核电机组汽轮机本体动态仿真模型研究

组 模 块 ，组 成 完 整 的汽 轮 机 本 体 动 态 模 型 。按 照 部 分 与 金 属 壁 的换 热 量 ， 以及 因换 热 而 造 成 的凝
实 际 的物 理 过 程 ，将 级 组 划 分 为 做 功 前 部 分 、做 结 水 焓 。
功 过程 、做 功 后 部 分 三 部 分进 行建 模 。
第２ ８卷 第 ７期
２１ ０ ２年 ７月
电
力
科
学
与
工
程
Ｖ ｌ２ Ｎｏ ７ ｏ ＿ ８． ．
６１
Ｅｌｃ ｒ ｃ Ｐ ｗｅ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｅ ｔ ｉ ｏ ｒ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ
Ｊ １，０ ２ ｕ． １ ２
核 电机 组 汽 轮 机 本 体 动 态 仿 真 模 型 研 究
邓 永 ，张静涛 ，崔 凝
（ ．深圳市广前 电力有 限公 司 ， １ 广东 深圳 ５ ８５ ；２ １０ ４ ．南京国电南 自美卓控制系统有 限公 司，江苏 南 京 ２０ ３ ； １０ ２
３ ．华北 电力大学 仿真与控制研究所 ，河北 保 定 ０ １０ ） ７ ０ ３ 摘要 ：基 于众 多大容量核 电机 组陆续投运、有经验的运行 值班 员匮乏 、仿真培 训 系统核 心技 术为 国外所 掌控 等尴尬现状 ， 自主研 究开发 了具有一定通用性的核 电机组 汽轮 机本体 系统 实时动 态仿 真模型 。仿 真
级 组 出 口干 饱 和 蒸 汽 比焓 、级 组 出 口等 熵 比 焓 、 级 组 出 口 比焓 ，ｋ／ ｇ ， Ｊｋ ； ， ，Ｔ 分 别 为 ｏ
进 口饱 和 蒸 汽 温 度 、环 境 温 度 、级 组 做 功 后 金 属
温 度 、 级 组 出 口 温 度 ， ； ｓ， ｓ， ｓ ℃ ｓ ，ｓ
向 金 属 散 热 损 失 ，ｋ ；Ｃ ，Ｃ。 别 为 级 组 基 础 效 Ｊ 分
率 （ 蒸汽效率） 干 、湿 汽 修 正 参 数 ；Ｘ 。 ｑ ，Ｘ ，Ｘ 分别 为速 度 矫 正 系 数 （ ０—１ 、水 分 修 正 系 数 、 ）
级 组进 口干 度 。
图 ２ 汽 轮 机 本 体 系统 模 型 图
ｓ 分 别 为 级 组 出 口 比熵 、级 组 进 口 比熵 、级 组 出
口液 体 比熵 、级 组 出 口汽 体 比熵 、级 组 进 口饱 和
液 体 比熵 、级 组 进 口饱 和 气 体 比熵 ，Ｊ Ｋ；ｑ ｑ ／ ¨
为 做 功 前 湿 蒸 汽 向 金 属 散 热 损 失 、做 功 后 湿 蒸 汽
Ｘｅ ｘ ：Ｃ ×Ｘ × （ ９）
独建立模块计算其特性 。
尸， ， ｛ ｆ
级 根 据 蒸 汽在 级 组 中 的 做 功 瞬 间 过 程 ，可 认 为 组 只有 做 功 的绝 热过 程 ，近 似 为 理 想 的等 熵 过 程 。 等 熵 进 口比熵 ：
比
：
荟厂
（ ｉ：１２ …， ， ， ｍ）
（） ２
为节 点 ｉ 体 质 量 ； 流
路 （ ， ） 由 节 ｉ
点 ｉ 向节 点 的 质 量 流 量 ；厂 表 节 点 ｉ Ｊ问 的 流 代 ， 连 接 方 式 ，即 网 络 拓 扑 结 构 ，厂 为 零 时 ，表 示 节
