6 第六章 反应堆功率调节与分布报警系统

– 两个输入信号之间存在变化速率时，才会提供输 出。变化速率越大，由速率比较器来的输出也越 大。
堆功率调节系统描述
• 功率失配通道
– 非线性增益单元 ：
• 能把功率失配信号转换成等效温度信号，并将这个信号 放大 • 较大的负荷变化就会对应较大的输出 • 非线性增益单元的输出端提供一可变增益单元，这个单 元在低功率水平情况下，可对功率失配误差信号提供高 增益，而在高功率情况下提供低增益。可变增益单元可 使功率失配电路在低功率水平情况下提供足够的控制， 而在高功率情况下保证稳定运行。
堆功率调节系统控制
• 系统调试
– 分析与调整 ：
• 需要的参数由电站计算机打印出来以后（如：电功率、 核功率、平均温度、稳压器压力的变化等），进行分析、 计算，看是否达到了设计要求，即核功率超调量不超过 3%，如果存在问题，则需要进行调整。 • 把记录仪记录的各种参数进行分析比较后，如果核功率 超调，则要调整动态参数，再进行试验，每次试验，都 应得到上级部门批准。 • 试验过程中，注意蒸汽排放阀的动作，如果蒸汽排放阀 动作，则试验无效。
方案选择与设计
• 堆功率调节系统描述
– 反应堆功率调节系统主要包括两个通道：
• 平均温度Tavg-Tavo调节回路 • 功率偏差失配补偿回路PN—P1 • 这两个通道的输出经过棒速程序单元送控制棒 控制系统，以驱动控制棒
堆功率调节系统描述
• 平均温度通道
– 实测平均温度：
• 热端温度THL和冷端温度TCL，由二者平均得到平均温 度Tavg ，再经迟后单元、超前/迟后单元 、二级迟后单 元
– 缺点：
• 对一回路，由于Tavg变化大，所以要求有比较大的反应 性变化，则要求控制棒移动范围较大，以补偿负温度系 数的作用。 • 同时，随功率改变温度改变比较大，使一回路载热剂体 积变化比较大，引起一回路比较大的压力波动，为此必 须使一回路稳压器体积增大，以补偿压力和水位波动。
方案选择与设计
• 秦山核电站功率调节系统方案选择
方案选择与来自百度文库计
• 方案选择与设计
– 核电站具有足够的内部稳定性
• 由于反应堆本身可以依靠固有的稳定性能来保 证其稳定运行，控制系统的主要作用是实现稳 态的控制方案
方案选择与设计
• 核电站具有足够的内部稳定性
– 输入信号：通过参数测量装置测出稳态运行方案 所要求的主要参数（如Tavg），该参数经过参数 比较装置与给定参数Tavo进行比较， – 控制信号：误差信号经放大后驱动控制棒移动， 以改变反应性，使反应堆功率上升或下降， – 控制目的：从而改变动力装置主参数Tavg，使之 达到所需要的值。 – 此系统不需测量中子的信号，而直接用动力装置 的参数来控制反应堆的反应性。
• 系统调试
– 试验目的 :
• 对功率调节系统的要求是在±10%负荷阶跃变 化以及每分种5%线性负荷扰动下，能自动调节 而不停堆，同时核功率超调量不大于3%。 • 当蒸汽旁路排放投入时，允许电网脱扣，由 100%甩负荷到厂用电（7~8%），其中70%由蒸 汽旁排系统承担，13%由大气释放阀承担，功 率调节系统承担10%，而不停堆。
增加非线性增益曲线
堆功率调节系统描述
• 棒速程序通道
– 最终的控制量＝温度失配＋功率失配
－
– 棒速程序产生棒速度图形，它是总误差信号的函 数，并有五个可调整区：死区（棒不动作）、磁 泄回环、稳定区（γmin）比例区（棒速随误差信 号增加而增大）、饱和区（γmax棒速达最大区）。
堆功率调节系统控制
方案选择与设计
• 调节系统的方案
– 对于具有不同的固有稳定性（即对象内部 控制特性）的核动力装置，其控制系统的 结构型式也不同：
1. 核电站具有足够的内部稳定性
– 冷却剂平均温度Tavg恒定方案 – 蒸汽压力Ps恒定方案
2. 核电站内部稳定性较差
– 温度Tav恒定方案 – 二回路蒸汽压力Ps恒定方案
方案选择与设计
• 电站内部稳定性较差
– 温度Tav恒定方案 – 反应堆根据负荷的变化直接快速地给出功率需求 信号n0，n0的产生应主要由蒸汽负荷来决定。 n0=K1PN+K2(Tavo-Tavg)
式中： PN为第一级透平冲动室压力，与负荷成正比。 Tavo为给定平均温度 Tavg为高选后的平均温度
方案选择与设计
• 核电站具有足够的内部稳定性
– 冷却剂平均温度Tavg恒定方案和蒸汽压力 Ps恒定方案 – 在这两种方案中，误差信号（△Tav或△P） 经放大，直接推动控制棒移动，直到误差 变为零。 – 任何中子通量指示只用于给出警告信号而 不接入控制回路。
方案选择与设计
• 电站内部稳定性较差
• 2.
