压水堆核电站控制(第七章)
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其余两个 安全阀 全部主蒸汽隔离阀关闭造成负荷完 防止超压 全丧失
华北电力大学核科学与工程学院
保护阀 开启压力 关闭压力 隔离阀 开启压力 关闭压力
RCV 166-2~166+1 160±1 020VP RCV 170±1 021VP RCV 172±1 022VP 164-1 ~164+3 164-1 ~164+3
U d s E s
K 2 1 2 2 s 1 1
ud t
1
22 s
1
2 2 u d t K 2 1 2 2 e t
e t 0 ud t
2 2 u d t 0 u d t A ex p (
华北电力大学核科学与工程学院 01RS 通断式 216KW 极化运行时自动投入，水位低于(9×24KW) 4.6m时，切断；补偿压差小于0.17MPa时，自动启动 02RS 通断式 216KW (9×24KW)
03RS 比例式 216KW 稳态运行时，补偿稳压器散热损 (9×24KW) 失和连续喷淋造成的过冷作用。 通过压力调节器调节其功率大小， 04RS 比例式 216KW 水位低于-4.63m时，切断 (9×24KW)
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1 2 3 上 一 页
华北电力大学核科学与工程学院 稳压器结构 波动管接在热工回路的热管段上。 喷淋管上游分成两条支路分别阶在1、2或1、3环路主泵出 口的主管道上。两条支管到稳压器前连成一条共用的喷淋 母管，它在最高处布置形成一个水封，以防止蒸汽积聚在 喷淋阀后。设置两套独立的喷淋阀和喷淋管线的目的是即 是一台主泵不运行，喷淋仍可投入。 稳压器内与一回路具有相同的压力，一回路压力变化会引 起稳压器内压力变化，控制稳压器内压力也就是可控制一 回路压力。
华北电力大学核科学与工程学院 差压计014MP所在控制通道 PID调节器输出对喷淋阀和比例电加热器实施连续控制， 对通断电加热器进行断续控制。
K 2 1 2 2 s K 2 1 2 2 s K 21 1 G s K 21 1 , 22 s 1 1 1 21 s 1 22 s 1 22 s 1 22 s
05RS 通断式 288KW 可由001GE或002GE应急柴油发电 (12×24KW) 机供电，水位低于-4.6m时，切断； 补偿压差小于-0.17MPa时，自动 06RS 通断式 288KW 启动 (12×24KW)
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SEBIM阀：保护阀、隔离阀。 正常运行期间，保护阀关闭，隔离阀处于开启状态。 系统超压，保护阀开启后若其再关闭失效，则隔离阀自动关 闭，以防止冷却剂过分卸压。 压力低于139bar时隔离阀自动关闭，高于146bar时，自动打 开。压力高于139bar时，控制室不能手动关闭隔离阀。 安全阀组在172.3bar排放蒸汽流速为170t/h。 第一个安 电源全部丧失且喷淋流量同时丧失，释放功能 全阀 RCP系统在最大负荷时压力不超过 172.3bar
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GF1=L ref0+2.28(Tavg -Tavg0 ) Lref0 =20.1% Tavg0=291.4
65 62.7
参考水位/ %
20.1 15.8
2 . 2 8 % /℃
289.5 291.4 310 311 一回路最大平均温度℃
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水位修正值
华北电力大学核科学与工程学院 压力控制手段 压力低，启动稳压器电加热器，使稳压器的水升温汽化导 致压力上升； 压力高，打开喷淋阀，喷淋水进入稳压器使蒸汽凝结，温 度下降，压力下降。 喷淋阀：2个，每个阀最大喷淋流量为72m3/h，喷淋降压 速率约为13bar/min。 加热器：共60根电加热棒，功率都为24kW，分为6组。4 组通断式，2组比例式。在末建立汽腔前能以56℃/h最大 速度升温；建立汽腔后能以最大2bar/min的速度升压。 连续喷淋的作用 1. 降低喷淋阀开启时稳压器喷淋贯穿件和管嘴的热应力和 热冲击； 2. 保持稳压器内化学物质和温度的均匀性； 3. 均衡稳压器和一回路中的硼浓度。
