一种凝汽器冷却系统及发电系统的制作方法

1.本发明涉及核电设备技术领域，具体涉及一种凝汽器冷却系统及发电系统。


背景技术：

2.随着我国核电的不断发展，核电厂址已经不限于南方沿海，北方沿海也陆续开始建设核电站，目前已有辽宁红沿河和江苏田湾等厂址。北方海水冬季温度低，核电站循环水系统所需循环水量大幅降低。循环水量根据年平均海水温度等参数确定，无法根据月平均温度，甚至逐时温度调节循环水量。如果继续采用额定流量供水，冬季过多的循环水会引起凝汽器蒸汽背压过低，甚至引起凝结水过冷度增加。
3.冬季低温海水引起汽轮机组背压低于某一背压时，汽轮机组出力将不再增加，但汽轮机的末级叶片所受应力继续增加，由于末级叶片应力增大，易产生激波，使其振动加剧，长期在此条件下运行，对末级叶片安全性造成很大影响。凝结水过冷度增加将加快凝汽器、管道腐蚀，降低设备使用安全性和可靠性；凝结水温度过低影响电厂的经济性，每降低7℃，相当于电厂的热经济性降低1％。冬季循环水泵提供过多的循环水还增加了不必要的电耗，影响核电站的经济性，同时也有悖于国家节能减排的政策。
4.此外，近年来国内外多个核电厂发生多起堵塞物入侵事件，造成核电厂冷源系统堵塞，引起核电机组停堆事件。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种凝汽器冷却系统，采用温控变频调速运行或手动输入频率值调节冷却水量，不仅能有效解决北方核电厂址冬季水温过低造成的凝汽器过冷问题，提高核电机组厂址适应性，显著节省运行费用；另一方面通过变流量运行的手段可以降低冷源堵塞物造成的停机和停堆概率，提高核电机组运行安全性和稳定性。还相应提供一种具有该凝汽器冷却系统的发电机。
6.解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
7.一种凝汽器冷却系统，包括：冷却水源、冷却机组、排水结构和dcs控制系统；
8.所述冷却机组包括进水管、排水管、水泵、变频器和温度计，所述冷却水源和凝汽器通过所述进水管相连通，所述排水结构和凝汽器通过所述排水管相连通，所述水泵设于进水管上，所述水泵上连接有电机；
9.所述温度计设于冷却水源中且与所述dcs控制系统电连接，用于检测冷却水源的温度并将检测到的实时温度值信号传递给所述dcs控制系统；
10.所述dcs控制系统与所述变频器电连接，用于根据其内存储的温度与频率的映射表，将与所述实时温度值信号对应的频率信号反馈给所述变频器；
11.所述变频器与所述电机电连接，用于根据所述频率信号调节电机的频率，调节水泵的出水流量。
12.可选地，所述温度与频率的映射表包括：冷却水源温度为14～ 34℃，对应的，所述
变频器的输入频率为50hz；冷却水源温度为 8～14℃，对应的，所述变频器的输入频率为40hz；冷却水源温度低于8℃，对应的，所述变频器的输入频率为32.8hz。
13.可选地，所述冷却机组还包括第一断路器和第二断路器，
14.所述第一断路器与变频器并联设置，所述电机、第一断路器与变频器并联的回路、以及工频电源串联；所述第二断路器设于所述第一断路器与变频器并联的回路中，且所述第二断路器与变频器串联。
15.可选地，所述dcs控制系统分别与第一断路器和第二断路器相连，用于根据变频器的失效信号控制第二断路器断开且控制第一断路器开启，或用于根据变频器恢复正常的信号控制第一断路器断开且控制第二断路器开启；
16.所述第一断路器用于将所述第一断路器的通断信号反馈给 dcs控制系统；
