核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统及方法与流程

1.本技术涉及核能供热技术领域，尤其涉及核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统及方法。


背景技术：

2.我国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.核电厂供热机组正常运行模式下(非供热季)，汽轮机运行在纯凝工况，反应堆与汽轮机负荷协调运行(以下简称堆机协调)一般是通过反应堆功率控制系统自动跟踪汽轮机的第一级压力(代表汽轮机负荷)来实现的，跟踪的依据是汽轮机负荷与第一级压力的函数曲线。在抽汽供热投入运行的情况下，汽轮机负荷与第一级压力的对应关系曲线会随着供热抽汽量的不同而发生偏移。如果还是维持原纯凝工况下的汽轮机负荷与第一级压力的函数曲线运行，会导致堆机协调运行产生负荷匹配误差，而且抽汽量越大，造成的误差越大，这对核电机组的安全稳定运行产生潜在的不利影响。


技术实现要素：

4.本技术提供核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统及方法，以至少解决相关技术中汽轮机负荷匹配误差导致的抽汽量越大，误差越大，对核电机组的安全稳定运行产生潜在的不利影响的技术问题。
5.本技术第一方面实施例提出一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统，包括：压力测量模块、抽汽供热流量测量模块、数据采集模块、负荷确定模块和负荷输出模块；
6.所述压力测量模块，用于测量汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
7.所述抽汽供热流量测量模块，用于测量供热抽汽流量以得到供热抽汽流量信号；
8.所述数据采集模块，用于采集测量得到的所述第一级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和所述抽汽供热流量信号发送到所述负荷确定模块；
9.所述负荷确定模块，用于接收数据采集模块发送的所述第一级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和所述抽汽供热流量信号确定所述汽轮机负荷值，同时将确定的汽轮机负荷值发送到所述负荷输出模块；
10.所述负荷输出模块，用于从所述负荷确定模块接收所述汽轮机负荷值，并将所述汽轮机负荷值发送到反应堆功率控制系统。
11.本技术第二方面实施例提出一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制方法，包括：
12.利用数据采集模块采集所述第一级压力信号和所述供热抽汽流量信号并对所述采集的所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号进行预处理；
13.基于所述预处理后第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配
的负荷曲线并确定汽轮机负荷值；
14.将所述汽轮机负荷值通过负荷输出模块发送到反应堆功率控制系统进行发应堆功率的控制。
15.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
16.本技术提供了核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统及方法，其中，所述核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统包括：压力测量模块、抽汽供热流量测量模块、数据采集模块、负荷确定模块和负荷输出模块；基于上述模块确定汽轮机负荷值，然后将所述汽轮机负荷值发送到反应堆功率控制系统。本发明提供的技术方案，降低了系统运行参数误差，提高了核电机组供热期间核岛系统运行的稳定性，同时，通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间对反应堆一回路(即反应堆冷却剂回路)运行参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
17.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
18.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：
19.图1为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统的一种结构图；
20.图2为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统的另一种结构图；
21.图3为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中负荷确定模块的一种结构图；
22.图4为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中负荷确定模块的另一种结构图；
23.图5为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中负荷确定模块内部的详细功能框图；
24.图6为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中纯凝工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线图；
25.图7为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中500t/h工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线图；
26.图8为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中1000t/h工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线；
27.图9为根据本技术一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制方法的流程图；
28.附图标记说明：
29.压力测量模块1、抽汽供热流量测量模块2、数据采集模块3、负荷确定模块4、负荷输出模块5、人机接口模块6、纯凝曲线模块41、第二运行曲线模块42、第三运行曲线模块43、第一变换模块44、第二变换模块45、流量第一阈值模块46、流量第二阈值模块47、供热指令
模块48、第一输入端口441、第二输入端口442、第一控制端口443、第三输入端口451、第四输入端口452和第二控制端口453。
