核能抽汽供热的控制系统及方法与流程

1.本技术涉及核能供热技术领域，尤其涉及核能抽汽供热的控制系统及方法。


背景技术：

2.现在城市已普遍采用集中供热系统，而采暖能源仍以化石能源为主，难以避免碳氧化物的排放对环境造成影响。核能作为清洁高效稳定的能源，可为用户提供源源不断的热量，核能供热正逐渐成为核能的另一种能源供应型式。
3.当前核电厂抽汽供热系统一般是通过手动操作抽汽快关调节阀(fcv)实现抽汽供热参数的调整，随后因抽汽量的变化导致的汽轮机高压缸排压力(以下简称高排压力)的变化是通过控制装置自动调节汽轮机的低压缸进汽调节阀(icv)来完成的，这种控制方式存在一定缺点，一方面icv阀门数量较多(三个汽轮机低压缸共有6个icv阀门)，供热工况下同时动作这6个大容量阀门来调节高排压力，导致阀门开度相对小，调节特性较差，而且频繁的阀门动作会造成icv机械滑动部件磨损的风险；另一方面，icv阀门与高排压力取样点之间隔有msr(汽水分离再热器)，相距位置较远，从阀门动作到高排压力变化存在较大迟延，不利于调节控制。这两方面的问题容易造成高排压力的扰动，特别是在机组瞬态情况下，给汽轮机的运行带来安全风险。