17.所述第二断路器用于将所述第二断路器的通断信号反馈给 dcs控制系统。
18.可选地，所述冷却机组还包括液位计，所述液位计设于冷却水源中，所述液位计与dcs控制系统电连接，用于检测冷却水源中的液位变化并将检测到的液位变化信号传递给dcs控制系统，所述dcs控制系统还与水泵电连接，用于根据液位变化信号控制水泵的启停；和/或，
19.所述冷却机组还包括液位差计，所述冷却水源中设有滤网，所述液位差计设于滤网上，所述液位差计与dcs控制系统电连接，用于检测滤网的水损值并将检测到的滤网水损信号传递给dcs控制系统，所述dcs控制系统还与水泵电连接，用于根据滤网水损信号控制水泵的启停。
20.可选地，所述冷却机组还包括真空破坏阀，所述进水管和排水管上均设有所述真空破坏阀，所述dcs控制系统与真空破坏阀电连接，用于根据水泵的启停信号，控制真空破坏阀的通断。
21.可选地，所述真空破坏阀为先导电磁阀控制的气动隔膜阀。
22.可选地，所述冷却机组还包括用户输入开关，所述用户输入开关串联于所述工频电源与变频器之间，并与dcs控制系统的输入端和输出端分别电连接。
23.本发明还提供一种发电系统，包括凝汽器，还包括上述的凝汽器冷却系统。
24.可选地，所述凝汽器设有多个，所述凝汽器中设有两套冷却组件，所述冷却机组相应设有两套，所述冷却机组还包括多个进水分管和多个排水分管，多个进水分管与多个凝汽器相应的冷却组件一一对应，多个排水分管与多个凝汽器相应的冷却组件一一对应，所述进水分管连通于相应进水管与相应冷却组件的进水口之间，所述排水分管连通于相应排水管与相应冷却组件的排水口之间；每根进水分管和排水分管上均设有真空破坏阀。
25.可选地，每根进水分管和排水分管上均设有电动阀门。
26.本发明中，通过dcs控制系统，将温度计传递的温度变化信号传递至变频器，变频器再根据温度变化信号调节电机的频率，进而调节水泵的出水流量，从而可以根据不同季节，不同海水温度，调控循环水量，不仅有效解决北方核电厂址冬季水温过低造成的凝汽器过冷问题，还可显著节省运行费用，此外，通过变流量运行降低了冷源堵塞物造成的停机和停堆概率，提高了核电机组运行安全性和稳定性，具有重要的工程应用价值及经济效益。
附图说明
27.图1为本发明实施例1提供的凝汽器冷却系统的结构示意图；
28.图2是本发明实施例1中变频与工频方案切换示意图；
29.图3为齿轮箱传动机构与润滑油系统连接的示意图。
30.图中：1、远传温度计，2、远传液位计，3、滤网，4、循环水泵，5、变频器，6、循环水进水管，7、电动阀门，8、凝汽器， 9、dcs控制系统，10、真空破坏阀，11、循环水排水管，12、虹吸井，13、盾构排水管，14、排水暗涵，15、排水明渠，16、接触器开关，17、第一断路器，18、第二断路器，19、电机，20、门。
具体实施方式
31.下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.本发明提供一种凝汽器冷却系统，包括：冷却水源、冷却机组、排水结构和dcs控制系统；
36.所述冷却机组包括进水管、排水管、水泵、变频器和温度计，所述冷却水源和凝汽器通过所述进水管相连通，所述排水结构和凝汽器通过所述排水管相连通，所述水泵设于进水管上，所述水泵上连接有电机；
37.所述温度计设于冷却水源中且与所述dcs控制系统电连接，用于检测冷却水源的温度并将检测到的实时温度值信号传递给所述dcs控制系统；
