊断，这也是监测诊断过程中较为常用的一种方法。当核电站汽轮机在运行过程中出现叶顶汽封与隔板汽封有磨损、隔板流道有异物堵塞、级段后阀门有异常情况以及气缸分面有漏气现象等等问题，如果某个级段的特征流通面积超额，基本能够判断该级段是问题的根源。因此，需要分析相关数据，尽快找出解决方案。比如，过热区发生故障后可以把级段效率作为辅助参数，在该基础上进行诊断。除此之外，一些机械故障在一定程度上也会影响特征流通面积。比如，在较大机组中有短叶片出现断落会直接影响机械的振动，但由于影响较小，在普通的监测诊断中较难被发现。然而根据叶片断落会增大流通面积这一现象来采用特征通流面积进行监测诊断，能够迅速判断出叶片已经断落的问题[4]。
（三）采取小误差热平衡法
如果要对核电站汽轮机的各级段运用特征流量面积进行监测，要计算其热平衡图。首先需要将通流干效率作为初值计算出热力循环的工质与能量的平衡，从而得出输出轴的功率，然后反推发电机实测功率来得出输入功率。如果两者功率不平衡，则需要对功率进行调整并且重新计算，直到两者间的偏差达到可接受范围为止。通常情况下，为了增强了热平衡图的真实性会加入凝结水流量等约束条件。采取小误差平衡法对工质平衡进行计算所得出的结果与真实情况十分接近，因此，采取小误差热平衡法对核电站汽轮机性能的监测与诊断具有十分重要的意义。
结束语
总而言之，通过对核电站汽轮机的运行特点进行简单的了解后，强有力地证明了汽轮机对核电站电力的正常生产起着直接作用。而做好对汽轮机的监测与诊断是保证核电站安全生产的重要前提，相关企业和工作人员要重点关注监测与诊断核电站汽轮机的要点，及时对故障进行处理，保障汽轮机以及核电站的正常运行。
参考文献
[1]王刚,郝庆福.核电站汽轮机运行特点与监控诊断系统的研究[J].产业与科技论坛,2018,17(08):74-75.
[2]冯裕卿.核电站重要旋转设备状态和性能诊断预警系统的研究[D].上海电力学院,2018.
[3]李学.试析核电站汽轮机运行性能监测与诊断要点[J].中国战略新兴产业,2018(04):73-74.
[4]刘晓东.核电站汽轮机运行特点与监测诊断[J].山东工业技术,2016(19):148.