GF2 = 0 . 4 3 ( Tavg -Tref)
0.43%/℃ 5 Tavg -Tref
2.15 -5
-2.15
增益
8.4%
-10%
0.4% -2%
2% -0.4%
非线性增益GF3 兼顾适当的水位 响应速度和稳定 性以及对上充管 路的低热负荷。
10% 水位偏差
-8.4%
华北电力大学核科学与工程学院 上充流量限定单元GF4 为避免积分超限，水位调节器输出被限定在6.0~25.6m3/h之 间。为了防止下泄流在下泄孔板处汽化，通过再生热交换 器的最小上充流量为6m3/h；为了保证上充泵提供的主泵轴 封注入水有足够的压头，设定上充流量高限值为25.6m3/h。 输出 25.6m3/h
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16.6 第一个保护阀打开
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稳压器水位控制系统 功能：使稳压器水位维持在设定值上，使稳压器能完成其 保持所需的冷却剂压力的主要功能；同时在调节过程中限 制上充流量的最大值和最小值，以避免经过再生热交换器 的上充流量太小，使经过下泄孔板的下泄流汽化；或上充 流量太大，不能满足主泵1号轴封注水压头，并造成进入 RCP接管(上充管线)的热冲击。 要求：尽可能的减少由反应堆冷却剂系统排放出去的流体 体积（减少硼回收系统和废液处理系统的负担），稳压器 的水位设定值的设置，必须考虑反应堆冷却剂的温度变化。 实现：调节上充流量和下泄流量（实际采用恒定下泄流量， 改变上充流量），水位控制器处理水位误差信号，并根据 下泄流量计算出上充流量设定值；流量调节器以该设定值 为基准，调节化学和容积控制系统的上充流量。 限制：通过再生热交换器的下泄流量≥6m3/h，上充流量 ≤25.6m3/h。
6m3/h 6m3/h 25.6m3/h 流量设定值
华北电力大学核科学与工程学院 与水位有关的保护信号 当水位高3(相对水位86%， “稳压器高－高水位”)＋P7 信号(反应堆功率超过10%FP)时，触发紧急停堆并产生报 警信号； 当水位高2(相对水位70%)时，发出“稳压器高水位”报警 信号； 当水位比水位整定值高5%时，发出报警信号，并自动投 入通断式加热器；(大量一回路欠热水进入稳压器，若不 及时投入加热器会使压力下降太大。投入加热器将这些欠 热水加热到饱和状态，以恢复压力到额定值附近) 当水位比水位整定值低5%时，发出报警信号； 当水位低2 (相对水位14%)时，自动断开全部电加热器电 源，防止其漏出水面通电烧毁，闭锁01、02VP极化并发 出“稳压器低水位”报警信号； 当水位低3 (相对水位10%)时，自动隔离下泄孔板，关闭 RCV02VP，并发出“稳压器低－低水位”报警信号。
22
t)
τ21值越大，积分作用越弱； τ22值越大，微分作用越强。 控制器将014MP测量所得的稳压器压力P与本身的整定值Pref 相比较，并将压力偏差P-Pref进行PID运算，输出信号称补偿 压差，记作(P-Pref)补
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100%
-1
1
100% 22%/0% 0.17 0.52
华北电力大学核科学与工程学院 过程变量控制系统： 1. 稳压器的压力控制系统和水位控制系统 2. 蒸汽发生器水位控制系统 3. 蒸汽排放控制系统 4. 循环泵控制系统 5. 汽轮机控制系统 稳压器的压力和水位控制的必要性 1. 压力过高，使一回路处于危险应力工况下，可能导致设备 疲劳、管道破裂等事故。 2. 压力过低，冷却剂汽化，引起堆芯局部沸腾，燃料元件与 冷却剂传热恶化，可能出现燃料元件熔化的事故。 3. 水位过高，可能失去压力控制作用，也可能出现安全阀进 水的危险。 4. 水位过低，可能暴露加热元件，导致其烧毁的危险。
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K
1 s
流量控 制器 阀门
2
e
1s
闭环流量调节器传递函数近似等于1，即由流量控制的响应时间 大大小于水位控制作用的响应时间。认为上充流量与设定值能 匹配，水位调节器的输出加上测得的下泄流流量信号，给出上 充流量的设定值。