38.所述dcs控制系统与所述变频器电连接，用于根据其内存储的温度与频率的映射表，将与所述实时温度值信号对应的频率信号反馈给所述变频器；
39.所述变频器与所述电机电连接，用于根据所述频率信号调节电机的频率，调节水泵的出水流量。
40.本发明还提供一种发电系统，包括凝汽器，还包括上述的凝汽器冷却系统。
41.实施例1：
42.本实施例提供一种凝汽器冷却系统，用于对核电站或火电站的凝汽器进行冷却。
43.如图1所示，其包括：冷却水源、冷却机组、排水结构和dcs 控制系统9。
44.冷却机组包括滤网3、进水管6、排水管11、水泵4、变频器 5和温度计1。冷却水源和凝汽器8通过进水管6相连通，排水结构和凝汽器8通过排水管11相连通。水泵4设于进水管6上，水泵4上连接有电机19，温度计1设于冷却水源中。
45.本实施例中，凝汽器8设有三个，凝汽器8中设有两套冷却组件，冷却机组相应设有两套，每套冷却机组还包括三个进水分管和三个排水分管，三个进水分管与三个凝汽器8相应的冷却组件一一对应，三个排水分管与三个凝汽器8相应的冷却组件一一对应，进水分管连通于相应进水管6与相应冷却组件的进水口之间，排水分管连通于相应排水管11与相应冷却组件的排水口之间。
46.排水结构包括虹吸井12、盾构排水管13、排水暗涵14和排水明渠15，虹吸井12、盾构排水管13、排水暗涵14和排水明渠 15依次连通，虹吸井12的入口设有闸门20，排水暗涵14的入口也设有闸门20。
47.本实施例中，冷却水源为海水，滤网3设于海水中并位于水泵的前方。海水经滤网3过滤后由循环水泵4提升后经循环水进水管6进入凝汽器8，循环水进水管6室外部分为现浇钢筋混凝土内衬玻璃钢管，室内部分为内外壁加强防腐碳钢管，再经过循环水排水管11进入虹吸井12，循环水排水管11室外部分为为现浇钢筋混凝土管，室内部分为内外壁加强防腐碳钢管，虹吸井12内设有实用堰，再通过盾构排水管13、排水暗涵14、排水明渠15 最终排入大海。
48.继续参阅图1，温度计1与dcs控制系统9的输入端电连接，用于检测冷却水源的温度并将检测到的实时温度值信号传递给 dcs控制系统9；
49.变频器5的电路输入端与工频电源电连接，dcs控制系统9 的输出端与变频器5的通信接口电连接，用于根据其内存储的温度与频率的映射表，将与实时温度值信号对应的频率信号反馈给变频器5；
50.变频器5的电路输出端与电机电连接，用于根据频率信号调节电机19的频率，调节水泵4的出水流量。
51.由此，循环水泵4采用变频控制，循环水泵4在冬夏季水温不同时变流量运行，即根据海水水温调节循环水泵4的流量。循环水泵4流量通过设置的两个远传温度计8进行控制(二取平均)，运行稳定后可实现通过设定的温度与流量关系曲线进行流量调节。
52.本发明通过循环水系统冷端优化计算，确定了合理的循环水温度与循环水流量的控制逻辑关系。即以下温度与频率的映射表：循环水泵的设计流量为a(14～34℃)，对应的输入频率为50hz；最小流量为c(低于8℃),对应的输入频率为32.8hz；当流量为 b(8～14℃),对应的输入频率为40hz(初步确定3档，后期根据实际情况确定调频档级)。
53.本实施例中，如图2所示，冷却机组还包括第一断路器17和第二断路器18，电机19、第一断路器17和工频电源依次串联，第一断路器17与变频器5并联设置；第二断路器18设于第一断路器17与变频器5并联的回路中，且第二断路器18与变频器5 串联。
54.即在变频调速的基础上辅以工频旁路，保证变频失效时，工频旁路能正常运行。其中，第二断路器18设有两个，其中一个第二断路器18设于变频器5与工频电源之间，另一第二断路器18 设于变频器5与电机之间。