， 表 ， 火 电 机组 的 工 质 一 般 为 过 热 蒸 汽 ，蒸 汽 参 数 点 ｉ Ｊ无 连 接 ；１ 示 节 点 ｉ Ｊ问有 连 接 ，支 路 方 －￣ － ｉ ，Ｊ 间 较 高 ，而 核 电 机 组 工 质 一 般 是 饱 和 蒸 汽 ，蒸 汽 参 向 为 ｊ－ ； 一１表 示 节 点 ｉ － 有 连 接 ，支 路方 向 数 比较 低 ，级 组 大 都 处 于 湿 蒸 汽 区 ，湿 汽 损 失 是
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ２— ５—２ 。 ２
作者简介 ：邓永 （ ９２一 ，男 ，工 程 师 ，从 事 电 站热 工 自动 化 系 统 应 用研 究 与 热 控 专业 技 术 管 理 工作 ，Ｅｍａ ：ｄ ＠ １７ ） — ｉ ｙ ｌ
ｑ ｗｐｐ・ ｏ ｏ ｅｍ
６ ２
电
力
科
学
与
工
ｓ：ｓ ＋Ｘ ×（ —ｓ ｓｆ ｇ 焓 ）
（０ １）
出 口等 熵 质 量 分 数 ：
图 １ 级 组 不 恿 图
Ｆｉ １ Ｓ ａｇ ｃ ｍ ａ ｉ ａｇ ａ ｇ・ ｔ ｅ ｓ ｈｅ ｔｃ ｄｉ ｒ ｍ
．
ｈ ＝ｈ ＋Ｘ ×（ 一ｈ ｈ ）
（ ２ １）
将 整 个 汽 轮 机 划 分 为 若 干 级 组 ，针 对 每 一 级 组 单 的经 验 公 式 修 正 。 所 包 含 的级 有 着 相 似 的特 性 。在 汽 轮 机 本 体 仿 真 水 分 修 正 系数 ：
Ｘ ＝１ ×（ Ｘ ） 一Ｃ １一 （） ８
个 抽 汽 口之 间 的 所 有 级 划 分 为 一 个 级 组 ，如 此 可 修 正 级 组效 率 ：
程
２１ ０ ２正
ｒ ＝ 一Ｂ ， ｉ 口 ≠
的 热 量传 递 ，因 热 量 的 散 失 ，一 部 分 蒸 汽 凝 结 成
饱 和 水 ，所 以级 组 做 功 前 蒸 汽 比焓 小 于 级 组 进 口 湿 蒸 汽 比焓 ｈ ： 级 组 做 功 前 比焓 ：
＝
ｉ 砉， ＝２，ｃ 。 ＋Ｂ ＝ １… ， ， ， ５ ＝ ＇扎
（ 砉ｏ 弘 ＝ ＋Ｂ一一 ）
Ｋ
（
１， … ， ２， ｍ）
仿 真系统实时性的要求 。
Ｐ。一
Ｂ （ — ）＋ ｓ Ｅ
（） ３
１ 汽 轮 机本 体 模 型概 述
整 理 成 矩 阵形 式 为 ：
一
个 完 整 的热 力 系 统 仿 真 模 型 是 由 过 程 模 型
可 压 缩 流体 ，汽 轮 机 本 体 系 统 中 湿 蒸 汽 的 流 动 形
０ 引言
随着 众 多 大 容 量 、高参 数 核 电 机 组 陆 续 投 运 ，
机 组 安 全稳 定 运 行 的 重 要 性 及 战 略 意 义 超 乎 常 规
式 绝 大 多 数 为 湍 流 Ｈ ，流 动 阻 力 方 程 可 简 单 表 圳
示为： ｚ ＝Ｒ Ｘ ａ Ｐ （） １
对 流 体 网络 中 的节 点 ，根 据 质 量 守恒 ：
发 电 机 组
。作 为 国 内外 电力 行 业 公 认 的实 用 、 式中：
高 效 的 机组 运 行 值 班 员 技 能 培 训 ５ 具 ，实 时 动 态 １ ２ 仿 真 系 统 对 于 机 组 安 全 稳 定 运 行 十 分 重 要 。 研 发 核 电 机 组 全 工 况 、全 范 围 实 时 动 态 仿 真 培 训 系 统 是 核 电领 域 亟 待 解 决 的课 题 之 一 。