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调节机构开度
喷淋 通断式电加热器 100% 比例式电加热器
-1.7
-1
0
1
学与工程学院
极化运行：先投入通断式加热器01RS和02RS，10秒后再将 喷淋阀开到一个预定开度(22%)，若模拟调节通道要求的开 度比这个开度大，则喷淋阀的开度仍由模拟调节通道决定。 极化运行有助于保持稳压器中的硼浓度与一回路中均匀一致， 并 能 避 免主 回 路 中的 冷 却 剂通 过 波 动管 倒 流 到稳 压 器 ， 减少变负荷时对波动管和稳压器底部的热冲击。 下述情况下需启动喷淋动作： 通过稀释或加硼对反应堆冷却剂回路硼浓度进行调整； 汽机以一个较为显著的倾斜系数值升负荷运行。 极化运行启动条件 1. 稳压器压力高于14.9MPa； 2. 补偿压差大于-0.17MPa，但小于0.6MPa； 3. 稳压器水位高于4.63m； 4.自动/手动控制器401RC、402RC和403RC置“自动”位； 5. 通断电加热器01RS和02RS控制按钮置“自动”位。
(P-Pref)补
控制器 阈值继电器
高选单元 自动／手动控制器
－0.17 －0.1
003RS 004RS
华北电力大学核科学与工程学院 比例电加热器03RS和04RS的功率分别由函数发生器401GD 和409GD控制。0～100％功率对应的补偿压差为+1~-1bar。 喷淋阀001VP和002VP分别由高选单元404ZA与405ZA控制。 高选单元从正常压力控制信号和极化信号中选择最大值，以 保证喷淋阀的最小喷淋量。正常压力控制信号由控制器 402RG和403RG给出。补偿压差在1.7~5.2bar内变化，使阀 门开度按线性变化，当补偿压差大于5.2bar时阀门全开。 通断电加热器由阈值继电器430XU1控制。阈值继电器 430XU1还控制喷淋阀的极化运行，在压力降低时停止极化运 行，防止稳压器压力过低。 补偿压差升高到6bar时，阈值继电器430XU2使释放管扫汽阀 111VY关闭。 极化信号可能为22%，由特殊模块401MS产生，喷淋极化运 行时输入，否则接入0%信号。
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水位定值器GF1、GF2 水位设定值为参考温度和平均温度的函数。 Lref=GF1+GF2(%) GF1=Lref0+2.28(Tavg-Tavg0) (%)(水位设定值随反应堆冷却剂平 均温度变化关系，289.5 ℃ ≤Tavg ≤ 311 ℃) GF2= 0.43(Tavg-Tref)(%)(水位修正项与平均温差的关系) Lref0=20.2%(291.4℃时的参考水位，热停堆设定值) Lref=62.7%%(100%功率设定值，310℃时的参考水位)
017VP
146-2 ~146+1 146-2 ~146+1 146-2 ~146+1
139±2
018VP
139±2
019VP
139±2
华北电力大学核科学与工程学院 稳压器压力控制系统功能 维持稳压器压力为其整定值155par abs，使在正常瞬态下 不致引起紧急停堆，也不会是稳压器安全阀动作。 稳压器压力显示、记录、压力异常报警、产生允许紧急停 堆信号、将模拟信号输出至有关系统。 对喷淋阀进行极化控制。 差压计015MP所在控制通道 产生报警、喷淋用逻辑信号，主要起通断控制作用。 1. 压力≤15.2MPa“稳压器压力低”； 2. 压力≥16.1MPa 关闭稳压器释放管扫汽阀RCP111VY； 3. 压力≤14.9MPa 关闭喷淋阀01、02VP并停止极化运行 信号。
水位调节器
流量调节器
华北电力大学核科学与工程学院 组成 水位调节器 水位变化因素：负荷变化引起冷却剂平均温度改变使冷却 剂体积变化，从而导致稳压器水位变化；上充流量与下泄 流量不平衡（如打开其他下泄孔板、冷却剂泄漏、启动第 二台上充泵等）导致水位变化。 类型：比例积分调节器。 输出：上充流量整定值。 手段：调节上充流量调节阀开度。在下泄流量变化导致水 位发生变化时，加入一个前馈信号，直接改变上充流量的 整定值，使上充流量适应下泄流量变化。 上充流量调节器 比列积分调节器；