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.本技术提出的核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统及方法，所述系统包括：压力测量模块1、抽汽供热流量测量模块2、数据采集模块3、负荷确定模块4和负荷输出模块5；基于上述模块确定汽轮机负荷值，然后将所述汽轮机负荷值发送到反应堆功率控制系统。本发明提供的技术方案，降低了系统运行参数误差，提高了核电机组供热期间核岛系统运行的稳定性，同时，通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间反应堆一回路参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
32.下面参考附图描述本技术实施例的核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统及方法。
33.实施例一
34.图1为本公开实施例所提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：压力测量模块1、抽汽供热流量测量模块2、数据采集模块3、负荷确定模块4和负荷输出模块5；
35.所述压力测量模块1，用于测量汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
36.所述抽汽供热流量测量模块2，用于测量供热抽汽流量以得到供热抽汽流量信号；
37.所述数据采集模块3，用于采集测量得到的所述第一级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和所述抽汽供热流量信号发送到所述负荷确定模块；
38.所述负荷确定模块4，用于接收数据采集模块发送的所述第一级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和所述抽汽供热流量确定所述汽轮机负荷值，同时将确定的汽轮机负荷值发送到所述负荷输出模块；
39.所述负荷输出模块5，用于从所述负荷确定模块接收所述汽轮机负荷值，并将所述汽轮机负荷值发送到反应堆功率控制系统。
40.在本公开实施例中，如图2所示，所述核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统还包括：人机接口模块6；
41.所述人机接口模块6，用于与负荷确定模块4进行信息交互，其中，所述信息交互包括：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。
42.需要说明的是，所述基于所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号确定所述汽轮机负荷值之前还包括：
43.对接收到的所述第一级压力信号和抽汽供热流量信号进行预处理；
44.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接口模块6。
45.在本公开实施例中，如图3所示，所述负荷确定模块4包括：纯凝曲线模块41、第二运行曲线模块42、第三运行曲线模块43、第一变换模块44和第二变换模块45；
46.所述纯凝曲线模块41中设置有预先得到的负荷曲线1，用于基于所述负荷曲线1确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
47.所述第二运行曲线模块42中设置有预先得到的负荷曲线2，用于基于所述负荷曲线2确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
48.所述第三运行曲线模块43中设置有预先得到的负荷曲线3，用于基于所述负荷曲线3确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
49.所述第一变换模块44用于接收切换信号并进行预先得到的负荷曲线1与预先得到的负荷曲线2的切换；
50.所述第二变换模块45用于接收切换信号并进行预先得到的负荷曲线2与预先得到的负荷曲线3的切换；
51.需要说明的是，所述第一变换模块44和第二变换模块45还用于实现切换前后负荷曲线的相互自动跟踪；
52.其中，所述负荷曲线的个数是基于供热抽汽流量的工况种类确定的。
53.进一步的，如图4所示，所述负荷确定模块还包括：流量第一阈值模块46、流量第二阈值模块47和供热指令模块48；
54.所述流量第一阈值模块46用于根据测量得到的供热抽汽流量的大小与流量第一阈值模块中预先设置的阈值相比，若所述测量得到的供热抽汽流量大于所述预先设置的阈值，则所述流量第一阈值模块向第一变换模块发送由负荷曲线1切换到负荷曲线2的指令；
55.所述流量第二阈值模块47用于根据测量得到的供热抽汽流量的大小与流量第二阈值模块中预先设置的阈值相比，若所述测量得到的供热抽汽流量大于所述预先设置的阈值，则所述流量第二阈值模块47向第二变换模块45发送由负荷曲线2切换到负荷曲线3的指令；
56.所述供热指令模块，用于基于运行操作人员发送的供热投/退指令，判断供热装置是否满足供热投入条件，若满足，则发送供热投入指令。
57.需要说明的是，所述阈值模块的数量与变换模块的数量一致；
58.其中，所述阈值模块的数量是基于供热抽汽流量的工况种类确定的。
59.基于上述系统对本公开实施例提供系统的具体应用进行说明，首先，通过压力测量模块1测量汽轮机第一级压力以得到第一级压力信号，通过抽汽供热流量测量模块2测量供热抽汽流量以得到供热抽汽流量信号；其次，利用数据采集模块3采集所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号，该模块对采集到的所述第一级压力信号及供热流量信号进行处理，主要包括：信号的三取二冗余处理、通道偏差故障报警，以及信号阈值的联锁、报警、显示处理等，信号处理的结果送至负荷确定模块4及人机接口模块6；再其次，所述负荷确定模块4用于接收数据采集模块3发送的第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力和抽汽供热流量信号，利用接收到的所述信号确定汽轮机负荷值，将所述负荷值发送到人机接口模块6及负荷输出模块5；然后，所述人机接口模块6用于接收负荷确定模块发送的负荷值进行展示，所述负荷输出模块5用于接收负荷确定模块发送的汽轮机负荷值将所述汽轮机负荷
值发送到反应堆功率控制系统，最后，反应堆功率控制系统基于所述负荷值控制反应堆冷却剂进入蒸汽发生器，蒸汽发生器是核电站一回路和二回路的连接桥梁(蒸汽发生器传热管一侧是容纳反应堆冷却剂的一回路，另一侧则是注满常规岛冷却水的二回路)，反应堆冷却剂在蒸汽发生器中加热二回路水的同时也带走一回路的热量，冷却了反应堆堆芯，二回路水在蒸汽发生器内加热后蒸汽发生器出口生成主蒸汽，主蒸汽进入汽轮机组的高压缸中经高压缸做功，驱动发电机产生电力，高压缸排汽的一部分经过抽汽管道及快关调节阀后直接进入热网加热器，热网加热器对进入其中的供热循环水进行加热，最终通过加热循环水实现对外供热。