55.变频运行时，两个第二断路器18闭合，第一断路器17打开；工频运行时第一断路器17闭合，两个第二断路器18打开。循环水泵4的电机19采用适合变频器要求的异步电动机，
异步电动机与循环水泵4之间通过齿轮箱传动机构连接。齿轮箱传动机构保证循环水泵4在变频器故障切换至工频运行时，循环水泵4仍能在设计转速下运行。
56.如图3所示，齿轮箱传动机构与润滑油系统相连。该润滑油系统包括高压油系统和低压油系统。低压油系统包括并联的第一润滑油支路、第二润滑油支路和第三润滑油支路。
57.第一润滑油支路包括小电动辅助油泵，小电动辅助油泵和齿轮箱连接构成第一润滑油回路，第二润滑油支路包括大电动辅助油泵，大电动辅助油泵和齿轮箱连接构成第二润滑油回路，第三润滑油支路包括机械油泵，机械油泵和齿轮箱连接构成第三润滑油回路。由于变频系统在低流量运行时水泵及齿轮箱转速较低，可能会出现供油不足的情况而使齿轮箱受损。为提高齿轮箱运行稳定性，低压油系统设置一台机械油泵,一台大电动辅助油泵,一台小电动辅助油泵。正常运行时由机械油泵供油；启动、停机及事故工况时由大电动辅助油泵供油。当齿轮箱转速较低时，由小电动辅助油泵供油。
58.齿轮箱的底部设有轴向推力轴承，齿轮箱的输出轴的轴颈设在轴向推力轴承中；高压油系统包括与齿轮箱的轴向推力轴承的进油孔相连的第四润滑油支路，第四润滑油支路中设有高压油泵，高压油泵和齿轮箱连接构成第四润滑油回路。
59.高压油系统在循环水泵启动和停车阶段，对齿轮箱底部轴向推力轴承高压顶起，润滑推力轴瓦，防止齿轮箱启动时推力轴瓦干摩擦导致推力轴瓦损伤。
60.本实施例中，dcs控制系统9分别与第一断路器17和第二断路器18的输入端相连，用于根据变频器5的失效信号控制第二断路器18断开且控制第一断路器17开启，或用于根据变频器恢复正常的信号控制第一断路器17断开且控制第二断路器18开启；
61.第一断路器17的输出端与dcs控制系统9相连，用于将第一断路器17的通断信号反馈给dcs控制系统9；
62.第二断路器18的输出端与dcs控制系统9相连，用于将第二断路器18的通断信号反馈给dcs控制系统9。
63.由此，循环水泵4工频、变频启停通过就地和远程dcs实现，变频/工频的切换在就地通过手动方式实现，且可实现运行时在dcs设定任一频率(50hz～32.8hz)对流量进行调节。水泵流量的调节可在远程dcs通过手动/自动方式实现。
64.本实施例中，冷却机组还包括用户输入开关16，用户输入开关16串联于工频电源与变频器5的电路输入端之间，用户输入开关16与dcs控制系统9的输入端和输出端分别电连接。具体地，用户输入开关16为接触器。
65.由此，水泵启停信号由用户输入开关16间接传递给dcs控制系统9，且dcs控制系统9也能通过控制用户输入开关16的通断从而间接控制水泵的启停。
66.本实施例中，冷却机组还包括多台液位计2和多套液位差计。
67.液位计2设于冷却水源中，液位计2与dcs控制系统9的输入端电连接，液位计2用于检测冷却水源中的液位变化并将检测到的液位变化信号传递给dcs控制系统9，dcs控制系统9还与水泵4电连接，用于根据液位变化信号控制水泵4的启停。
68.液位差计设于滤网上，液位差计与dcs控制系统9的输入端电连接，用于检测检测滤网前后的水位差，即滤网的水损值，并将检测到的滤网水损信号传递给dcs控制系统9，dcs控制系统9根据滤网水损信号控制水泵4的启停。