技术实现要素：

4.本技术提供核能抽汽供热的控制系统及方法，以至少解决相关技术中调节存在时间延迟和调节特性差造成的高排压力的扰动，给汽轮机的运行带来安全风险的技术问题。
5.本技术第一方面实施例提出一种核能抽汽供热的控制系统，包括：一级压力检测装置、高排压力检测装置、供热流量检测装置、采集模块、指令生成模块、指令输出模块；
6.所述一级压力检测装置用于检测汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
7.所述高排压力检测装置用于检测汽轮机高压缸的排汽压力以得到排汽压力信号；
8.所述供热流量检测装置用于检测抽汽供热流量以得到抽汽供热流量信号；
9.所述采集模块，用于采集检测到的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并将采集的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号发送到所述指令生成模块；
10.所述指令生成模块，用于接收采集模块发送的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并基于所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成抽汽快关调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令，同时将所述动作指令发送到指令输出模块；
11.所述指令输出模块，用于从指令生成模块接收所述动作指令，并将所述动作指令发送到现场设备进行控制。
12.本技术第二方面实施例提出一种核能抽汽供热的控制方法，包括：
13.获取检测得到的汽轮机第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力信号及抽汽供
热流量信号，热网负荷需求对应的抽汽供热流量定值，以及根据汽轮机设计要求预设的高排压力定值；
14.分别利用所述抽汽供热流量定值和所述抽汽供热流量信号确定所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差，利用所述高排压力定值和所述汽轮机高压缸排汽压力信号确定所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差；
15.分别基于所述偏差，对汽轮机低压缸进汽调节阀和抽汽快关调节阀进行控制。
16.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
17.本技术提供了核能抽汽供热的控制系统及方法，所述系统包括：一级压力检测装置1、高排压力检测装置2、供热流量检测装置3、采集模块4、指令生成模块5和指令输出模块6；基于上述装置与模块生成抽汽快关调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令，然后基于所述动作指令控制现场设备。本发明提供的技术方案，可以有效降低机组运行过程中高排压力的扰动，减小汽轮机瞬态工况运行的安全风险，提高核电抽汽供热机组运行的稳定性、安全性。
18.本技术附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统的一种结构图；
21.图2为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统的另一种结构图；
22.图3为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统中指令生成模块的第一种结构图；
23.图4为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统中指令生成模块的第二种结构图；
24.图5为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统中指令生成模块的第三种结构图；
25.图6为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统中指令生成模块的第四种结构图；
26.图7为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制系统中指令生成模块内部的详细功能框图；
27.图8为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制方法的流程图；
28.附图标记说明：
29.一级压力检测装置1、高排压力检测装置2、供热流量检测装置3、采集模块4、指令生成模块5、指令输出模块6和人机交互模块7、高排压力定值模块5-1、高排压力调节模块5-2、第一手/自动操作模块5-3、超迟切换控制模块5-4、前馈模块5-5、第一阈值模块5-6、第二阈值模块5-7、超迟触发模块5-8、超迟处理模块5-9、抽汽流量定值确定模块5-10、供热流量
调节模块5-11、第二手/自动操作模块5-12和补偿供热流量负荷模块5-13。
具体实施方式
30.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
31.本技术提出的核能抽汽供热的控制系统及方法，所述系统包括：一级压力检测装置1、高排压力检测装置2、供热流量检测装置3、采集模块4、指令生成模块5和指令输出模块6；基于上述装置与模块生成抽汽快关调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令，然后基于所述动作指令控制现场设备。本发明提供的技术方案，可以有效降低机组运行过程中高排压力的扰动及给汽轮机运行带来的安全风险，提高抽汽供热机组运行的稳定性、安全性。
32.下面参考附图描述本技术实施例的核能抽汽供热的控制系统及方法。
33.实施例一
34.图1为本公开实施例所提供的一种核能抽汽供热的控制系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：一级压力检测装置1、高排压力检测装置2、供热流量检测装置3、采集模块4、指令生成模块5和指令输出模块6；
35.所述一级压力检测装置1，用于检测汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
36.所述高排压力测量装置2，用于检测汽轮机高压缸的排汽压力以得到排汽压力信号；
37.所述抽汽供热流量测量装置3，用于检测抽汽供热流量以得到抽汽供热流量信号；
38.所述采集模块4，用于采集检测到的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并将采集的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号发送到所述指令生成模块；
39.所述指令生成模块5，用于接收采集模块发送的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并基于所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成抽汽快关调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令，同时将所述动作指令发送到指令输出模块；
40.所述指令输出模块6，用于从指令生成模块接收所述动作指令，并将所述动作指令发送到现场设备进行控制。
41.在本公开实施例中，如图2所示，所述控制系统还包括：人机交互模块7；
42.所述人机交互模块7，用于与指令生成模块进行信息交互，包括：核心运算处理过程中的手动操作、定值输入、信号显示、报警处理及功能投退等涉及人员操作及监视的相关功能。
43.需要说明的是，所述基于所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成抽汽快关调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令之前还包括：