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保护阀 开启压力 关闭压力 隔离阀 开启压力 关闭压力
RCV 166-2~166+1 160±1 020VP RCV 170±1 021VP RCV 172±1 022VP 164-1 ~164+3 164-1 ~164+3
U d s E s
K 2 1 2 2 s 1 1
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2 2 u d t 0 u d t A ex p (
华北电力大学核科学与工程学院 01RS 通断式 216KW 极化运行时自动投入，水位低于(9×24KW) 4.6m时，切断；补偿压差小于0.17MPa时，自动启动 02RS 通断式 216KW (9×24KW)
03RS 比例式 216KW 稳态运行时，补偿稳压器散热损 (9×24KW) 失和连续喷淋造成的过冷作用。 通过压力调节器调节其功率大小， 04RS 比例式 216KW 水位低于-4.63m时，切断 (9×24KW)
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1 2 3 上 一 页
华北电力大学核科学与工程学院 稳压器结构 波动管接在热工回路的热管段上。 喷淋管上游分成两条支路分别阶在1、2或1、3环路主泵出 口的主管道上。两条支管到稳压器前连成一条共用的喷淋 母管，它在最高处布置形成一个水封，以防止蒸汽积聚在 喷淋阀后。设置两套独立的喷淋阀和喷淋管线的目的是即 是一台主泵不运行，喷淋仍可投入。 稳压器内与一回路具有相同的压力，一回路压力变化会引 起稳压器内压力变化，控制稳压器内压力也就是可控制一 回路压力。
华北电力大学核科学与工程学院 差压计014MP所在控制通道 PID调节器输出对喷淋阀和比例电加热器实施连续控制， 对通断电加热器进行断续控制。
K 2 1 2 2 s K 2 1 2 2 s K 21 1 G s K 21 1 , 22 s 1 1 1 21 s 1 22 s 1 22 s 1 22 s
05RS 通断式 288KW 可由001GE或002GE应急柴油发电 (12×24KW) 机供电，水位低于-4.6m时，切断； 补偿压差小于-0.17MPa时，自动 06RS 通断式 288KW 启动 (12×24KW)
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SEBIM阀：保护阀、隔离阀。 正常运行期间，保护阀关闭，隔离阀处于开启状态。 系统超压，保护阀开启后若其再关闭失效，则隔离阀自动关 闭，以防止冷却剂过分卸压。 压力低于139bar时隔离阀自动关闭，高于146bar时，自动打 开。压力高于139bar时，控制室不能手动关闭隔离阀。 安全阀组在172.3bar排放蒸汽流速为170t/h。 第一个安 电源全部丧失且喷淋流量同时丧失，释放功能 全阀 RCP系统在最大负荷时压力不超过 172.3bar
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GF1=L ref0+2.28(Tavg -Tavg0 ) Lref0 =20.1% Tavg0=291.4
65 62.7
参考水位/ %
20.1 15.8
2 . 2 8 % /℃
289.5 291.4 310 311 一回路最大平均温度℃
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水位修正值
华北电力大学核科学与工程学院 压力控制手段 压力低，启动稳压器电加热器，使稳压器的水升温汽化导 致压力上升； 压力高，打开喷淋阀，喷淋水进入稳压器使蒸汽凝结，温 度下降，压力下降。 喷淋阀：2个，每个阀最大喷淋流量为72m3/h，喷淋降压 速率约为13bar/min。 加热器：共60根电加热棒，功率都为24kW，分为6组。4 组通断式，2组比例式。在末建立汽腔前能以56℃/h最大 速度升温；建立汽腔后能以最大2bar/min的速度升压。 连续喷淋的作用 1. 降低喷淋阀开启时稳压器喷淋贯穿件和管嘴的热应力和 热冲击； 2. 保持稳压器内化学物质和温度的均匀性； 3. 均衡稳压器和一回路中的硼浓度。
GF2 = 0 . 4 3 ( Tavg -Tref)