69.每三台远传液位计2对应一台循环水泵4。设置启泵液位、低液位报警、低低停泵液
位、高液位报警、停泵安全液位。
70.滤网3上设置三套液位差计，当三套液位差计中的两套信号< 0.1m水柱时，鼓形滤网以低速运转(线速度2.5m/min)。当三套中的两套液位差计信号≥0.1m水柱时，鼓形滤网切换至以中速电机运行(线速度10m/min),一次报警。当三套中的两套套液位差计信号≥0.2m水柱时，鼓形滤网从中速切换至高速运转(线速度为20m/min),二次报警。当三套中的一套液位差计信号≥0.3m水柱时，向主控室发送第三次报警信号，运行人员对滤网检查。当三套中的两套液位差计信号≥0.8m水柱时，发送第四次报警信号至dcs控制系统9，循环水泵4自动脱扣。
71.循环水泵4因故启动失效或因故停运，均在dcs控制系统9 报警。
72.本实施例中，冷却机组还包括真空破坏阀10，进水管6和排水管11上均设有真空破坏阀10，dcs控制系统9的输出端与真空破坏阀10电连接，用于根据水泵4的启停信号，控制真空破坏阀10的通断。当水泵4停机时，真空破坏阀10接通，当水泵4 开启时，真空破坏阀10断开。
73.每套冷却机组的三个进水分管通过公共汇集进水管连通，每套冷却机组的三个排水分管通过公共汇集排水管连通。公共汇集进水管和公共汇集排水管均安装有真空破坏阀10。在循环水泵4 停运时，相应循环水回路的真空破坏阀10自动开启，以防止发生停泵水锤。
74.小流量工况，在平均低潮位及以下潮位正常供水时凝汽器进口处于负压运行，因此在防水锤措施的选择上，凝汽器进口不能设置通气阀，必须采用真空破坏阀。对于工频系统，通常仅在凝汽器循环水出水侧设置真空破坏阀。而对于变频系统，经分析计算，不仅需要在凝汽器循环水出水侧设置真空破坏阀，还需要在凝汽器循环水进水侧设置真空破坏阀，才可以保证在较低潮位断电停泵时不使凝汽器发生汽化，系统可以安全过渡。
75.本实施例中，同时通过循环水系统瞬变流数值模拟计算，确定了合理的防水锤措施及仪控控制方案，即：当循环水泵启动前， dcs联锁真空破坏阀处于关闭状态。当循环水泵停运时，凝汽器进水管及出水管顶部的真空破坏阀在0.4s内自动快速开启，防止凝汽器出现汽化，保证循环水系统安全过渡。
76.真空破坏阀10是由先导电磁阀控制的气动隔膜阀，最大开启时间为0.4秒。
77.为防止对电网造成较大冲击，变频器故障自动切换至工频运行所需要的时间约2s。但通过对循环水系统进行瞬态分析计算得出：为保证停泵时凝汽器不发生汽化，凝汽器进、出口设置的真空破坏阀必须在0.4s内打开；如果凝汽器进、出口设置的真空破坏阀延时2s打开，则凝汽器水室汽化严重。同时，真空破坏阀全开的情况下，循环水泵禁止启动。无论是变频切换为工频还是工频切换为变频，均推荐采用手动切换方式。
78.此外，每根进水分管和排水分管上均设有电动阀门7。电动阀门7与dcs控制系统9的输出端电连接，由此，通过dcs控制系统9远程控制电动阀门7的通断，进而控制对应凝汽器8冷却组件的冷却水通断。
79.实施例2：
80.本实施例提供一种发电系统，包括凝汽器8，还包括实施例1 的凝汽器冷却系统。
81.本发明不但可以应用于核电站循环水系统，而且还可以广泛应用于火电站循环水系统。以某核电站为例，两台百万核电机组应用该系统后，年节省运行费用约1137万元，具
有重要的工程应用价值及显著的经济效益和社会效益。
82.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。