– – – –
反应堆功率分布报警系统
反应堆功率调节系统
概述
• 概述
– 反应堆功率调节系统是棒控系统的一部分 – 核电站投入自动运行的工况下使用 – 克服反应性扰动和负荷扰动，并能补偿燃 耗、中毒和结渣等效应的影响
保护系统
主控室
功率调节系统
1
2
3
外 设
失步校正
4 5
逻辑柜
9
直接保持 调节柜
方案选择与设计
• 调节系统的方案设计
– 整定值确定原则
• 在要求的功率运行范围内，在自动控制下，保证控制系 统有稳定的性能，系统本身不发生自激振荡； • 在堆寿期内堆功率在15%-100%范围内，不需对自动控制 的整定点进行调整，而能在±10%阶跃变化和5%线性负 荷扰动下，核功率超调不大于3%。冷却剂温度Tav与程 序给定值的偏离小于3℃，并在跟踪负荷的同时，使冷却 剂平均温度最终回到程序给定值。其误差≤1℃（死区范 围内）。
– 自动控制系统除了担负实现稳态运行控制 方案外，还必须根据负荷的需要控制反应 堆的功率水平
方案选择与设计
• 电站内部稳定性较差
– 输入信号：反应堆功率信号n是用中子探测器得到， 给定功率水平信号n。是由动力装置之参数（Tav， Ps等）经需求功率定值器后得到 – 控制信号：误差信号经放大后驱动控制棒移动， 以改变反应性，使反应堆功率上升或下降， – 控制目的：用控制反应性δK的方法来保持反应堆 的功率与外负荷所需的功率水平相等 – 此系统需要测量中子的信号
堆功率调节系统控制
• 控制
– 反应堆功率控制系统采用反应堆功率跟随汽轮机 功率变化的模式。 – 主调节量为冷却剂平均温度。为了改善动态品质， 满足设计指标，引入了功率失配通道。 – 设置两套反应堆功率调节系统是为了提高可靠性， 一旦一套坏了，操作员可手动切换到能正常工作 的备用一套上去。 – 在主控制室内设置了状态指示灯，绿灯指示系统 正常工作。红灯表示反应堆功率控制系统有故障。
6
7
10 12
主电路柜
棒 控 8 装 11 置
棒位
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14
15
机 构
概述
• 概述
– 反应堆功率控制是由化学毒物和棒组控制 机构联合完成 – 硼浓度 －长周期控制以及使控制棒处于调 节带之内 – 控制棒 －瞬时反应性变化及负荷变化的调 节
概述
• 概述
– 调节目的－使反应堆内的冷却剂的平均温 度为一定值 – 调节量－参与平均温度Tao，和反应堆冷却 剂最高平均温度Tavg之间的偏差信号 – 棒移动的方向－取决于Tavg比Tao是高还是 低
– 缺点：
• 由于Tavg恒定，所以二回路蒸汽压力Ps从零到满功率变 化范围大。对透平自动阀门，给水泵等设备要求更高。 • 由于Ps变化，饱和蒸汽温度也变化，对透平叶片汽蚀性 大，且要求二回路侧管道结构能承受高、低压变化而产 生的应力。
方案选择与设计
• 压力Ps恒定方案
– 优点：
• 该方案是保持二次回路的蒸汽压力（即保持蒸汽温度Ts） 恒定，Ps不随输出功率而改变，而允许一回路载热剂温 度上升， • 由于二回路Ps、Ts恒定，所以蒸汽管道的自动阀门、蒸 发器给水泵、透平等要求大为降低，
PWR控制保护与核测系统
第六章 反应堆功率调节与分布 报警系统
林萌
2005年4月
内容
• 1.