60.其中，所述负荷确定模块4用于接收数据采集模块发送的第一级压力信号和抽汽供热流量信号，利用接收到的所述信号确定汽轮机负荷值，如图5所示，图5为负荷确定模块4内部的详细功能框图，其描述了模块4与模块3、5、6的详细关系。参考图5，负荷确定模块4承担着关键的运算处理任务，来自数据采集模块3的汽轮机第一级压力信号同时送至纯凝曲线模块41、第二运行曲线模块42、第三运行曲线模块43，其中，纯凝曲线模块41中设置有纯凝曲线即曲线1，第二运行曲线模块42中设置有曲线2，第三运行曲线模块43中设置有曲线3；需要说明的是本实例提供的三条曲线分别代表纯凝曲线(纯凝工况下的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线)，其他两条曲线分别代表两种抽汽流量工况(比如500t/h及1000t/h)下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线，抽汽流量工况的选择需要综合考虑最大抽汽量以及负荷曲线偏差的影响而计算确定。曲线的输入端是汽轮机第一级压力，输出为根据曲线进行线性转换而来的汽轮机负荷值。
61.进一步的，如图5所示，纯凝曲线及曲线2的切换选取是通过第一变换模块44完成的，第一输入端口441及第二输入端口442分别代表第一变换模块44的两个输入(分别来自两个曲线的输出)，第一控制端口443为第一变换模块44的控制端，当第一控制端口443为逻辑“0”时第一变换模块44会输出纯凝曲线的负荷值，当第一控制端口443为逻辑“1”时第一变换模块44会输出第二运行曲线模块42曲线的负荷值，为了避免第一输入端口441和第二输入端口442互相切换过程中的扰动，第一变换模块44可以实现两个输入端数据的相互跟踪，确保切换过程中的无扰。比如，第一变换模块44处在第一输入端口441运行时，第二输入端口442就自动跟踪第一输入端口441的值，一旦第一变换模块44检测到第一控制端口443控制端为逻辑“1”时，就快速由第一输入端口441切换到第二输入端口442运行，由于第二输入端口442一直在跟踪第一输入端口441的值，所以切换的瞬间第一变换模块44的输出不变，切换之后其输出会以预设定好的速率(比如5％/min，具体根据工程实际情况而定)由第一输入端口441的值缓慢变化到第二输入端口442，反之亦然。
62.进一步的，如图5所示，第二变换模块45的动作原理同第一变换模块44，第二变换模块45用来选择系统是在曲线2还是曲线3运行。第一变换模块44和第二变换模块45的切换指令分别来自流量第一阈值模块46和流量第二阈值模块47，切换指令产生的原理举例解释如下：
63.假设3条曲线分别是纯凝工况、抽汽量500t/h及1000t/h三种工况分别对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线，如图6、图7及图8所示，分别为纯凝工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线、500t/h工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线及1000t/h工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线，此时的流量第一阈值模块46设
定值假设为大于250t/h动作,流量第二阈值模块47设定值为大于750t/h动作，动作过程实例为：机组投入抽汽供热时，首先由运行操作人员通过人机接口模块6发出供热指令，该供热指令进入供热指令模块48进一步计算处理，如果满足供热投入的条件(已准备就绪)，则供热指令模块48输出“1”，代表供热投入。当抽汽供热流量在低于250t/h时，流量第一阈值模块46和流量第二阈值模块47均不动作，第一控制端口443与第二控制端口453的值均为“0”，这样纯凝曲线的汽轮机负荷值被输出；当抽汽供热流量在大于250t/h且小与750t/h时，流量第一阈值模块46动作输出“1”，由于此时供热指令模块48的输出也为“1”，所以流量第一阈值模块46之后的“与”逻辑门输出“1”，使第一变换模块44由纯凝曲线切换至500t/h曲线运行；同理，当抽汽供热流量在大于750t/h时，第二变换模块45会由500t/h曲线切换至1000t/h曲线运行，进而确定汽轮机的负荷值，并通过负荷输出模块5输出所述汽轮机负荷值。该智能装置除了可以根据不同的抽汽供热流量，自动完成负荷匹配曲线的选取外，还能够在人机界面上实时显示当前系统处于哪条曲线运行，方便运行人员监控。
64.综上所述，本技术提出的核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统，较大程度地降低了原单根曲线造成的系统运行参数误差，提高了核电机组供热期间核岛系统运行的稳定性。同时，通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间反应堆一回路参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
65.实施例二
66.图9为根据本技术一个实施例提供的核电厂抽汽供热机组堆机协调控制方法的流程图，如图9所示，所述方法可以包括：
67.步骤1：利用数据采集模块采集所述第一级压力信号和所述供热抽汽流量信号并对所述采集的所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号进行预处理；
68.步骤2：基于所述预处理后第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线并确定汽轮机负荷值；
69.步骤3：将所述汽轮机负荷值通过负荷输出模块发送到反应堆功率控制系统进行发应堆功率的控制。
70.在本公开实施例中，所述基于所述预处理后第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线并确定汽轮机负荷值，包括：
71.根据预先设置的流量阈值和采集的供热抽汽流量信号的大小确定阈值模块输出的切换指令；
72.基于所述切换指令选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线，并确定所述第一级压力信号对应的汽轮机负荷值。
73.在本公开实施例中，所述负荷曲线是基于供热抽汽流量的工况确定的。
74.综上所述，本技术提出的核电厂抽汽供热机组堆机协调控制方法，降低了系统运行参数误差，提高了核电机组供热期间核岛系统运行的稳定性，同时，通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间反应堆一回路参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
75.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。
76.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。
77.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。