44.对接收到的所述第一级压力信号、排汽压力信号和抽汽供热流量信号进行预处理；
45.其中，所述预处理包括：分别对多个通道采集的第一级压力信号、排汽压力信号及
抽汽供热流量信号进行三取二冗余处理，并判断所述采集信号对应的量程是否超出预设的量程和判断所述采集信号的值是否大于预先设置的信号阈值，当所述采集信号对应的量程超出预设的量程或所述采集信号的值大于预先设置的信号阈值时发送报警信号到人机交互模块7。
46.在本公开实施例中，如图3所示，所述指令生成模块5包括：高排压力定值模块5-1、高排压力调节模块5-2、第一手/自动操作模块5-3和超迟切换控制模块5-4；
47.所述高排压力调节模块5-2用于接收测量的汽轮机高压缸的排汽压力和高排压力定值模块5-1发送的排汽压力定值，并确定测得的排汽压力和所述定值的偏差，然后根据所述偏差进行pid(比例/积分/微分)运算，得到运算结果，将所述运算结果发送到第一手/自动操作模块5-3进行手动或自动的调节fcv阀门控制排汽压力等于所述定值；
48.所述超迟切换控制模块5-4设置在所述第一手/自动操作模块5-3与fcv阀间，用于紧急情况下的设备保护功能。
49.进一步的，如图4所示，所述指令生成模块5还包括：前馈模块5-5、第一阈值模块5-6、第二阈值模块5-7、超迟触发模块5-8和超迟处理模块5-9；
50.所述前馈模块5-5用于将压比计算值对应的超迟切换控制模块5-4动作信号叠加在fcv阀的指令回路上，当压比快速降低时fcv阀可提前做出响应；
51.所述第一阈值模块5-6用于将检测得到的汽轮机高压缸的排汽压力和检测得到的第一级压力信号的比值与预设的第一阈值相比，若所述比值小于所述阈值，则所述第一阈值模块5-6向超迟处理模块5-9发送关闭fcv阀的信号，实现fcv阀的快速关闭；
52.所述第二阈值模块5-7用于将检测得到的汽轮机高压缸的排汽压力和检测得到的第一级压力信号的比值与预设的第二阈值相比，若所述比值小于所述阈值，则所述第二阈值模块5-7向抽汽流量控制模块5-11发送闭锁icv阀开的信号，避免引起压比持续降低；
53.所述超迟处理模块5-9用于接收到第一阈值模块5-6和超迟触发模块5-8发送的信号时，所述超迟处理模块5-9向超迟切换控制模块5-4发送控制指令；
54.其中，所述触发超迟功能的条件包括：供热退出、汽轮机跳闸、opc(超速保护控制)动作。
55.进一步的，如图5所示，所述指令生成模块包括：抽汽流量定值确定模块5-10、供热流量调节模块5-11和第二手/自动操作模块5-12；
56.所述抽汽流量定值确定模块5-10将根据热网负荷需求预设的流量定值或操作人员通过人机交互模块7给出的定值计算生成实际的流量定值，并发送到供热流量调节模块5-11；
57.所述供热流量调节模块5-11用于接收所述抽汽流量定值确定模块发送的定值，并确定检测得到的抽汽供热流量与所述定值的偏差，然后根据所述偏差进行pid运算，将所述运算结果发送到第二手/自动操作模块5-12；
58.所述第二手/自动操作模块5-12用于根据手/自动指令生成实际icv阀的动作指令，用来控制icv阀门的开关。
59.进一步的，如图6所示，所述指令生成模块还包括：补偿供热流量负荷模块5-13；
60.所述补偿供热流量负荷模块5-13用于计算生成控制指令并在保持二回路总负荷不变的情况下，供热量调整的同时自动增减机组电负荷；
3，通过手动或自动方式调节fcv阀门，以控制高压缸排汽压力等于所述定值。
68.进一步的，如图7所示，所述指令生成模块5还包括：超迟切换控制模块5-4；
69.所述超迟切换控制模块5-4设置在所述第一手/自动操作模块5-3与fcv阀间，用于紧急情况下的设备保护功能。
70.进一步的，高排压力参数对核电汽轮机运行特别是末级叶片的安全至关重要，本发明除了考虑正常调节控制以外，还设计了压比(高排压力/第一级压力)逻辑回路，压比低低(如0.16)则保护关闭快关调节阀，以快速切断抽汽回路防止压比持续恶化，以避免对高压缸叶片尤其是末级叶片的损伤，确保汽轮机的运行安全。如图7所示，所述指令生成模块还包括：前馈模块5-5、第一阈值模块5-6、第二阈值模块5-7、超迟触发模块5-8和超迟处理模块5-9；所述前馈模块5-5将压比计算值对应的超迟切换控制模块5-4动作信号叠加在fcv阀的指令回路上，当高排压力快速降低时fcv阀可提前做出响应；所述第一阈值模块5-6将检测得到的汽轮机高压缸的排汽压力和检测得到的第一级压力信号的比值与预设的第一阈值相比，若所述比值小于所述阈值，则所述第一阈值模块5-6向超迟处理模块5-9发送关闭fcv阀的信号，实现fcv阀的快速关闭；所述第二阈值模块5-7用于将检测得到的汽轮机高压缸的排汽压力和检测得到的第一级压力信号的比值与预设的第二阈值相比，若所述比值小于所述阈值，则所述第二阈值模块5-7向抽汽流量控制模块5-11发送闭锁icv阀的信号，避免引起压比持续降低，避免对高压缸叶片尤其是末级叶片的损伤，确保汽轮机运行安全；所述超迟处理模块5-9接收到第一阈值模块5-6和超迟触发模块5-8发送的信号时，所述超迟处理模块5-9向超迟切换控制模块5-4发送控制指令到指令输出模块6，指令输出模块6输出指令以控制fcv阀的快速关闭，其中，所述触发超迟功能的条件包括：供热退出、汽轮机跳闸、opc动作。
71.综上所述，本公开实施例提供的核能抽汽供热的控制系统，所述系统包括：一级压力检测装置1、高排压力检测装置2、供热流量检测装置3、采集模块4、指令生成模块5和指令输出模块6；基于上述装置与模块生成抽汽快关调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令，然后基于所述动作指令控制现场设备。可以有效降低机组运行过程中高排压力的扰动，减小汽轮机瞬态工况运行的安全风险，提高核电抽汽供热机组运行的稳定性、安全性。
72.实施例二
73.图8为根据本技术一个实施例提供的一种核能抽汽供热的控制方法的流程图，如图8所示，所述方法可以包括：
74.步骤1：获取检测得到的汽轮机第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力信号及抽汽供热流量信号和热网负荷需求对应的抽汽供热流量定值、以及根据汽轮机设计要求预设的高排压力定值；
75.步骤2：分别利用所述抽汽供热流量定值和所述抽汽供热流量信号确定所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差，利用所述高排压力定值和所述汽轮机高压缸的排汽压力信号确定所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差；
76.步骤3：分别基于所述偏差与抽汽供热流量信号对汽轮机低压缸进汽调节阀和抽汽快关调节阀进行控制。
77.在本公开实施例中，所述分别基于所述偏差与抽汽供热流量信号对汽轮机低压缸进汽调节阀和抽汽快关调节阀进行控制，包括：
78.基于所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差对汽轮机低压缸进汽调节阀icv进行调节控制；
79.利用所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差对抽汽快关调节阀fcv进行调节控制。
80.综上所述，本公开实施例提供的核能抽汽供热的控制方法，可以有效降低机组运行过程中高排压力的扰动及汽轮机运行的安全风险，提高抽汽供热机组运行的稳定性、安全性。
81.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
82.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
83.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。