0.43%/℃ 5 Tavg -Tref
2.15 -5
-2.15
增益
8.4%
-10%
0.4% -2%
2% -0.4%
非线性增益GF3 兼顾适当的水位 响应速度和稳定 性以及对上充管 路的低热负荷。
10% 水位偏差
-8.4%
华北电力大学核科学与工程学院 上充流量限定单元GF4 为避免积分超限，水位调节器输出被限定在6.0~25.6m3/h之 间。为了防止下泄流在下泄孔板处汽化，通过再生热交换 器的最小上充流量为6m3/h；为了保证上充泵提供的主泵轴 封注入水有足够的压头，设定上充流量高限值为25.6m3/h。 输出 25.6m3/h
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16.6 第一个保护阀打开
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稳压器水位控制系统 功能：使稳压器水位维持在设定值上，使稳压器能完成其 保持所需的冷却剂压力的主要功能；同时在调节过程中限 制上充流量的最大值和最小值，以避免经过再生热交换器 的上充流量太小，使经过下泄孔板的下泄流汽化；或上充 流量太大，不能满足主泵1号轴封注水压头，并造成进入 RCP接管(上充管线)的热冲击。 要求：尽可能的减少由反应堆冷却剂系统排放出去的流体 体积（减少硼回收系统和废液处理系统的负担），稳压器 的水位设定值的设置，必须考虑反应堆冷却剂的温度变化。 实现：调节上充流量和下泄流量（实际采用恒定下泄流量， 改变上充流量），水位控制器处理水位误差信号，并根据 下泄流量计算出上充流量设定值；流量调节器以该设定值 为基准，调节化学和容积控制系统的上充流量。 限制：通过再生热交换器的下泄流量≥6m3/h，上充流量 ≤25.6m3/h。
6m3/h 6m3/h 25.6m3/h 流量设定值
华北电力大学核科学与工程学院 与水位有关的保护信号 当水位高3(相对水位86%， “稳压器高－高水位”)＋P7 信号(反应堆功率超过10%FP)时，触发紧急停堆并产生报 警信号； 当水位高2(相对水位70%)时，发出“稳压器高水位”报警 信号； 当水位比水位整定值高5%时，发出报警信号，并自动投 入通断式加热器；(大量一回路欠热水进入稳压器，若不 及时投入加热器会使压力下降太大。投入加热器将这些欠 热水加热到饱和状态，以恢复压力到额定值附近) 当水位比水位整定值低5%时，发出报警信号； 当水位低2 (相对水位14%)时，自动断开全部电加热器电 源，防止其漏出水面通电烧毁，闭锁01、02VP极化并发 出“稳压器低水位”报警信号； 当水位低3 (相对水位10%)时，自动隔离下泄孔板，关闭 RCV02VP，并发出“稳压器低－低水位”报警信号。
22
t)
τ21值越大，积分作用越弱； τ22值越大，微分作用越强。 控制器将014MP测量所得的稳压器压力P与本身的整定值Pref 相比较，并将压力偏差P-Pref进行PID运算，输出信号称补偿 压差，记作(P-Pref)补
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100%
-1
1
100% 22%/0% 0.17 0.52
华北电力大学核科学与工程学院 过程变量控制系统： 1. 稳压器的压力控制系统和水位控制系统 2. 蒸汽发生器水位控制系统 3. 蒸汽排放控制系统 4. 循环泵控制系统 5. 汽轮机控制系统 稳压器的压力和水位控制的必要性 1. 压力过高，使一回路处于危险应力工况下，可能导致设备 疲劳、管道破裂等事故。 2. 压力过低，冷却剂汽化，引起堆芯局部沸腾，燃料元件与 冷却剂传热恶化，可能出现燃料元件熔化的事故。 3. 水位过高，可能失去压力控制作用，也可能出现安全阀进 水的危险。 4. 水位过低，可能暴露加热元件，导致其烧毁的危险。
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K
1 s
流量控 制器 阀门
2
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闭环流量调节器传递函数近似等于1，即由流量控制的响应时间 大大小于水位控制作用的响应时间。认为上充流量与设定值能 匹配，水位调节器的输出加上测得的下泄流流量信号，给出上 充流量的设定值。
