蒸汽发生器水位全程控制系统数字化及仿真实现_钱虹

核 动 力 工 程

Nuclear Power Engineering

第31卷 第 2 期 2 0 1 0 年4月

V ol. 31. No.2 Apr. 2 0 1 0

文章编号：0258-0926(2010)02-0058-05

蒸汽发生器水位全程控制系统

数字化及仿真实现

钱 虹，叶建华，钱 非，李 超

（上海电力学院电力自动化工程学院，上海，200090）

摘要：采用单冲量和三冲量的水位控制方案设计了蒸汽发生器（SG ）水位的全程数字化控制系统，提出一套利用软件模块组态的方法，实现了水位控制策略。并将此方案应用于核电仿真机的运行。仿真结果曲线表明，设计的控制方案能使SG 水位在稳定工况时保持恒定；变负荷时，水位能随着负荷的变化而产生变化并最终保持在恒定值上。

关键词：核电厂；蒸汽发生器；水位；数字化；全程控制 中图分类号：TL353+

.13 文献标识码：A

1 引 言

核电厂运行过程中，蒸汽发生器（SG ）的水位必须有效稳定控制在一定的运行值。SG 水位过低会引起蒸汽进入给水环发生水锤的危险；而SG 水位过高则会淹没分离器甚至干燥器，致使出口饱和蒸汽湿度过高，加速汽轮机叶片的磨蚀。在控制系统中，其控制对象（SG 水位对给水流量）具有系统延迟性，而伴随着我国核电厂从带基本负荷向带变动负荷和调峰模式转换，又可能会出现SG 的虚假水位现象。

采用典型数字式部件进行SG 水位控制系统数字化设计，实现0~100% 额定功率（FP ）的SG 水位的自动控制。SG 的水位调节是通过控制其相应的给水阀开度（即控制进入SG 的给水流量）来实现。SG 的给水管线并列安装着主给水阀和旁路给水阀，为避免实际设备的磨损，设计了对应功率水平下相应阀门作用的自动选择功能。

本设计可作为不同类型计算机集散控制系统，如Symphony 、Ovation 、I/A series 等组态策略依据。将本设计方案用于数字化平台组态执行，并通过与核电仿真机的连接，验证了该设计控制方案用于实际核电厂SG 控制的可行性和可达到的控制性能。

2 SG 水位全程控制系统设计

SG 水位全程控制是指功率水平在0~100%FP

时，对相应的水位要求的控制。 2.1 程序水位的设计

图1为SG 的程序水位[1]。从零负荷到18%FP 负荷，相应的程序水位定值从34%线性增长到50%；在18%~100% FP 负荷，程序水位定值为50%。这种随负荷变化的水位设定要求，是全程水位控制系统的控制依据。

图 1 SG 水位整定值曲线

Fig.1 Curve for SG Water Level Set Point

2.2 SG 水位全程控制系统方案

SG 水位全程控制系统方案的设计是根据程序水位的设定曲线及对应负荷工况。由于核电厂运行在低负荷（即负荷低于18%FP ）流量时测量

收稿日期：2008-12-06；修回日期：2009-11-16 基金项目：上海市科研计划项目资助（061612041）；上海市教育委员会重点学科建设项目（J51301）

钱虹等：蒸汽发生器水位全程控制系统数字化及仿真实现59

不准确，其调节回路中不宜带有汽-水流量失配的控制[2]，所以，设计为SG水位单冲量调节回路（图2）。此方案中，SG水位作为被调量信号，以冲动级压力测量值作为负荷输入，由数字式F(x)函数发生器产生给定值。函数的关系由图1曲线的线性部分确定。

图2 SG水位单冲量调节系统设计

Fig.2 System Design for Single PV Control of

SG Water Level

图2中，数字式PI调节器的计算输出值作为带手动/自动切换功能的数字式M/A操作器的输入，操作器也可选择手动操作功能，进行人工干预。数字式PI调节器通过跟踪端（Track）保证M/A无扰切换。数字式M/A操作器的输出通过切换器（T），自动选择给水旁路阀门在不同负荷下的开度值。当负荷<18%FP时，开度大小直接取自M/A操作器的输出[3]；当负荷>18%FP后，给水旁路阀门将以一定速率被偏置直到全开位置。

当负荷>18%FP时，流量测量通过修正后已能表示实际流量的大小，由于发生蒸汽侧的扰动会出现虚假水位的现象，对调节不利，该工况下采用三冲量调节（图3）。参与SG水位调节的参数有3个，分别是SG水位、蒸汽流量和给水流量，构成三冲量调节系统。主被调量水位与50%水位给定值的偏差进入数字式水位调节器PI-1。PI-1的输出与作为前馈信号的蒸汽流量叠加值形成数字式给水流量调节器PI-2的给定值，与反馈量给水流量偏差，用以保证汽-水流量失配时的控制。方案中，三冲量方案同样设计有手自动切换

图3 SG水位三冲量调节系统设计

Fig.3 System Design for Three PV

Control of SG Water Level

和跟踪功能，保证主给水阀门不同负荷下的自动选择功能。单冲量和三冲量数字控制方案的有机组合，实现了0% ~ 100%FP时的SG水位全程控制系统方案设计[4]。

3 SG水位全程控制系统数字化组态

采用软件功能模块[5]对以上控制方案进行组态，生成组态数据库，在相应数字化平台上进行编译调试后即可实现SG水位全程的数字化控制执行。SG水位全程控制在Symphony集散控制系统上的软件组态方案如图4所示。其中，输入模块（CISI/O）的4个输出端100、101、102、103分别对应经CISI/O处理的现场水位测量信号、给水流量信号、蒸汽流量信号和冲动级压力信号；三冲量串级控制系统通过带前馈功能的APID和PID模块直接连接。PID模块的功能块111根据当前负荷输出至不同的阀位输出切换器T；T的输出作为主给水阀门的自动控制信号，经过手/自动切换模块（M/A），可实现手自动的跟踪，以及手动干预的可能[6,7]。单冲量控制直接采用PID 的功能块号112的输出。同样根据当前负荷大小确定的阀位输出切换器T，T的输出作为给水旁路阀门的控制信号，经过M/A切换模块，可实现M/A的跟踪，以及在负荷<18%FP时的手动干预。