– – – – –
反应堆功率调节系统
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 概述 功能 方案选择与设计 主要部件及参考图形介绍 控制 功能 功率分布及功率不均匀系数 系统描述 控制
功能
• 功能
– 控制的反应堆冷却剂平均温度死区为±1℃ – 设计与控制基准
• 15%～100%负荷范围内，能承受±10%的阶跃变化或 ±5%/min的线性变化 ，不得引起反应堆停堆、蒸汽排放、 稳压器释放阀驱动 • 在自动运行或运行瞬态期间，恢复并保持反应堆冷却剂 平均温度在规定的限值内 • 在100%电网甩负荷时，在蒸汽排放系统的配合下，不得 引起反应堆停堆，也不得引起稳压器安全阀及主蒸汽管 道上的安全阀的开启
– 需求功率n0几乎直接与蒸汽压力PN成正比，负荷的 变化，立即了改变n0的值，在△N的推动下，控制 棒随之移动，反应堆功率很快跟着改变，以提高 机动性。
方案选择与设计
• 电站内部稳定性较差
– 二回路蒸汽压力Ps恒定方案 – 利用蒸汽压力误差信号来产生所求功率信 号n0，然后和反应堆功率水平n进行比较， 由△n= n0-n经放大后驱动控制棒运动。
堆功率调节系统控制
• 系统调试
– 操作 ：
• 在某一功率下稳定运行半小时，将CB-503盘上 的“手动、自动、单组选择”开关，由“手动” 位置切换到“自动”位置，并注意棒是否有升 降； • 反应堆处于稳定运行状态，DEH设定 –10%阶跃， 记录仪自动记录堆功率、电功率的变化，各参 数的变化同时被记录下来； • 待反应堆运行稳定以后，再由DEH设定+10%阶 跃，记录仪同样记录各种参数的变化；
– 程序平均温度
• 汽轮机第一级冲动室测到的压力信号，经函数定值单元 变换为参考平均温度Tao ，经一阶滤波
堆功率调节系统描述
• 温度失配电路
– 这个电路将对实际温度Tavg与参考平均温 度Tao进行比较。两个输入信号同时送到加 法单元，假定其值不一致，就产生了偏差 信号△Ta(s)
堆功率调节系统描述
概述
• 概述
– 控制棒分二类，停堆棒（A1、A2 ）和调节 棒（T1、T2、T3、T4 ） – 堆功率调节系统仅对T4组进行自动控制 – 正常工况运行时，A1、A2、T1、T2、T3各 组棒都提到堆顶，而T4棒处于调节带之内
功能
• 功能
– 反应堆功率控制系统能使反应堆功率自动 跟随负荷变化 – 在正常运行和运行瞬态过程中，使冷却剂 平均温度恢复并维持在参考平均温度值范 围内 – 在15%额定功率以上，控制棒可以实行自 动控制或手动控制
堆功率调节系统控制
• 系统调试
– 试验步骤 :
• 堆功率调节系统要求在100%功率下试验，为了 安全起见，可以在不同功率阶假作初步试验， 例如30%、50%、75%等等。
堆功率调节系统控制
• 系统调试
– 其它系统的准备 :
• • • • • • • • • • 棒控装置； 棒位指示系统； 稳压器压力控制系统； 稳压器水位控制系统； 蒸汽发生器水位控制系统； 汽轮机旁路阀控制系统； 主蒸汽排放阀控制系统； 核探测系统； 汽轮机冲动室压力及电功率测量系统； 反应堆保护系统。
方案选择与设计
• 温度Tavg恒定和压力Ps恒定方案的比较
方案选择与设计
• 温度Tavg恒定
– 优点：
• 它可以直接借助负温度系数，反应堆的输出功率将稳定 地随蒸汽调节阀的开度变化而变化，同时，由于温度恒 定不变，所以一回路水体积变化小，稳压器体积可以做 得小一些。 • 由于温度不变，所以反应性不变，外部控制系统的任务 在于补偿燃耗，毒物等对反应性的影响。 • 由于水体积及稳压器体积较小，所以屏蔽体积减少。
– 采用折衷方案即介于Tavg恒定和Ps恒定方 案之间
方案选择与设计
• 秦山核电站功率调节系统方案选择
– 反应性温度系数的负反馈，使反应堆具有跟踪负 荷变化的能力 – 但速度较慢，而且Tav偏离预定值，所以本电站是 属于内部稳定性较差的，必须设置外部功率调节 系统，以适应快速跟踪负荷的变化。维持堆功率 超调在规定值，且按稳态运行方案把Tav维持在预 定范围内。 – 为了提高系统品质和跟踪负荷的速度，设计中引 入了中子通量n和汽机第一级冲动室压力信号P1， 比较微分后组成功率失配速度通道以改善功率调 节系统的动态品质。
• 功率失配通道
– 该通道能对负荷的变化提供迅速稳定的响应。这 种电路在负荷变化引起平均温度Tavg变化以前就 动作，并在平均温度Tavg变化以前就使棒开始向 适当方向运动。 – 输入信号：
• 核功率 －从三个量程的堆外探测器中获得的，其值是4个 长中子电离室输出的平均值 • 汽轮机功率 －由汽轮机第一级冲动室的压力产生的，经 变换并放大1.42倍输入到电路中