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调节机构开度
喷淋 通断式电加热器 100% 比例式电加热器
-1.7
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极化运行：先投入通断式加热器01RS和02RS，10秒后再将 喷淋阀开到一个预定开度(22%)，若模拟调节通道要求的开 度比这个开度大，则喷淋阀的开度仍由模拟调节通道决定。 极化运行有助于保持稳压器中的硼浓度与一回路中均匀一致， 并 能 避 免主 回 路 中的 冷 却 剂通 过 波 动管 倒 流 到稳 压 器 ， 减少变负荷时对波动管和稳压器底部的热冲击。 下述情况下需启动喷淋动作： 通过稀释或加硼对反应堆冷却剂回路硼浓度进行调整； 汽机以一个较为显著的倾斜系数值升负荷运行。 极化运行启动条件 1. 稳压器压力高于14.9MPa； 2. 补偿压差大于-0.17MPa，但小于0.6MPa； 3. 稳压器水位高于4.63m； 4.自动/手动控制器401RC、402RC和403RC置“自动”位； 5. 通断电加热器01RS和02RS控制按钮置“自动”位。
(P-Pref)补
控制器 阈值继电器
高选单元 自动／手动控制器
－0.17 －0.1
003RS 004RS
华北电力大学核科学与工程学院 比例电加热器03RS和04RS的功率分别由函数发生器401GD 和409GD控制。0～100％功率对应的补偿压差为+1~-1bar。 喷淋阀001VP和002VP分别由高选单元404ZA与405ZA控制。 高选单元从正常压力控制信号和极化信号中选择最大值，以 保证喷淋阀的最小喷淋量。正常压力控制信号由控制器 402RG和403RG给出。补偿压差在1.7~5.2bar内变化，使阀 门开度按线性变化，当补偿压差大于5.2bar时阀门全开。 通断电加热器由阈值继电器430XU1控制。阈值继电器 430XU1还控制喷淋阀的极化运行，在压力降低时停止极化运 行，防止稳压器压力过低。 补偿压差升高到6bar时，阈值继电器430XU2使释放管扫汽阀 111VY关闭。 极化信号可能为22%，由特殊模块401MS产生，喷淋极化运 行时输入，否则接入0%信号。
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水位定值器GF1、GF2 水位设定值为参考温度和平均温度的函数。 Lref=GF1+GF2(%) GF1=Lref0+2.28(Tavg-Tavg0) (%)(水位设定值随反应堆冷却剂平 均温度变化关系，289.5 ℃ ≤Tavg ≤ 311 ℃) GF2= 0.43(Tavg-Tref)(%)(水位修正项与平均温差的关系) Lref0=20.2%(291.4℃时的参考水位，热停堆设定值) Lref=62.7%%(100%功率设定值，310℃时的参考水位)
017VP
146-2 ~146+1 146-2 ~146+1 146-2 ~146+1
139±2
018VP
139±2
019VP
139±2
华北电力大学核科学与工程学院 稳压器压力控制系统功能 维持稳压器压力为其整定值155par abs，使在正常瞬态下 不致引起紧急停堆，也不会是稳压器安全阀动作。 稳压器压力显示、记录、压力异常报警、产生允许紧急停 堆信号、将模拟信号输出至有关系统。 对喷淋阀进行极化控制。 差压计015MP所在控制通道 产生报警、喷淋用逻辑信号，主要起通断控制作用。 1. 压力≤15.2MPa“稳压器压力低”； 2. 压力≥16.1MPa 关闭稳压器释放管扫汽阀RCP111VY； 3. 压力≤14.9MPa 关闭喷淋阀01、02VP并停止极化运行 信号。
水位调节器
流量调节器
华北电力大学核科学与工程学院 组成 水位调节器 水位变化因素：负荷变化引起冷却剂平均温度改变使冷却 剂体积变化，从而导致稳压器水位变化；上充流量与下泄 流量不平衡（如打开其他下泄孔板、冷却剂泄漏、启动第 二台上充泵等）导致水位变化。 类型：比例积分调节器。 输出：上充流量整定值。 手段：调节上充流量调节阀开度。在下泄流量变化导致水 位发生变化时，加入一个前馈信号，直接改变上充流量的 整定值，使上充流量适应下泄流量变化。 上充流量调节器 比列积分调节器；