（３ １）
（ ） 做 功 后 部 分 ３
高 参 数 蒸 汽 经 过 级 组 做 功 后 ，温 度 、压 力 和
照 级 的做 功 过 程 计 算 级 组 出 口工 质 的其 他 状 态 参
数 和 输 出功 ，根 据 蒸 汽 主 体 的 流 程 逐 级 叠 加 各 级 焓 值 都 下 降 ，利 用 集 总 参 数 法 ，考 虑 做 功 后 流 通
试 验 表 明 ：该 模 型 具 有 较 强 的 工 程 实用 价 值 ，为 核 电机 组 全 范 围 、全 工 况 实 时 动 态仿 真 模 型 的 自主 研 发 进 行 了有 益 的 探 索 。
关键 词 ：核 电站 ；单相流 网；汽轮机 本体 ；仿真
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ２ Ｋ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
分别 为级 组 进 口湿 蒸 汽 比焓 、
量 分 数 、 级 组 出 口 蒸 汽 干 度 ； ｈ， ｈ
，
ｈ ，ｈ ， ｈ ，ｈ
。
干 饱 和 蒸 汽 比焓 与 饱 和 液 体 比焓 、级 组 做 功 前 比
焓 、级 组 做 功 后 比焓 、级 组 出 口饱 和 液 体 比 焓 、
（ ） 做 功 前 部 分 １ 在 级 组 进 口 处 ，工 质 的 压 力 、流 量 、温 度 、
做 功 后 比焓 ：
ｈ ＝ｈ Ｘ ｈ 一 ×（ —ｈ ） 出 口湿 蒸 汽 比焓 ：
凡 ＝ ～ 。 Ｉ 上３ Ｊ
（４ １）
焓 值 通 过 流 网 模 型计 算 ，进 口蒸 汽 为 饱 和 水 和 饱
和蒸 汽 的混 合 汽 体 。
进 口湿 蒸 汽 干 度 ：
ｈ．一 ｈ
Ｗ 一 Ｃ 、
出 口蒸 汽 干 度 ：
Ｘ ＝ ｎ ｇ÷ ｎｉ—
（） ６
：
￣ ＂ｏ － － ｏ ｓ Ｊ
（ ６ １）
考 虑蒸 汽 与 汽 缸 壁 和 静 叶 等 流 通 部 分 金 属 壁
由上 文 中 流 体 网 络 可 以确 定 出 口 的 压 力 值 ，
巍
第 ７期 邓 永 ，等 核 电机组 汽轮机本体动态仿真模型研究
６ ３
一
查 饱 和水 和饱 和 蒸 汽 热 力 性 质 表 即 可 求 得 出 口温 模 块 （ ＵＭ） 将 所 有 级 段 的 总 功 率 相 加 后 得 到 汽 Ｓ
影 响 级 组 效 率 的 最 关 键 因 素 。本 文 以蒸 汽 干 度 为 主 导 因 素 。开 发 汽 轮 机 本 体 系 统 动 态 仿 真 模 型 ， 既 能 正 确 反 映 对 象 的全 工 况 动 态 特 性 ，又 能 满 足
为 。 —
由 以上 两 式 ，对 所 有 节 点 计算 化 简 可得 ：
பைடு நூலகம்６
４ －
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ｎ
Ｌ・Ｐ－ 。
一
， Ｅ ）＋ ｓ Ｂ （ 一
式 中 ：Ｋ为容 积 因子 ；Ｂ 为 支路 导 纳 ；Ｅ ，Ｅ 分 别 ，